土方工程施工技术.pptx

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1、三.土的性质1可松性自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复到原来的体积,其这种性质称为土的可松性2)可松性的表示可松性系数(1)最初可松性系数KsV2开挖后土的松散体积V1土的自然体积第1页/共87页(2)土的最终可松性系数KsV3土压实后的体积V1土的自然体积第2页/共87页3)可松性的利用（1）借土，弃土时应考虑土的可松性Q借土或弃土的量，正表示弃土，负表示借土；Vt；Vw填或挖方的体积；Ks；Ks土的可松性Vw Vt第3页/共87页例题某场地的挖方体积为1000m3,填方体积为1500m3,ks=1.08,ks=1.03,问该场地是借土还是弃土?若用

2、运土量为5m3/车汽车运土,问应运多少车次解:根据公式Q=（1000-1500/1.03)1.08=-492.8m3结果为负，故该场地应借土运土的车次为n=492.8/5=99(车次)第4页/共87页(2)由于可松性的存在,运土时应考虑工具的容量。(3)由于可松性的存在，原土结构受到破坏时不能用原土回填。第5页/共87页2 土的含水量 1）定义：土中水的重量与土的固体颗粒重量之比称为土 的含水量。2）表达式=Ww /W 100%式中：土的含水量；Ww 土中水的重量；W 土中固体颗粒的重量；3）应用（1）填土时应考虑土的最佳含水量（2）含水量的高低对土的承载力和边坡的稳定性有影响。第6页/共87

3、页3土的渗透性1）定义：土体孔隙中的自由水在重力的作用下会透过土体而运动，土体这种被水透过的性质称为土的渗透性。2）表示：渗透系数由达西定律知，渗透系数的物理意义是：当水力梯度等于时的渗流速度。）应用（）地下降水时计算涌水量应考虑渗透系数的大小。（）流砂的防治应考虑。第7页/共87页第二节土方量的计算一基坑，基槽的土方量的计算、基坑对于基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行平面做上、下底的一种多面体）体积计算，先计算上、下两个面的面积F1、F2，再计算其体积。如图1-1示，计算公式为第8页/共87页开挖深度；、上下两个面的面积；a、b底面的长度和宽；m放坡系数。第9页/共87页2基槽沟槽

4、土方量可沿其长度方向分段（截面相同的不分段）计算，先计算截面面积，再求长度，累计各段计算土方量，如图1-2示，可按下式计算Vi第i段的体积（m3）；F1、F2第i段的两端面积（m2）；Li第i段的长度；F0第i段的中截面积；第10页/共87页第11页/共87页二 场地平整土方量计算总要求：建筑规划；生产工艺及运输、排水；最高洪水位；力求场地内挖填方平衡。1设计标高的确定场地平整要求场地内的土方在平整前和平整后相等，达到挖填土方量的平衡。即“填挖平衡”的原则确定设计标高H0。如图1-3示1）在图上划分方格，边长a=1040m，常用a=20m2）根据等高线按比例求解各顶点的地面高程Hij3）求解H

5、0第12页/共87页场地平整标高计算1等高线2自然地坪3设计标高平面4自然地面与设计标高平面的交线（零线）第13页/共87页化简得改写成第14页/共87页式中：H0达到挖填平衡的场地标高(m)；a方格网边长(m)；N方格数(个)；N11N22任一方格的四个角点的标高(m);H11个方格共有的角点标高(m)；H22个方格共有的角点标高(m)；H33个方格共有的角点标高(m)；H44个方格共有的角点标高(m)。第15页/共87页2H0的调整1）考虑土的可松性影响由于土有可松性，为了达到填挖平衡，则应把H0提高h，如图1-4示VTVWhAWAT 标高调整简图第16页/共87页增加高度为：式中：VT、

6、VW设计标高调整前的填挖方体积AT、AW设计标高调整前的填挖方面积；Ks土的最终可松性系数；h设计标高的增加值。第17页/共87页2)考虑排水坡度后标高H0为理论数值（即场地表面交处于同一个水平面），可作施工粗略确定场地整平标高用，实际场地均有排水坡度，如场地面积较大，有2以上排水坡度，尚应考虑坡度对设计标高的影响，以场地中心为基点，双向排水，则场地内任一点实际施工时所采用的设计标高Hn，可由下式求得（如图1-5示）式中：H0场地内任意一点的设计标高ixiyx方向y方向的排水坡度(不小于2)lxlyx，y方向至场地中心的距离由场地中心点沿x，y方向指向计算点，若其方向与ixiy反向则取“+”号

7、，反之取“”号第18页/共87页41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy 图1-5 方格网示意图第19页/共87页3求各顶点的施工高度式中：hn各顶点的施工高度，“+”为填方，“-”为挖方Hn各角点的设计标高Hn各角点的自然标高4确定零线，即填挖的分界线当一个方格内同时有填方与挖方时，要确定填挖的分界线即“零线”。先确定零点，再把零点连起来得零线（如图1-6）。第20页/共87页零点确定公式：x2x1h2 h1h1h2h3h4o1o2零线o1图1-6 零点及零线的确定第21页/共87页5土方量的计算如图1-7示按零线通过的位置不同，方格可分为三种类型，即：4

8、1H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy 图1-7 方格网示意图零线填 方 区挖 方 区第22页/共87页1）全填或全挖2)两挖两填3）三挖一填或三填一挖h1 h2h3h4a全填全挖h1 h2h3h4bca两填两挖h1 h2h3h4bca三填一挖或 三挖一填第23页/共87页6求填挖方量将所有的填方挖方累加起来即得总的填挖方量7边坡土方量的计算在整平场地，修筑路基的边坡时，常需计算边坡挖填土方量，系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘，将要计算的边坡划分为两种近似的几何形体（图1-8），一种为三角棱锥体（如体积、11）；另一种为三角棱柱体（如体积），然后应用几

9、何公式分别进行土方计算，最后将各块汇总，即得场地边坡总挖、填土方量第24页/共87页 图1-8 场地边坡计算简图 第25页/共87页1）边坡三棱体体积边坡三角棱体体积V可按下式计算（例如图1-8中的）2）边坡三棱柱体体积（1）边坡三角棱柱体积V，可按下式计算（例如图1-8中的）（2）当两端横截面面积相差很大时第26页/共87页式中：V1、边坡三角棱体体积(m3)，其它的计算方法相同;l1边坡的边长(m)m边坡的坡度系数；V4边坡三角棱体积(m3)l4边坡的长度(m)F1、F2、F0边坡两端及中部的横截面面积第27页/共87页 8 土方计算实例某场地平整利用方格网法计算其土方量a=20m，如图1

10、-9示，各角点编号及自然标高如图示，场地考虑双向排水，ix=0.2%，iy=0.3%（以5角点为中心），不考虑土的可松性影响，试按填挖平整的原则计算，该场地平整的土方量。解：1.确定设计标高H0。第28页/共87页Ix=0。3%Iy=0。2%图1-9 零线零线填 方 区 挖 方 区第29页/共87页2.考虑排水坡度影响，计算每个角点的计算标高同理其余各角点的设标高可计算出并标在图1-9上H4=9.5;H5=9.56;H6=9.62;H7=9.68;H8=9.54;H9=9.6;H10=9.66;H11=9.72第30页/共87页3.计算各角点的施工高度同理其它各角点的施工高度计算并标在图1-9

11、上。4.计算零点，找零线利用公式求零点距角点的距离。12线45线 第31页/共87页59线610线1011线把零点连成零线5.计算土方量方格1245V+=20(0.83+17.65)(0.01+0.3)/8=14.32m3V-=20(19.17+2.35)(0.23+0.04)/8=14.53m3第32页/共87页方格4589V+=(20-2.352.35)/2(0.3+0.74+0.3)/5=106.46m3V-=1/22.352.350.04/3=0.04m3方格2356V-=20(0.23+0.42+0.04+0.08)/4=77m3方格56910V+=1/2(17.65+13.32)2

12、0(0.3+0.16)/4=35.63m3V-=20/8(2.35+6.67)(0.04+0.08)=2.71m3方格671011V+=1/6(13/339.41)0.16=3.35m3V-=(202-13.339.41)(0.08+0.42+0.18)/5=37.34m3总土方量V+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3V-=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3第33页/共87页三 土方调配1 土方调配的目的：是在使土方总运输（m3.m）最小或土方运输成本（元）或土方施工费用（元）最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向和数量，从而达

13、到缩短工期和降低成本的目的。1 调配原则1).填方、挖方基本平衡，减少运土。2).填、挖方量与运距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低。3).好土应用于回填质量要求高的区域。4).调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填。第34页/共87页5).选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、机械化施工2 调配步骤1).划分调配区。在平面图上划出挖、填区的分界线，并在挖方区和填方区划出若调配区，确定调配区的大小和位置。2).计算各调配区的土方量，并标于图上3).计算每对调配区的平均运距，即挖方区土方重心至填方区重心的距离，并将每一距离Lij标于表1-1(土方平衡与运

14、距表)中。每个调配区的重心坐标：Xi=VX/V Yi=VY/VXi、Yi第i调配区重心的坐标；V-第i调配区中每方格的土方量；X，Y-每方格的几何中心坐标。第35页/共87页平均运距Lij=（xwi-xtj）2+（ywi-yTj）21/2Lij-从挖方区i到填方区j的平均运距；Xwi，ywi-挖方区i的重心坐标；Xtj，yTj-填方区j的重心坐标。4).确定最优调配方案。先用“最小元素性”确定初始方案，再用“位势法”进行检查，是否总的运输量 为最小值，否则用“闭回路法”进行调整Lij各调配区之间的平均运距(m)；Xij各调配区的土方量(m3)。5).绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、

15、土方数量及运距 第36页/共87页挖方 填方 T1 T2 Tj Tn挖方量(m3)W1X11L11X12L12X1jL1jX1nL1n W1 W2X21L21X22L22X2jL2jX2nL2n W2 .WiXi1Li1Xi2Li2.XijLij.XinLin Wi .WmXm1Lm1Xm2Lm2.XmjLmj.XmnLmn Wm填方量(m3)T1 T2.Tj.Tn表1-1 土方平衡与运距表第37页/共87页3例题矩形广场各调配区的土方量如图1-10所示,相互之间的平均运距见表1-2，试求最优土方调配方案。W3 300 W4 350 T1 500 T2 600 T3 450 W1 500 W2

16、 400 图1-10 各调配区的土方量第38页/共87页解：（1）先将图1-10中的数值标注在填、挖方平衡及运距表1-2中表1-2填挖方平衡及运距表挖方 填方 T1 T2 T3挖方量(m3)W110015090 500 W21409040 400 W380130110 300 W41305080 350填方量(m3)500 600 450 1550 1550第39页/共87页（2）采用“最小元素法”编初始调配方案，即根据对应于最小的Lij取最大的xij值的原则调配。初始方案见表3-23表表3-23 土方初始调配方案土方初始调配方案挖方 填方 T1 T2 T3挖方量(m3)W110015090

17、500 W21409040 400 W380130110 300 W41305080 350填方量(m3)500 600 450 1550 155035030040020025050S1=100200+250150+5090+40040+30080+35050=119500 m3m第40页/共87页（3）用“位势法”检验）利用运距相等的退化原理求假想运距Lij，求检验数ij=LijLij若所有ij0则方案最优，若有ij0则方案不优）检验检验结果见表1-3，从中可以知道23=-10 6m,用多级LI=0.1HH1h 抽水设备基坑中心线降水线第68页/共87页HHpmaxHpmax-抽水设备的最大

18、抽吸高度，一般轻型井点67m有关数据按下述取值：（1）h一般取0。51m（2）I的取值：单排取1/41/5双排取1/7环形取1/10（3）井点管布置应离坑边有一定距离0。71m第69页/共87页B涌水量的计算水井种类:无压完整井,无压非完整井,承压完整井,承压非完整井承压完整井的涌水量（单井）Q-涌水量；m3K-渗透系数，m/d实验得到；M-含水层厚度；mR-抽水影响半径；mX-井点管半径；第70页/共87页1承压完整井；2-承压非完整井；3无压完整井；4无压非完整井第71页/共87页a）无压非完整井涌水量计算 b）无压完整井涌水量计算图1.32 环形井点涌水量计算简图第72页/共87页C 确

19、定井管数量及间距单根井管出水量 （m3/d）D 一般取0.8m;1.2m ;1.6ml-滤管的长度；D-滤管的半径；第73页/共87页D抽水设备的选择一般选用真空泵,泵型用V5或V6型.采用V5型时,总管长度不大于100m,井点管数为80个左右;采用V6型时,总管长度不大于120m,井点管数为100个左右。E井点管的埋设与使用埋设顺序：先排放总管，再埋设井点管，然后用弯联管把井点管与总管连接，最后安装抽水设备。使用中的正常出水规律是“先大后小，先浑后清”。3流砂1）定义粒径很小，无塑性的土壤，在动水压力推动下，极易失去稳定而随地下水一起涌入坑内，形成流砂现象。2）原因：内因取决于土壤的性质，当

20、土的孔隙度大含水量大粘粒含量少粉粒多渗透系数小排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象经常发第74页/共87页发生在细砂粉和亚砂土中；会不会发生流砂现象，还应具备一定的外因条件，即地下水及其产生动水压力的大小。w h1A w h2AT l Al 土体脱离体 土体受力分析 h1 h2 地下水位线设想不透水层 动水压力对土的影响第75页/共87页如图示，由于高水位的左端（水头高为h1）与低水位的右端（水头高为h2）之间存在压力差，水经过长度为l，断面为的土体右左向右渗流。作用于土体的力有：wh1A土体左断的总水压力，其方向与水流一致wh2A土体右断的总水压力，其方向与水流相反TlA土体颗粒对

21、水的阻力（T为单位土体阻力）由静力平衡条件得：wh1Awh2ATlA=0化简得式中称为水力梯度，以I表示，则上式可写成T=Iw，由于单位土体阻力与水在土中渗流时对单位土体的压力GD（称动水压力）大小相等，方向相反，所以GD=-T=-Iw第76页/共87页当动水压力大于或等于土的浸水重度,即GD土处于悬浮状态土的抗剪强度为零，土随水流一起进入基坑，形成流砂现象。3流砂的防治（1）枯水期施工（2）打板桩（3）水中挖土（4）人工降低地下水位（5）地下连续墙法（6）抛大石块，抢速度施工第77页/共87页三土的填筑与压实1填土的基本要求保证一定的密实性和稳定性，符合设计和规范的有关规定.淤泥、冻土、膨胀

22、性土及有机物含量大于5的土，以及硫酸盐含量大于5的土均不能做填土。含水量大的粘土不宜做填土用。2填筑方法填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑若填方中采用不同透水性的土料填筑时,必须将透水性较大的土层置于透水星较小的土层之下。各种土料不得混杂使用，以免填方内形成水囊3填土质量控制选好土料控制适宜的含水量确定合适的铺土厚度与压实遍数4压实方法碾压法：平碾，羊足碾，汽胎碾夯实法：蛙式夯，重锤夯，木夯，石夯振动法第78页/共87页 影响填土压实的因素 1.压实功的影响 2.含水量的影响 3.铺土厚度的影响第79页/共87页 第80页/共87页第四节常用的土方施工机械推土机，铲土机，平土机，松土机，单斗

23、挖土机，多斗挖土机，各种碾压夯实机本章小结1土的分类及性质与利用；2边坡稳定及防止措施；3施工排水的方式；4流砂及其防治；5土的填筑方法及质量控制；6土方计算（场地平整；沟槽与基坑）7了解常用土方机械名称及性能。第81页/共87页第82页/共87页第83页/共87页第84页/共87页作业：1、开挖一段300m长的排水管沟，边坡坡度1：0.33，排水管上上游敷设深度为2m，排水管敷设坡度为5%，坑底作业面宽度为1m。涵管半径R=400mm管沟断面如图1。试计算该段管沟开挖土方量、回填土方量、弃土量。(KS=1.18，KS=1.05)第85页/共87页第86页/共87页感谢您的观看。第87页/共87页