建筑施工技术课件.pptx
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1、土的分类繁多,其分类法也很多,如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在土木工程施工中按土开挖的难易程度将土分为:松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。第一节第一节第一节第一节 土的分类及工程性质土的分类及工程性质土的分类及工程性质土的分类及工程性质一、土的分类与鉴别一、土的分类与鉴别 第1页/共159页表1.1土的工程分类与现场鉴别方法土的分类土 的 名 称可松性系数现场鉴别方法KSKs一类土(松软土)砂,亚砂土,冲积砂土层,种植土,泥炭(淤泥)1.081.171.011.03能用锹、锄头挖掘二类土(普通土)亚粘土,潮湿的黄土,夹有碎石、卵石的砂,种
2、植土,填筑土及亚砂土1.141.281.021.05用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松三类土(坚土)软及中等密实粘土,重亚粘土,粗砾石,干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土,压实的填筑土1.241.301.041.07要用镐,少许用锹、锄头挖掘,部分用撬棍四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土,粗卵石,密实的黄土,天然级配砂石,软泥灰岩及蛋白石1.261.321.061.09整个用镐、撬棍,然后用锹挖掘,部分用楔子及大锤第2页/共159页土的分类土 的 名 称可松性系数现场鉴别方法KSKs五类土(软石)硬石炭纪粘土,中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土,胶结不紧的砾岩,软的石炭岩1.301.451.1
3、01.20用镐或撬棍、大锤挖掘,部分使用爆破方法 六类土(次坚石)泥岩,砂岩,砾岩,坚实的页岩,泥灰岩,密实的石灰岩,风化花岗岩,片麻岩 1.301.451.101.20用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土(坚石)大理岩,辉绿岩,玢岩,粗、中粒花岗岩,坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩,风化痕迹的安山岩、玄武岩1.301.451.101.20用爆破方法开挖八类土(特坚硬石)安山岩,玄武岩,花岗片麻岩,坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1.451.501.201.30用爆破方法开挖 第3页/共159页1.1.土的含水量土的含水量:土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。
4、二、土的工程性质二、土的工程性质 (一)土的组成(一)土的组成式中:m湿含水状态土的质量,kg;m干烘干后土的质量,kg;mW 土中水的质量,kg;mS固体颗粒的质量,kg。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化,对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。(二)土的工程性质(二)土的工程性质 第4页/共159页土的天然密度:在天然状态下,单位体 积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算:2.2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度 式中土的天然密度,kg/m3;m 土的总质量,kg;V 土的体积,m3。第5页/共159页干密度:土的固体颗粒质量与总体积的
5、比值,用下式表示:式中d土的干密度,kg/m3;mS 固体颗粒质量,kg;V 土的体积,m3。在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大,表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。第6页/共159页3.3.土的可松性系数土的可松性系数 土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示,即 式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数;V1土在天然状态下的体积,m3;V2土挖出后在松散状态下的体积,m3;V3土经压(夯)实后的体积,m3。第7页/共159页土的最初可
6、松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数;土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见表1.1所示。第8页/共159页4.4.土的渗透性土的渗透性土的渗透性:指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗透系数:表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d表示;它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1.6所示。第9页/共159页表1.6土的渗透系数参考表土的名称渗透系数(m/d)土的名称渗透系数(m/d)粘土0.005中砂5.0020.00亚粘土0.0050.10均质中砂3550轻亚粘土0.10
7、0.50粗砂2050黄土0.250.50圆砾石50100粉砂0.501.00卵石100500细砂1.005.00第10页/共159页第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配一、一、基坑与基槽土方量计算基坑与基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1.1.1)。即式中 H 基坑深度,m;A1、A2基坑上、下底的面积,m2;A0基坑中截面的面积,m2。第11页/共159页基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2):式中V1第一段的土方量,m3;L1第一段的长度,m。将各段土
8、方量相加即得总土方量:第12页/共159页二、二、场地平整土方计算场地平整土方计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方,将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后,用横截面计算公式逐段计算,最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低,可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区,一般采用方格网法。第13页/共159页方格网法计算场地平整土方量步骤为:(1)读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长
9、a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图1.31.3所示。第14页/共159页第15页/共159页(2)计算场地各个角点的施工高度 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差,是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算:式中 hn角点施工高度即填挖高度(以“+”为填,“-”为 挖),m;n方格的角点编号(自然数列1,2,3,n)第16页/共159页(3)计算“零点”位置,确定零线 方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点,即为“零点”(
10、图1.4)1.4)。第17页/共159页零点位置按下式计算:式中 x1、x2角点至零点的距离,m;h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m;a方格网的边长,m。第18页/共159页 确定零点的办法也可以用图解法,如图1.51.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例,用尺相连,与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来,即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。第19页/共159页(4)计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1.31.3所列计算公式,逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。(5)边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填
11、方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算,一种为三角棱锥体(图1.61.6中、),另一种为三角棱柱体(图1.61.6中)。第20页/共159页表1.3常用方格网点计算公式项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)两点填方或挖方(梯形)三点填方或挖方(五角形)四点填方或挖方(正方形)第21页/共159页第22页/共159页A三角棱锥体边坡体积式中 l1边坡的长度;A1边坡的端面积;h2角点的挖土高度;m边坡的坡度系数,m=宽/高。第23页/共159页B三角棱柱体边坡体积两端横断面面积相差很大的情况下,边坡体积式中l4边坡的长度;A1、A2、A0边坡两端及中部横断面面积。C C计
12、算土方总量 将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总,即得该场地挖方和填方的总土方量。第24页/共159页【例1.1】某建筑场地方格网如图1.71.7所示,方格边长为20m20m,填方区边坡坡度系数为1.0,挖方区边坡坡度系数为0.5,试用公式法计算挖方和填方的总土方量。第25页/共159页【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高,计算结果列于图1.81.8中。由得:h1=251.50-251.40=0.10 h2=251.44-251.25=0.19 h3=251.38-250.85=0.53 h4=251.32-250.60=0.72 h5=251.56-2
13、51.90=-0.34 h6=251.50-251.60=-0.10 h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43 h9=251.62-252.45=-0.83 h10=251.56-252.00=-0.44 h11=251.50-251.70=-0.20 h12=251.46-251.40=0.06第26页/共159页第27页/共159页(2)计算零点位置。从图1.81.8中可知,15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同,说明此方格边上有零点存在。由公式1.10 求得:15线 x1=4.55(m)26线 x1=13.10(m
14、)67线 x1=7.69(m)711线 x1=8.89(m)1112线 x1=15.38(m)第28页/共159页 将各零点标于图上,并将相邻的零点连接起来,即得零线位置,如图1.8。(3)计算方格土方量。方格、底面为正方形,土方量为:V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格底面为两个梯形,土方量为:V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3)V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3)第29页/
15、共159页 方格、底面为三边形和五边形,土方量为:V(+)=65.73(m3)V(-)=0.88(m3)V(+)=2.92(m3)V(-)=51.10(m3)V(+)=40.89(m3)V(-)=5.70(m3)方格网总填方量:V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格网总挖方量:V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)第30页/共159页(4)边坡土方量计算。如图1.91.9,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算,可得:V(+)=0.003(m3)V(+)=V(+)=0.0001(m3)V(+)=
16、5.22(m3)V(+)=V(+)=0.06(m3)V(+)=7.93(m3)第31页/共159页第32页/共159页V(+)=V(+)=0.01(m3)V=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)边坡总填方量:V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3)边坡总挖方量:V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25(m3)第33页/共159页三、土方调配三、土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容,在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调
17、配方案应根据地形及地理条件,把挖方区和填方区划分成若干个调配区,计算各调配区的土方量,并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离),确定挖方各调配区的土方调配方案,应使土方总运输量最小或土方运输费用最少,而且便于施工,从而可以缩短工期、降低成本。第34页/共159页 土方调配的原则:力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则;近期施工与后期利用的原则。进行土方调配,必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法,综合上述原则,并经计算比较,选择经济合理的调配方案。第35页/共159页(一)调配区的划分在场地的平面图上先画出挖填方区的分界线(零线),在根
18、据地形及地理条件,在挖方区和填方区适当划分若干调配区,并计算出各调配区的土方量,在图上注明。如下图所示。第36页/共159页图土方调配图箭线上方为土方量(m3),箭线下方为运距(m)第37页/共159页(二)调配区之间平均运距平均运距就是挖方区土方重心至填方区土方重心之间的距离。为了简化计算,假设每个方格上的土方是各自均匀分布的,从而用图解法求出几何中心代替方格的重心。取场地的纵横两边作为坐标轴,各调配区的重心坐标为:第38页/共159页重心求出后标在相应的套配区图上,然后用比例尺量出每对调配区之间的距离。式中:X,Y调配区的重心坐标;Vi每个方格的土方量;xi,yi每个方格的重心坐标。每对调
19、配区的平均运距:第39页/共159页例题:W3500W4400500500500600800T2T1W1T3W2506010011040407010070907080第40页/共159页1.编制初始调配方案第41页/共159页第42页/共159页利用“最小元素法”编制初始调配方案,其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小,因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”,其实质相同,都是用检验数ij来判别。只要所有的检验数ij0,则该方案即为最优方案;否则,不是最优方案,尚需进行调整。下面介绍用“位势法”求检验数:2.方案检验第43页/共159页(1)求位势Ui和Vj位势数
20、就是在运距表的行或列中用运距(或单价)Cij同时减去的数,目的是使有调配数字的格检验数ij为零,而对调配方案的选取没有影响。计算方法:将初始方案中有调配数方格的Cij列出,然后按下式求出两组位势数Ui(i1,2,m)和Vj(j1,2,n)。CijUiVj(120)式中Cij平均运距(或单位土方运价或施工费用);Ui,Vj位势数。第44页/共159页例如,本例两组位势数计算:设U10,则V1C11U150050;U3C31V1605010;V211010100;,见表所示。第45页/共159页第46页/共159页(2)求检验数ijijCijUiVj 12700100301310006040217
21、0(60)50802390(60)60904190(20)505042100(20)10020第47页/共159页3.方案的调整(1)在所有负检验数中选取最小的一个(本例中为C12),把它所对应的变量X12作为调整的对象。(2)找出X12的闭回路:从X12出发,沿水平或竖直方向前进,遇到调调配土方数字的格作可以做90转弯,然后依次继续前进,直到再回到出发点,形成一条闭回路。(3)从空格X12出发,沿着闭回路方向,在各奇数次转角点的数字中,挑出一个最小的土方量(本表即为500、100中选100),将它调到空格中(即由X32调到X12中)。(4)同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值(
22、100m3),偶次转角上数字都增加该调动值,使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡,这样调整后,便得到了新的调配方案。第48页/共159页第49页/共159页第50页/共159页再求位势及空格的检验数若检验数仍有负值,则重复以上步骤,直到全部ij0而得到最优解。(4)绘出调配图:(包括调运的流向、数量、运距)。(5)求出最优方案的总运输量:40050100705004040060100704004094000m3-m。+40+50+60+50+50U1=0V1=50V2=70U2=30U3=10V3=60U4=20挖 填T1T2T3UiVjW1W2W3W4506011040407080100707
23、010090+30000000第51页/共159页W3500W4400500500500600T2T1W1T3W2800400100500400400100第52页/共159页第三节 基坑降水与排水基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制,即在基坑工程施工过程中,地下水要满足支护结构和挖土的施工要求,并且不因地下水位的变化,对基坑周围的的环境和设施带来危害。降水目的:1、防止涌水、流沙,保证在较干燥的状态 下施工;2、防止滑坡、塌方、坑底隆起;3、减少坑壁支护结构的水平荷载。第53页/共159页一、地面排水排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法
24、,并尽量利用原有的排水系统,或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。二、降低地下水位(一)集水井降水法(明渠排水法)集水井法是在基坑开挖过程中,沿坑底的周围或中央开挖排水沟,并在基坑边角处设置集水井,将水汇入集水井内,用水泵抽走。这种方法可用于基坑排水,也可用于降水。第54页/共159页1.集水井设置1)施工过程基坑或沟槽开挖时,在坑底设置集水井,并沿坑底的周围或中央开挖排水沟,使水在重力作用下流入集水井内,然后用水泵抽出坑外。2)构造四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外,地下水流的上游,基坑面积较大时,可在基坑范围内设置盲沟排水。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力,集水井每隔20
25、40m设置一个。第55页/共159页3)设置集水坑的直径或宽度一般为0.60.8m,其深度随着挖土的加深而加深,并保持低于挖土面0.71.0m。坑壁可用竹、木材料等简易加固。当基坑挖至设计标高后,集水坑底应低于基坑底面1.02.0m,并铺设碎石滤水层(0.3m厚)或下部砾石(0.1m厚)上部粗砂(0.1m)的双层滤水层,以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出,并防止坑底土被扰动。特点:明排水法构造简单(其由集水井、排水沟和水泵组成),施工成本低,应尽可能采用。优点:方法简单、经济,对周围影响小,应用较广。缺点:当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂,有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。第56页/共
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