建筑施工讲义.doc
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1、课题二:土方工程土方工程(一) 概 述一、 土方的工程的种类与特点1、 场地平整:是将天然地面改造所规定的设计平面时所进行的土石方施工全过程。特点:工作量大,劳动繁重且强度大,施工条件复杂等。2、 基坑(槽)及管沟开挖:指开挖宽度在3m以内的基槽或开挖底面积在20m2以内的土石方工程,是为浅基础、桩基础成胎及管沟等施工而进行的土石方开挖。特点:开挖的标高、断面、轴线准确;土石方量少;受气候影响大等。3、 地下工程大型土石方开挖4、 土石方填筑(分层回填压实)二、 土石的工程分类土的施工分类:按土的开挖难易限度可分为八大类,其中:四土:软土、普通土、坚土、砂砾坚土;四石:软石、次坚石、坚石、特坚
2、石。三、 土的工程性质1、 土的天然密度: m土的总质量 V土的天然体积 2、 土的干密度: ms土中固体颗粒的质量 V土的天然体积 3、 土的可松性 Ks土的最初可松性系数; Ks1土的最终可松性系数; V1土在天然状态下的体积; V2土被挖出后在松散状态下的体积; V3土经压(夯)实后的体积。三者之间的关系: V2 V3 V14、 土的透水性 v水在土中的渗透速度(m/d) i水力梯度K土的渗透系数(m/d)5、土的含水量 mw土中水的质量 ms土中固体颗粒经温度为1050C烘干后的质量6、土的密实度 土的实际干密度可用“环刀法”测定。先用环刀取样,测出土的天然密度(),并烘干后测出含水量
3、(),用下式计算土的实际干密度:土的最大干密度则用击实实验测定。 水的渗流图习题:1、工程需填土150m3,ks=1.13,ks=1.05,运来松土 m3?(161.4) 2、某工程挖土200m3, ks=1.13,ks=1.08,其余土(弃土)运走,没车2.5m3,求:V2(弃)= m3,(100.44)车次 ?(40) (二)土方量计算与调配一、基坑、基槽土方量计算基坑土方量可按立体几何中的拟柱体(由两个平行的平面做底的一种多面体)体积公式计算: 图12基坑土方量计算 图13基槽土方量计算(二)土方量计算与调配一、场地平整土石方工程量计算1、场地设计标高拟定 结合现场具体条件择优选定,原则
4、为:1应满足生产工艺和运送的规定;2充足运用地形(如分区或分台阶布置),尽量使挖填方平衡,以减少土方量;3要有一定泄水坡度(2),使之能满足排水规定;4。要考虑最高洪水位的影响。A、 初步拟定场地设计标高(H0) 图15场地设计标高计算示意图(a)地形图方格网; (b)设计标高示意图l一等高线;2一自然地面;3一设计平面 例题:拟定图1.6的场地设计标高H。H0=(252.45+251.40+250.60+251.60)+2(252.OO+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85)+4(251.60+25l.28) =25145(m)B、调整场地设计标高a、 土的可
5、松性影响b、 借土和弃土的影响c、 考虑泄水坡度对设计标高的影响2、场地及边坡土方量计算A、方格网法场地宜划分为10m40m的正方形方格网,通常以20m局多。将场地设计标高和自然地面标高分别注在方格交点上。标注:“挖”以“-”表达,“填”以“+”表达。零点的拟定方法:在相邻交点的位置如图示,将相邻的零点连接起来,既为零线。其中拟定方法有两种a.四角棱柱体的体积计算方法 (a)角点全填或全挖 (b)角点二填二挖 (c)角点一填(挖)三挖(填) a方格边长(m)。b.三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线将各个方格划提成三角形如图每个三角形的三个角点的填挖施工高度,用h1、h2、h3
6、表达。当三角形三个角点所有为挖或所有为填时如图示其挖填方体积为:式中 a方格边长(m);h1、h2、h3三角形个角点的施工高度,用绝对值(m)代入。B、断面法(略)C、边坡土方量计算当用方格网法计算土方量时,需要此外算边坡土方量,方法为:根据 m = 边坡宽边坡高,然后用三角棱锥或三角棱柱体公式进行计算。例如图中的,其体积为:b.三角棱柱体边坡体积例如图中的,其体积为:当两端横断面面积相差很大的情况下,则: (三)基坑降水在开挖基坑或沟槽时,土壤的含水层常被切断,地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时,地面水也会流入坑内。一般涉及:排地面水(泄洪沟、排水沟、堤埂);降地下水(集水井法、井点降水法
7、)1、水泵: 1)潜水泵、离心泵、软轴水泵2)型号:扬程=吸水扬程+出水扬程2、流砂及其防治地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力成为动水压力,它与单位土体内渗流水受到土骨架的阻力下大小相等,方向相反,沿水流方向任取一土柱体,其长度为L,水位差为hA-hB;当动水压力等于或大于土的浮重度时,则图利失去自重,处在悬浮状态,土的抗剪强度等于零,土粒能随渗流的水一起流动这种现象就叫“流砂现象”。当动水压力等于浮重度时的水力坡度称为产生流砂的临界水力坡度,用iC表达。其中iC=HW/L HW=hA-hB(水头差)a、产生流砂的因素:1)水流向上(集水井降水)2)动水压力G浮重度w/ b、流砂的防治:1
8、)水下挖土法 HW枯水期水下施工2)冻结法3)枯水期施工 G改向 井点降水4)抢挖法5)加设支护结构 L 板桩 地下连续墙6)井点降水法 抛片石 抢挖3、集水井降水法:在基坑或沟槽开挖时,在坑底设立集水井,并沿坑底的周边或中央开挖排水沟,使水在重力作用下流入集水井内,然后泵抽出坑外(如图)。四周的非水沟及集水井一般应设立在基础边线O4m以外,地下水流的上游。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力,集水井每隔20m40m设立一个。集水井的直径或宽度一般为0.7mO.8m。其深度随着挖土的加深而加深,要经常低于挖土面0.7m1.0m,排水沟宽度一般不小于300mm,沟底纵向坡度一般不小于3%,排水沟
9、至少比基底低0.3m0.4m,井壁用竹、木等简易加固。图 集水井降水1一排水沟;2一集水井;3一水泵当基坑挖至设计标高后,井底应低于坑底1m2m,并铺设0.3m碎石滤水层(防治井底的土被搅动)。4、井点降水法:就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),运用真空原理,通过抽水泵 不断抽出地下水,使地下水位减少到坑底以下,从主线上解决地下水涌人坑内的问题如右图a所示井点降水尚可防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方图b所示;可使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力,因此防止了坑底土的上冒图c所示;由于没有了水压,可使支护结构减少了水平荷载图d所示 由于没有地下水的渗流,可消除流
10、砂现象如图e所示 (d)井点降水的分类:轻型井点降水(电渗井点与喷射井点);管井降点(深井井点)1)、一般轻型井点A、一般轻型井点设备:滤管、井点管、弯联管及总管等。B、轻型井点的布置:如下图所:平面布置:当基坑或沟槽宽度小于6m,且降水深度不超过5m时,可用单排线状井置在地下水流的上游一侧,两端延伸长度以不小于槽宽为宜(图1所示)。如宽度大于 图1 单排线状井点的布置 (a)平面布置;(b)高程布置 1总管;2一井点管;3一抽水设备6m质不良,则用双排线状井点(图2所示)。面积较大的基坑宜用环状井点(图a所示)。高程布置:井点降水深度,考虑抽水设备的水头损失以后,一般不超过6m。井点管深度日
11、(图1(b)图2(b)按下式计算: 图2双排线状井点布置图 (a)平面布置;(b)高程布置1井点管;2总管;3一抽水设备2)轻型井点的施工:涉及准备工作、井点系统埋设、使用及拆除。(四)土方边坡与土壁支护一、准备工作:1、“三通一平”:水、电、路通;2、“一设”:临时设施;3、“一测”:测量放线。二、土方开挖施工的三种情况:1、“两不”不放边坡、不加支撑;规定:本地下水位低于基底,在温度正常的土层中开挖基坑或管够,如敞露时间不长,可挖成直壁不加支撑、但挖方深度规定如下:(注意:在挖的过程无水)土的种类砂土粉土(粉质粘土)塑土(粘土)坚硬土高度(h)1.0m1.25m1.5m2.0m2、“一不”
12、方边坡、不加支撑:对于高层建筑为增长基础的稳定和抗震性能,一般基础埋置较深,同时为满足人防规定,充足运用地下空间,常设单层或多层地下室,为此基坑开挖的深度和面积都很大,往往涉及到边坡的稳定、基坑稳定、基坑支护、防止流砂、减少地下水位、土方开挖方案等系列问题。1)土方边坡:土方边坡坡度以其高度H与其底部B之比。边坡可做成直线形、折线形或踏步形。(如下图)式中,m=B/H,成为坡度系数a)直线形 b)折线形 c)踏步形边坡坡度应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素拟定。2)条件:土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高,挖方深度h5m;3)土方边坡坡度重
13、要与土质(C、)、坡顶荷载、地下水有关;4)边坡稳定分析边坡滑动一般是指土方边坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下或向外移动而丧失其稳定性,边坡失稳往往是由外界因素影响下而发生。引起土体剪力增长的重要因素有:a、坡顶堆载物、行车;b、基坑边坡太陡;c、开挖深度过大;d、雨水或地面渗水等。引起土体抗剪强度减少的重要因素:a、土质自身差或因气候影响使土质变软;b、土体内含水量增长而产生;c、饱和的细砂、粉砂受振动而液化等。边坡稳定的分析方法有:条分法、摩擦圆法、机械分析法等。3、加支撑:横撑式支撑、板桩式支撑、重力式支撑。A、横撑式支撑 开挖较窄的沟槽多用横撑式土壁支撑,分为水平挡土板式和垂直挡土板
14、式两类前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。间断式水平挡土板支撑:湿度小的粘性土挖土深度小于3m时;连续式水平挡土板支撑:松散、湿度大的土壤,挖土深度可达5m。垂直挡土板式支撑:松散和湿度很高的土,挖土深度不限。支撑所承受的荷载为土压力。土压力的分布不仅与土的性质、土坡高度,并且与支撑的形式有关,且支撑 a)间断式水平挡板支撑 b)垂直挡板式支撑多为随挖、随铺、随撑。 图 横撑式支撑1一水平挡土板;2一立柱;3一工具式横撑; 4一垂直挡土板;5一横楞木;6一调节螺栓B)板桩式支护结构挡墙系统材料:型钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土灌注桩、地下连续墙,少量采用木材。 图 板桩结构l一钢
15、支撑;2一斜撑;3一拉锚;4一土锚杆;5一先施工的基础;6一板桩墙;7一竖撑;8一围檩C)重力是围护结构:只要通过加固基坑周边土形成一定厚度的重力式墙已达成挡土的目的。常用搅拌机将水泥强行搅拌,形成柱状水泥土搅拌桩,水泥土柱状加固体连续,搭接形成重力挡土墙,具有支护能力。合用于46m深的基坑,最大可达7m左右。规定两桩间应搭接不小于200mm,易于场地较开阔、土质承载力标准值小于140kpa软土或较软土中,此外尚有高压旋喷帷幕墙、水泥粉喷桩、化学注浆防渗挡土墙等形式的重力支护结构。深层搅拌水泥桩支护墙已用水泥强度为42.5MPa,掺灰量不小于10%,以12%15%为宜。横断面宜连续,形成封闭的
16、实体或格状结构。(五)土方工程机械化施工1、推土机施工;可分为索式和油压式两种;推土机特点:操纵灵活,运转方便,所需工作面较小,行驶速度快,易于转移,能爬30。左右的缓坡,因此应用范围较广。推土机用途:多用于场地清理和平整、开挖深度15m以内的基坑,填平沟坑,以及配合铲运机、挖土机工作等。在推土机后面可安装松土装置,破、松硬土和冻土;也可拖挂羊足辗进行土方压实工作。推土机合用挖土类型:一三类土;经济运距lOOm以内,效率最高为40m60m。推土机施工方法:下坡推土、并列推土、槽形推土、多铲集运 。槽形推土法 并列推土法 下坡推土法2、铲运机铲运机按行走方式可分为:自行式铲运机和托铲式铲运机;(
17、操纵系统可分为索式和油压式两种)铲运机的特点:不受地形限制,能独立工作,操纵灵活,行驶速度快,生产效率高,且费用低。铲运机适于开挖一三类土,常用于坡度200以内的大面积土方挖、填、平整、压实,大型基坑开挖和堤坝填筑等。铲运机运营路线如下图示:(a)、(b)环形路线;(c)大环形路线; (d)“8”字形路线 3、单斗挖土及施工 可分为正铲挖土机、反铲挖土机、拉铲挖土机和抓铲挖土机等; (1)为正铲;(2)为反铲;(3)为拉铲;(4)为抓铲挖土机的挖土特点:前进向上,强制切土。其挖掘力大,生产率高。挖土机适于开挖停机面以上的一四类土(正铲);停机面以下的一三类土(反铲);停机面以下的一二类土(拉铲
18、、抓铲)。4、土方机械的选择(略)(六)基坑(槽)施工(土方填筑与压实)一、对土料的选择选择填方土料应符合设计规定。如设计无规定期,应符合下列规定:1、碎石类土、砂土(使用细、粉砂时应取得设计单位批准)和爆破石碴,可用作表层以下的填料;2、含水量符合压实规定的粘性土,可用作各层填料;碎块草皮和有机质含量大于8的土,仅用于无压实规定的填方;3、淤泥和淤泥质土一般不能用作填料,但在软土或沼泽地区,通过解决含水量符合压实规定后,可用于填方中的次要部位;4、含盐量符合规定的盐渍土,一般可以使用,但填料中不得具有盐晶、盐块或含盐植物的根茎;5、碎块草皮和有机质含量大于8%的土,仅用于无压实的填方。对碎石
19、类土或爆破石碴用作填料时,其dmaxh(每层铺填厚度);当使用振动辗时,dmax h(每层铺填厚度) 。铺填时,大块料不应集中,且不得填在分段接头处或填方与山坡连接处。填方内有打桩或其他特殊工程时,块(漂)石填料的最大粒径不应超过设计规定。二、对基底的解决填方基底的解决,应符合设计规定。设计无规定期,应符合下列规定:1、基底上的树墩及主根应拔除,坑穴应清除积水、淤泥和杂物等,并分层回填夯实;2、在建筑物和构筑物地面下的填方或厚度小于0.5m的填方,应清除基底上的草皮和垃圾;3、在土质较好的平坦地上(地面坡度不陡于110)填方时,可不清除基底上的草皮,但应割除长草;4、在稳定山坡上填方,当山坡坡
20、度为11015时,应清除基底上的草皮;5、坡度陡于15时,应将基底挖成阶梯形,阶宽不小于1m;6、填方基底为耕植土或松土时,应将基底辗压密实;7、在水田、沟渠或池塘上填方前,应根据实际情况采用排水疏干、挖除淤泥或抛填块石、砂砾、矿渣等方法解决后,再进行填土。三、填筑规定填土时的具体规定:1、最佳用同种土水平分层进行并逐层压实(每层50cm);2、不同土不得混用,透水性大的土在下;3、对于坡地,不得用透水性较小的填料封闭,因施工条件的限制,上层必须填筑透水性较大的填料时,应将下层透水性较小的土层表面作成适当的排水坡度或设立盲沟。i坡度1/5时,应作成阶梯形。回填基坑和管沟时,应从四周或两侧均匀地
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