《土木工程施工技術(shù)》課件1 土方工程-場地平整

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1、第1章 土方工程,1.1 概述 1.2 場地平整 1.3 基坑工程 1.4 土方的填筑與壓實(shí),學(xué)習(xí)要求: 了解土木工程施工技術(shù)的研究方向； 掌握學(xué)習(xí)方法； 熟悉施工中土的工程分類及分類依據(jù)； 掌握土的可松性； 熟悉原狀土壓實(shí)后的沉降量。,1.1 概述,1.1.1 土方工程的特點(diǎn) 1、內(nèi)容 主要：場地平整； 坑、槽開挖； 土方填筑。 輔助：施工排、降水； 土壁支撐。 2、施工特點(diǎn) （1）量大面廣； （2）勞動強(qiáng)度大，人力施工效率低、工期長； （3）施工條件復(fù)雜，受地質(zhì)、水文、氣侯影響大，不確定因素多。,3、施工設(shè)計(jì)應(yīng)注意 （1）摸清施工條件，選擇合理的施工方案與機(jī)械； （2）合理

2、調(diào)配土方，使總施工量最少； （3）合理組織機(jī)械施工，以發(fā)揮最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備及輔助工作； （5）合理安排施工計(jì)劃，避開冬、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保證工程質(zhì)量和安全。,1.1.2 土的工程分類,1.1.2 土的工程分類,按開挖的難易程度分為八類 一類土（松軟土） 二類土（普通土) 三類土（堅(jiān)土） 四類土（砂礫堅(jiān)土）,,機(jī)械或人工直接開挖,,五類土（軟石） 六類土（次堅(jiān)石） 七類土（堅(jiān)石） 八類土（特堅(jiān)石）,爆破開挖,1、土的可松性：自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，體積因松散而增加，以后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)。,V1 土在自然狀態(tài)下的體積。 m3 V

3、2 土經(jīng)開挖后松散狀態(tài)下的體積。 m3 V3 土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積。 m3 最初可松性系數(shù) 1.081.5 最后可松性系數(shù) 1.011.3 用途： KS：可估算裝運(yùn)車輛和挖土機(jī)械 KS ：可估算填方所需挖土的數(shù)量,1.1.3 土的工程性質(zhì),案例 1,某基坑208m3 ，現(xiàn)需回填，用2m3 的裝載車從附近運(yùn)土，問需要多少車次的土？ （ KS=1.20 ， KS=1.04 ）,答：填方用土： V1 = V3/ KS=208/1.04=200m3（原狀土） V2 = KS V1 =1.02*200=240m3（松散土） 2m3 的

4、裝載車運(yùn)土需要車次： n=240/2=120車次,2、原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量,經(jīng)驗(yàn)公式： S=P/C S原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量(cm) P機(jī)械壓實(shí)的有效作用力(kg/cm2) C原狀土的抗陷系數(shù)(kg/cm3),按表取值,3、土的滲透性,土體被水透過的性質(zhì)，用滲透系數(shù) K 表示。 K的意義：水力坡度（I=h/L）為1時，單位時間內(nèi)水穿透土體的速度（V=KI）,,K的單位：m / d 粘土< 0.1， 粗砂5075， 卵石100200 用途：降低水位;回填。,4.土的天然密度： 在天然狀態(tài)下，單位體積土的重量。它與土的密實(shí)程度和含水量有關(guān)。土的天然密度按下式計(jì)算：

5、式中:土的天然容重,t/m3； m 土的天然重量t； V 土的體積,m3. .干密度: 土的固體顆粒重量與總體積的比值.用下式表示： 式中 rd土的天然容重,t/m3； ms 土的總重量t； V 土的體積,m3. 在一定程度上,土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度.土的干密度愈大,表示土愈密實(shí).土的密實(shí)程度主要通過檢驗(yàn)填方土的干密度和含水量來控制.1.6t/m3,5.土的天然含水量 土的含水量：土中水的重量與固體顆粒重量之比的百分率 式中：gw 土中水的重量,t； gS 固體顆粒的重量,t. 土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對土方邊坡的穩(wěn)定性及填方密實(shí)程度有直接的影響. 對工

6、程施工的影響：土方開挖的難易程度，開挖機(jī)械的選擇、地基處理的方法、夯實(shí)填土的質(zhì)量最佳含水量（砂土812%；亞砂土915%；亞粘土1215%；粘土1923%）；行車（2530%陷車）、邊坡穩(wěn)定,開挖、行車（2530%陷車）、邊坡穩(wěn)定 最佳含水量可使填土獲得最大密實(shí)度的含水量。 （擊實(shí)試驗(yàn)、手握經(jīng)驗(yàn)確定）,1.2 場地平整,場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì) 場地平整土方量計(jì)算 土方調(diào)配 場地平整土方機(jī)械及其施工,1.2.1 場地的豎向規(guī)劃設(shè)計(jì),確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高考慮的因素：,(1) 滿足生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸?shù)囊螅? (2) 盡量利用地形，減少挖填方數(shù)量； (3)爭取在場區(qū)內(nèi)挖填平衡，降低運(yùn)輸費(fèi); (4)有一定泄水

7、坡度，滿足排水要求。 場地設(shè)計(jì)標(biāo)高一般在設(shè)計(jì)文件上規(guī)定，如無規(guī)定： (1)小型場地挖填平衡法 (2)大型場地最佳平面設(shè)計(jì)法 （用最小二乘法，使挖填平衡且總土方量最小）,1、初步計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高 H0,方法：將場地劃分為每格邊長1040m的方格網(wǎng)，找出每個方格各個角點(diǎn)的地面標(biāo)高（實(shí)測法、等高線插入法） 。,原則：場地內(nèi)挖填方平衡，平整前后土方量相等。,初步計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高H0,H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一個方格各角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高 M 方格個數(shù)。 或： H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M H1一個方格所僅有角點(diǎn)的標(biāo)高； H2、

8、H3、H4分別為兩個、三個、四個方格共用角點(diǎn)的標(biāo)高。,【案例2】某建筑場地方格網(wǎng)、地面標(biāo)高如圖,格邊長a=20m。泄水坡度 ix =2，iy=3，不考慮土的可松性的影響，確定方格各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高和施工高度。,答：（1）初步計(jì)算場地的設(shè)計(jì)標(biāo)高H0 H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+） +4（70.17+70.70+69.81+70.38） /（49） =70.29（m）,70.09,2、場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整 ( H0 ),土具有可松性，必要時應(yīng)相應(yīng)的提高H0,,,,挖方量,填方量,,,,受局部填

9、挖的影響,,溝渠,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較后，認(rèn)為就近借土或棄土一部分更合理,案例2 答： (2)不考慮土的可松性 H0 = H0=70.29m,3、根據(jù)要求的泄水坡度計(jì)算方格網(wǎng)各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高 Hn,單向排水時:HH0li 雙向排水時，各方格角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高Hn為： 以場地中心點(diǎn)為H0,Hn = H0 Lx ix L yi y,按要求的泄水坡度調(diào)整各角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高Hn ：,70.09,（3）按泄水坡度調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高Hn ：,Hn = H0 Lx ix L yi y,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,,,H070.29,,H2

10、 =70.29102+303=70.36,H3 =70.29+102+303=70.40,H1 =70.29302+303=70.32,其它見圖,案例2,4、計(jì)算場地各角點(diǎn)施工高度 hn,施工高度 指各角點(diǎn)挖方或填方的高度，它等于各角點(diǎn)的實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)高和原地形標(biāo)高之差。,hn= Hn Hn,hn 施工高度，填挖,Hn 設(shè)計(jì)標(biāo)高,Hn 原地形標(biāo)高,案例 2 （ 4）計(jì)算各方格角點(diǎn)的施工高度 hn,hn= Hn Hn 即：hn=該角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高 自然地面標(biāo)高（m）,h1 =70.3270.09 =0.23 （m）； 正值為填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,

11、+0.13,-0.36,-0.84,+0.83,h2 =70.36 70.40 =0.04 （m）； 負(fù)值為挖方高度,5、確定零線（挖填分界線） 零線 在一個方格網(wǎng)內(nèi)同時有填方或挖方時，應(yīng)先算出方格網(wǎng)邊上的零點(diǎn)的位置，并標(biāo)注于方格網(wǎng)上，連接零點(diǎn)即得填方區(qū)與挖方區(qū)的分界線（即零線）。不填不挖點(diǎn)的連線，是挖方區(qū)和填方區(qū)的分界線。 方法：插入法、比例法找零點(diǎn),,,,,,,,i,j,hi,hj,Xi-j,a,Xi-j=,施工高度絕對值代入,案例2 ： （ 5 ） 確定零線（挖填分界線）,,0,0,,,,,,,,Xi-j=,X1-2=,,20 *0.23,0.23+ 0.04,=,= 17.

12、04m,1. 四角棱柱體法 （1）方格四個角點(diǎn)全挖或全填：,1.2.2 場地平整土方量的計(jì)算,h1 h4 方格角點(diǎn)施工高度的絕對值; a 方格網(wǎng)一個方格的邊長； V挖（填）挖方或填方的體積（m3）。,分別按方格求出挖、填方量，再求場地總挖方量、總填方量。,h挖（填） 方格角點(diǎn)挖或填施工高度絕對值之和； h 方格四個角點(diǎn)施工高度絕對值總和。,（2）方格四個角點(diǎn)有填有挖,2. 三角棱柱體法（公式見教材）,,,,,,,,,當(dāng)三角形三個角點(diǎn)全部為挖或全部為填時：,當(dāng)三角形三個角點(diǎn)有填有挖時：,1.2.3 土方調(diào)配,在施工區(qū)域內(nèi)，挖方、填方或借、棄土的綜合協(xié)調(diào)。 土方調(diào)配的目的 土方調(diào)配的原則 土方調(diào)配

13、圖的編制步驟 用線性規(guī)劃的表上作業(yè)法進(jìn)行土方調(diào)配,1. 土方調(diào)配的目的,總運(yùn)輸量最?。ǔ杀咀畹停?縮短工期和降低成本。,合理確定 調(diào)配方向和數(shù)量,,2. 土方調(diào)配的原則,力求挖填平衡，運(yùn)量最小 合理劃分調(diào)配區(qū): 應(yīng)考慮近期施工與后期施工利用 應(yīng)考慮分區(qū)和全場相結(jié)合 盡可能與大型地下建筑物的施工相結(jié)合,,一期 先平整,余土,欠土,二期,數(shù)量，堆放位置,,,,T,W,天然地基,3.土方調(diào)配圖的編制步驟,（1）劃分調(diào)配區(qū) 注意： 1）與建筑物、開工順序協(xié)調(diào)； 2）大小滿足主導(dǎo)施工機(jī)械的技術(shù)要求； 3）與方格網(wǎng)協(xié)調(diào)，便于確定土方量； 4）借、棄土區(qū)作為獨(dú)立調(diào)配區(qū)。 （2）求出

14、各挖、填方區(qū)間的平均運(yùn)距 即每對調(diào)配區(qū)土方重心間的距離, 可近似以幾何形心代替土方體積重心 ，在圖上將重心連起來，用比例尺量出來。 （3）進(jìn)行土方調(diào)配： 線性規(guī)劃法 （4）畫出土方調(diào)配圖： 在圖上標(biāo)出各調(diào)配區(qū)的調(diào)配方向、數(shù)量及平均運(yùn)距。 （5）列出土方調(diào)配平衡表,土方調(diào)配平衡表及運(yùn)距表,4. 用線性規(guī)劃的表上作業(yè)法進(jìn)行土方調(diào)配,1900,500,600,800,填方量（m3）,,,,400,40,x43,100,x42,80,x41,W4,,,,500,70,x33,110,x32,60,x31,W3,,,,500,90,x23,40,x22,70,x21,W2,,,,500,1

15、00,x13,70,x12,50,x11,W1,挖方量 （m3）,T3,T2,T1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,填方區(qū),挖方區(qū),,(1) 列出土方平衡-運(yùn)距表,（2）用最小元素法求初始調(diào)配方案,最小元素法 即對運(yùn)距（或單價）最小的一對挖填分區(qū)，優(yōu)先地最大限度地供應(yīng)土方量，滿足該分區(qū)后，以此類推，直至所有的挖方分區(qū)土方量全部分完為止。,,,400,,,500,,,500,,,300,100,100,（3）判斷調(diào)配方案是否最優(yōu),用矩陣法求假想運(yùn)距：將有土方量的運(yùn)距填入表中，利用矩形對角線角點(diǎn)之和相等的原則，求出未知的假想運(yùn)距。,50,40,60,110,70,40,-

16、10,100,80,0,60,30,（3）判斷調(diào)配方案是否最優(yōu),求檢驗(yàn)數(shù)ij ： ij=運(yùn)距cij 假想運(yùn)距cij， 全部ij 0 ，方案最優(yōu)；若有ij 0，非優(yōu)，需調(diào)整。,,+,+,+,+,+,（4）對非優(yōu)方案進(jìn)行調(diào)整（閉回路法）,閉回路法 從負(fù)數(shù)方格出發(fā)，沿水平或垂直方向前進(jìn)，遇到有土方量的方格可轉(zhuǎn)90度角再前進(jìn)，如此轉(zhuǎn)彎和前進(jìn)，必將能回到原位置，形成折線形閉回路。,,,,,,（4）對非優(yōu)方案進(jìn)行調(diào)整（閉回路法）,調(diào)整土方量：從奇數(shù)轉(zhuǎn)角點(diǎn)格子中，找一個土方量最小的格子，將此格子變?yōu)榱?，并以此為調(diào)整值，奇數(shù)角點(diǎn)的土方量減去該值，歐數(shù)角點(diǎn)的土方量加上該值，形成一個新的調(diào)配方案。,,,,,100

17、,0,400,400,（5）判斷新方案是否最優(yōu),重復(fù)第三步步驟，若不是最優(yōu)，繼續(xù)調(diào)整，直至最優(yōu)。,20,80,30,60,50,30,+,+,+,+,+,+,由于所有的檢驗(yàn)數(shù) ij 0，故該方案已為最優(yōu)方案。,（6）繪出土方調(diào)配圖,最優(yōu)方案的總運(yùn)輸量 = 400501007050040400601007040040 = 94000m3-m 。 初始方案的總運(yùn)輸量 = 5005050040300601001101007040040 = 97000m3-m 。,1.2.4 場地平整土方機(jī)械及其施工,1. 推土機(jī),T2-100型液壓操縱推土機(jī),適用于： （1）平整場地：經(jīng)濟(jì)運(yùn)距在100m內(nèi)（效率最高

18、60m），一三類土的挖運(yùn)，壓實(shí)； （2）坑槽開挖：深度在1.5m內(nèi)、一三類土； （3）回填土方。,并列推土法,下坡推土法,槽形推土法,斜角推送法作業(yè),,分堆集中，一次推送法,跨鏟法作業(yè)示意圖,A鏟刀寬；B不大于拖拉機(jī)履帶凈寬,溝槽,土埂,2、鏟運(yùn)機(jī)：自行式、拖式,特點(diǎn)：能綜合完成挖、裝、運(yùn)、卸、平土的機(jī)械。,適用于：運(yùn)距60800m、坡度20度以內(nèi)的一二類土的大 型場地平整或大型基坑開挖、堤壩填筑等,鏟運(yùn)機(jī)開行路線示意圖,（b）“ 8 ”字形路線,（a）環(huán)形路線,鏟運(yùn)機(jī)鋸齒形開行路線,1路堤,2取土槽,鏟運(yùn)機(jī)下坡鏟土法,助鏟法示意圖,鏟運(yùn)機(jī)鏟土,推土機(jī)助鏟,雙鏟聯(lián)運(yùn)法示意圖,3、單斗挖土機(jī),正

19、鏟,拉鏟,抓鏟,反鏟,1正鏟挖掘機(jī) 正鏟挖掘機(jī)外型如圖1-44所示。它適用于開挖停機(jī)面以上的土方，且需與汽車配合完成整個挖運(yùn)工作正鏟挖掘機(jī)挖掘力大，適用于開挖含水量較小的一類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。,圖1- 44 正鏟挖掘機(jī) 外形,正鏟作業(yè)示意,2反鏟挖掘機(jī) 反鏟適用于開挖一至三類的砂土或粘土。主要用于開挖停機(jī)面以下的土方，一般反鏟的最大挖土深度為46m，經(jīng)濟(jì)合理的挖土深度為35m。反鏟也需要配備運(yùn)土汽車進(jìn)行運(yùn)輸。反鏟的外型如圖1-46所示。,圖1-46 液壓反鏟挖掘機(jī)外形,反鏟作業(yè)示意,3抓鏟挖掘機(jī) 它適用于開挖較松軟的土。對施工面狹窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟可取得理想

20、效果。抓鏟還可用于挖取水中淤泥、裝卸碎石、礦碴等松散材料。抓鏟也有采用液壓傳動操縱抓斗作業(yè)。 抓鏟挖土?xí)r，通常立于基坑一側(cè)進(jìn)行，對較寬的基坑則在兩側(cè)或四側(cè)抓土。抓挖淤泥時，抓斗易被淤泥“吸住”，應(yīng)避免起吊用力過猛，以防翻車。,圖1-48 抓鏟挖掘機(jī)外形,抓鏟作業(yè)示意,4拉鏟挖掘機(jī) 拉鏟適用于一至三類的土，可開挖停機(jī) 面以下的土方，如較大基坑（槽）和溝渠挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤壩等。 拉鏟挖土?xí)r，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土?xí)r斗齒朝下，利用慣性，較濕的粘土也能卸凈。但其開挖的邊坡及坑底平整度較差，需更多的人工修坡（底）。它的開挖方式也有溝端開挖和溝側(cè)開挖兩種。,,圖1-49 拉鏟挖掘機(jī)外形及工作狀況,拉鏟作業(yè)示意,,