土方工程.河海大学

《土方工程.河海大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土方工程.河海大学（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 土方工程,本章主要学习内容 土的工程性质 场地平整的基本原则和设计标高的确定 土方调配的基本原则和土方量的计算 流沙现象产生的条件和原因及治理措施 轻型井点的平面和高程布置及计算 边坡的稳定性和支护方法 土方机械的功能和选择 填土的土质要求，影响压实的主要影响因素等。,2.1 概述 2.1.1 特点,（1）面广量大、劳动繁重。一个大型建设项目的施工，其场地平整及基础、道路。管线等的土方施工面积可达几至几十平方公里，土方量可达数万至数百万立方米。 （2）施工条件复杂。土方工程多为露天作业，施工受当地的气候条件影响大，且土的种类繁多、成分复杂，工程地质及水文地质变化多，也对施工影响较大。

2、（3）工期长。,2.1 概述 2.1.2 土的工程分类 根据开挖的难易程度 松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。 根据颗粒级配与塑性指数 岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。,2.1.3 土的工程性质 土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。 （1）土的体积：V=Vw+Va+VsVv+Vs （式中：Vw水的体积，Vs土颗粒的体积， Va气体体积，Vv孔隙的体积。） （2）土的质量：M=Mw+Ms （式中：Mw水的质量，Ms土颗粒的质量。） （3）土的密度：M/V,（4）土的重度：g （式中：g重力加速度。） （5）土的干重度：d（Ms/V）g,（6）土的可松性： V

3、2V3V1 土的最初可松性系数： 土的最后可松性系数： 注：KsKs1.0 （式中：V1自然状态下土的体积；V2开挖后的松散体积；V3回填压实后的体积。） 问 *分类级别越小的土则可松性就越小？ *可松性越小的土就越好挖？,掌握概念,（7）土的含水量 =Ww/W100% Ww土中水的质量（g），为含水状态时土的重量与烘干后的土质量之差。 W土中固体颗粒的重量（g），为烘干后的土重。,（8）土的渗透性 土体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体运动，这种被水透过的性质称为土的渗透性。,掌握概念,单位时间渗水量：,渗流速度：,(H-水头差; L-渗流路径长度; A-土体横截面积),土渗透性比较： 粘

4、土粉土砂土砾石,2.2 场地平整土方量计算与调配,场地平整,主要包含三个步骤： 场地设计标高的确定 场地初步设计标高的计算 场地设计标高的调整 土方量计算 确定零线挖填方的分界线 计算各区格土方量 计算挖方和填方总工程量 土方调配的规划,2.2.1 场地设计标高的确定 （1）场地设计标高的确定原则： 主要考虑因素: 满足工艺和运输的要求 尽量利用地形，减少挖填方量 场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少 有一定的泄水坡度（0.002），满足排水要求，并考虑最大洪水水位的影响。,挖、填土方量平衡,关键,（2）初步计算场地设计标高,2,1,3,4,方格网,满足挖填方平衡的平均高度,（3）场地设计标

5、高的调整 1）土可松性的影响 问：*土的可松性导致场地设计标高的提高？ *调整场地设计标高应采用最后可松性系数？,2）场内和场外挖、填土的影响 问：以下四个因素，哪些导致场地设计标高提高？ 设计标高以上的填方工程 设计标高以下的挖方工程 就近从场外挖土 就近弃土于场外,小结：填土量大，场地设计标高提高； 挖土量大，场地设计标高降低。,3）泄水坡度对场地设计标高的影响,注：设计无要求时，泄水坡度0.002。,2.2.2 土方量计算 1）计算各角点的施工高度 施工高度：“+”填；“-”挖 2）确定“零线” “零点”方格边界上施工高 度为0的点。 “零线”“零点”所连成的线。 问：* “零线”是否是

6、挖填区的分界线？ * “零线”是否是一条连续的线？ * 假设场地无限大，“零线”是否封闭？ * 在一个场地上是否会有多条“零线” ？,3）计算方格网内的土方量 全挖全填 两个角点为挖，另两个角点为填： A. B. 一个角点为挖，另三个角点为填 A. B.,注：hi均为正值。,4）计算场地边坡的土方量,坡度系数：m=b/h,2.2.3 土方调配 土方调配的原则 挖方和填方基本平衡，总运输量最小，即挖方量与运距的乘积之和尽可能最小。 近期施工和远期利用相结合。 分区调配和全场调配的协调，好土用于回填质量要求高的填方区。 尽可能与大型地下室结构的施工相结合，避免土方的重复挖、填 和运输。,案例,场地

7、平整土方量计算与调配步骤回顾,计算场地设计标高,调整场地设计标高,确定零线,计算各方格挖填土方量,挖填方平衡,划分网格,根据土的可松性调整,根据泄水坡度调整，等,计算各角点施工高度后定零线,土方调配,2.3 排水和降低地下水 主要内容：排除地面水和降低地下水 2.3.1 排除地面水 一般采用“疏”，“堵”，“挡”的办法。 “疏”设置排水沟； “堵”截水沟； “挡”修筑土堤。,2.3.2 降低地下水 主要方法：集水坑降水法和井点降水法。 2.3.2.1集水坑降水法（即明排水法）,集水坑的设置要求 设置在基础范围以外，地下水走向的上游，以防止坑底的土颗粒流失。 直径或宽度：0.6-0.8m； 间距

8、：20-40m。 深度：随挖土加深而加深， 低于挖土面0.7-1m，基坑底 面下1-2m。 构造：底部设300厚碎石滤 水层或100厚砾石上部100厚 粗砂。 主要抽水设备 离心泵和潜水泵,集水坑降水,2.3.2.2 流沙及其防治 （1）流沙产生的条件 当土质为细沙或粉沙，又采用集水坑降水时，基坑一旦开挖到地下水位以下（约0.5米），坑底下的土有时会形成流动状态，随地下水一起涌入坑内，就形成流沙。,重要概念,后果： 施工条件恶化 地基完全丧失承载能力 附近建筑物沉降，倾斜。,流沙,（2）流沙形成原因 内因土质问题 均匀：颗粒级配中，土的不均匀系数小于5。 粘性差：土的颗粒组成中，粘粒含量10，

9、粉粒含量75% 土松：天然空隙比0.75 水多：含水量30% 因此，流砂易在粉土、细砂、粉砂和淤泥土中发生。,外因与土重作用相反的动水压力 动水压力的性质： 作用方向与水流方向相同； 与水力坡度和水头差成正比； 与渗透路径成反比。 实际上就是渗流力，水施于单位土体内 土颗粒上的拖曳力,土的浸水容重 浮重度,动水压力,（3）管涌冒砂 定义基坑底位于不透水层，其下为承压蓄水层，当覆盖土的重力小于承压水的托力时，发生管涌冒砂现象。,（4）流沙的防治 原则：治砂必先治水 减小或平衡动水压力 强挖并抛大石块 水下挖土法 减小水位差，使动水压力作用方向向下 人工降低地下水位 截断地下水流。 设止水帷幕 加

10、长渗透路径 打钢板桩,2.3.2.3 井点降水 （1）井点降水的类型和适用范围 在基坑开挖前，预先在基坑周围或在基坑内设置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降至基坑以下并稳定后才开挖基坑。,（2）轻型井点设备 包括：管路系统和抽水设备组成。 管路系统 包括：井点管、滤管、弯联管和总管等： 滤管3850， L=120mm钢管，上开直径为 1219的透水孔。 井点管直径为3850， L=57m 的无缝钢管，一般长 度为6m。 总管直径为100127， L=4m 的无缝钢管，每隔0.8 或1.2m有一个连接孔。 弯连管一般用钢管，塑 料管，常用塑料管。,井点管,总管,弯连管,轻

11、型井点降水系统,（2）轻型井点设备 抽水系统,抽水原理 地下水（气）在真空度的作用下，进入水气分离器，然后水由抽水机抽出，气由真空泵抽出，不断循环，从而降低地下水位。 设备 真空泵、抽水机、水气分离器等。,（3） 轻型井点布置 一般按照：单排、双排、环形布置。 1）单排井点布置,中部,地下水上游,大于基坑宽,透水层,6m,降水5m,2）环形井点布置,分段点设在拐弯处,中部,透水层,基坑宽6m降水5m,3）二级轻型井点,南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。,第一级,第二级,2）涌水量的计算 单井涌水量的计算达西线性渗透定律 涌

12、水量=渗透系数过水断面积水力坡度 即：Q=KAI 对于无压完整井： 式中：H含水层厚度（m）；h井内水深（m） R抽水影响半径（m）；r水井半径（m）； S水井内水位降低值，SH-h。,A圆柱表面积,(4)轻型井点计算 主要计算内容：基坑涌水量（Q）、井点管数量(n)、 井距（D）等。 1)井的形式,地下水表面具有一定水压,群井,x0,R,rx0,单井,R,群井涌水量的计算,对于无压完整群井：,环状轻型井点 假想半径,0,有效影响深度,无压非完整群井涌水量 完整井的公式 非完整井的公式,注：H0H,3）井点管数量（n）和间距（D）的确定,式中：q单根井点管最大出水量； d滤管直径。,避免相邻井

13、点管相互干扰,问：渗透系数小，则井点管间距小？ 井点管间距越小，则降水效果越好？ 若计算结果D15d，则D取15d？,注：D15d,（应增大q，减小n，增大D，以满足D15d）,（5）轻型井点抽水设备的选择 真空抽水设备：W5、W6 W5型：总管长度不大于100m W6型：总管长度不大于120m 真空泵抽水过程中的最低真空度 式中：h降水深度（m）； h水头损失，近似取1-1.5m 射流泵设备 QJD-60、QJD-90、JS-45其排水量分别为：60m3/h,90m3/h,45m3/h,总管长度不大于50m。,水泵 一般选用单级离心泵，其型号根据流量、吸水扬程、与总扬程确定。 水泵的流量应比

14、基坑涌水量大10%-20%，水泵的吸水扬程，要大于降水深度和各项水头损失之和，总扬程应大于吸水扬程与出水扬程之和。 多层井点系统中，下层井点的水泵应比上层井点的总扬程要大，以免中途接力。 一般一台真空泵配一台水泵作业，当土的渗透系数和涌水量较大时，也可采用两台水泵。,（6）轻型井点的施工 施工内容包括：准备工作、井点系统埋设、 使用与拆除。 准备工作 材料准备（井点设备、施工机具、动力、水源、砂滤料等）； 排水沟的开挖； 标高观测及防止沉降的措施； 设置水位观测孔。 井点埋设 挖井点沟槽 排放总管 埋设井点管 用弯连管与总管相连，安排抽水设备，试抽水。,井点管埋设的方法冲水管冲孔 钻孔 直接利

15、用井点管水冲下沉； 以带套管的水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。 每根井点管沉没后应检验其渗水性能：井点管与孔壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆水冒出，或向管内灌水时，能很快下渗。 第一组井点系统安装完毕后应进行抽水试验，检查管路接头质量、井点出水状况、抽水设备运转情况等。 降水过程中应对建筑物进行沉降观测，必要时采取防护措施,2.4 土方边坡和支护 土壁稳定主要依靠土体的抗剪强度来维持平衡 土体抗剪强度来源于土体的内摩擦力和粘结力（内聚力） 土体塌方的本质剪应力抗剪强度 其主要原因开挖过深、土质较差、放坡太小，水的侵入以及支护较弱等综合原因。 防止土体塌方的主要措施放坡及支撑等。 2.4.1 土方边坡坡度和边坡稳定 1）土方边坡 即放坡宽度b=坡度系数m开挖深度h 确定坡度的大小应考虑：土质情况、包括地下水、开挖深度、使用情况（堆载）、使用时间等。,2）边坡稳定 边坡稳定抗剪强度剪应力 土体塌方剪应力抗剪强度 剪应力的增加外力 边缘堆土或机械； 水侵入边坡，使土的含水量增加； 地下水产生的动水压力； 土体内水的静压力等。 抗剪强度降低外因转换为内因 由于受风化作用使土质变松； 土受地下水的侵蚀而产生润滑作用； 饱和细，粉沙受振动而液化