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1、第1章土方工程 1 1概述1 2土方与土方调配量计算1 3土方工程施工要点1 4土方工程的机械化施工1 5土方填筑与压实1 6土方工程质量标准与安全技术要求1 7工程实践案例1 8本章学习小结 1 1 1概述 1 1 1土方工程的施工特点常见的土方工程包括以下几方面 场地平整 其中包括确定场地设计标高 计算挖 填土方量 合理地进行土方调配等 土方的开挖 填筑和运输等主要施工 以及排水 降水和土壁边坡和支护结构等 土方回填与压实 包括土料选择 填土压实的方法及密实度检验等 土方工程施工 要求标高准确 断面合理 土体有足够的强度和稳定性 土方量少 工期短 费用省 但土方工程具有工程量大 施工工期长
2、 劳动强度大的特点 如大型建设项目的场地平整和深基坑开挖中 施工面积可达数平方千米 土方工程量可达数百万立方米以上 下 页返回 2 1 1概述 1 1 2土的工程分类与现场鉴别方法土的种类繁多 其分类方法各异 土方工程施工中 按土的开挖难易程度分为八类 如表1 1所列 1 1 3土的基本性质1 土的天然含水量土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率 即2 土的天然密度和干密度 上 页下 页返回 3 1 1概述 土在天然状态下单位体积的质量 称为土的天然密度 单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度土的干密度越大 表示土越密实 工程上常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准 以控制填
3、土工程的压实质量 土的干密度与土的天然密度之间有如下关系 上 页下 页返回 4 1 1概述 3 土的可松性土具有可松性 即自然状态下的土经开挖后 其体积因松散而增大 以后虽经回填压实 仍不能恢复其原来的体积 4 土的渗透性土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度 水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数 用k表示 单位为m d 从达西公式可以看出渗透系数的物理意义 当水力坡度等于1时的渗透速度即为渗透系数 单位同样为m d 上 页返回 5 1 2土方与土方调配量计算 1 2 1基坑 基槽土方量计算1 土方边坡在开挖基坑 沟槽或填筑路堤时 为了防止塌方 保证施工安全及边坡稳定 其边沿应考虑放坡 2
4、 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1 2 即基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后 再用同样方法 下 页返回 6 1 2土方与土方调配量计算 计算 图1 3 将各段土方量相加即得总土方量1 2 2场地平整土方量计算1 场地设计标高的确定一般来说应考虑以下因素 满足生产工艺和运输的要求 尽量利用地形 分区或分台阶布置 分别确定不同的设计标高 上 页下 页返回 7 1 2土方与土方调配量计算 场地内挖填方平衡 土方运输量最少 要有一定泄水坡度 2 使能满足排水要求 要考虑最高洪水位的影响 1 初步计算场地设计标高初步计算场地设
5、计标高的原则是场地内挖填方平衡 即场地内挖方总量等于填方总量 按照场地内土方的平整前及平整后相等 即挖填方平衡的原则 如图1 4 b 场地设计标高可按下式计算 上 页下 页返回 8 1 2土方与土方调配量计算 1 土的可松性影响由于土具有可松性 如按挖填平衡计算得到的场地设计标高进行挖填施工 填土多少有富余 特别是当土的最后可松性系数较大时更不容忽视 总填方体积应为此时 填方区的标高也应与挖方区一样提高 即 上 页下 页返回 9 1 2土方与土方调配量计算 故考虑土的可松性后 场地设计标高调整为 2 场地挖方和填方的影响由于场地内大型基坑挖出的土方 修筑路堤填高的土方 以及经过经济比较而将部分
6、挖方就近弃土于场外或将部分填方就近从场外取土 上述做法均会引起挖填土方量的变化 为了简化计算 场地设计标高的调整值 可按下列近似公式确定 即 上 页下 页返回 10 1 2土方与土方调配量计算 3 场地泄水坡度的影响按上述计算和调整后的场地设计标高 平整后场地是一个水平面 但实际上由于排水的要求 场地表面均有一定的泄水坡度 平整场地的表面坡度应符合设计要求 单向泄水时场地各方格角点的设计标高 图1 6 a 以计算出的设计标高H0或调整后的设计标高作为场地中心线的标高 场地内任意一个方格角点的设计标高为 双向泄水时场地各方格角点的设计标高 图1 6 b 上 页下 页返回 11 1 2土方与土方调
7、配量计算 2 场地土方工程量计算场地土方量的计算方法 通常有方格网法和断面法两种 方格网法适用于地形较为平坦 面积较大的场地 断面法则多用于地形起伏变化较大或地形狭长的地带 1 方格网法 1 划分方格网并计算场地各方格角点的施工高度根据已有地形图 一般用1 500的地形图 划分成若干个方格网 尽量与测量的纵横坐标网对应 方格一般采用10m 10m 40m 40m 将角点自然地面标高和设计标高分别标注在方格网点的左下角和右下角 见图1 10 上 页下 页返回 12 1 2土方与土方调配量计算 2 计算零点位置在一个方格网内同时有填方或挖方时 要先算出方格网边的零点位置即不挖不填点 并标注于方格网
8、上 由于地形是连续的 连接零点得到的零线即成为填方区与挖方区的分界线 图1 8 3 计算方格土方工程量按方格网底面积图形和表1 4所列公式 计算每个方格内的挖方或填方量 4 边坡土方量计算为了维持土体的稳定 场地的边沿不管是挖方区还是填方区均需作成相应的边坡 因此在实际工程中还需要计算边坡的土方量 上 页下 页返回 13 1 2土方与土方调配量计算 2 断面法沿场地的纵向或相应方向取若干个相互平行的断面 可利用地形图定出或实地测量定出 将所取的每个断面 包括边坡 划分成若干个三角形和梯形 如图1 14所示 对于某一断面 其中三角形和梯形的面积为若 上 页下 页返回 14 1 2土方与土方调配量
9、计算 则各个断面面积求出后 即可计算土方体积 则所求土方体积为1 2 3土方调配1 土方调配原则土方工程量计算完成后 即可着手对土方进行平衡与调配 应力求达到挖 填平衡和运输量最小的原则 这样可以降低土方工程的成本 上 页下 页返回 15 1 2土方与土方调配量计算 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则 当工程分期分批施工时 先期工程的土方余额应结合后期工程的需要而考虑其利用数量与堆放位置 以便就近调配 尽可能与大型地下建筑物的施工相结合 当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖的土方量又较大时 为了避免土方的重复挖 填和运输 该填土区暂时不予填土 待地下建筑物施工之后再行填土 调配区大小的划分应满
10、足主要土方施工机械工作面大小 如铲运机铲土长度 的要求 使土方机械和运输车辆的效率能得到充分发挥 2 土方调配区的划分 上 页下 页返回 16 1 2土方与土方调配量计算 1 划分调配区划分时应注意以下几点 划分应与建筑物的平面位置相协调 并考虑开工顺序 分期开工顺序 调配区的大小应满足土方机械的施工要求 调配区范围应与场地土方量计算的方格网相协调 一般可由若干个方格组成一个调配区 当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时 可考虑就近借土或弃土 一个借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区 计算各调配区的土方量 并将它标注于图上 上 页下 页返回 17 1 2土方与土方调配量计算 2
11、求出每对调配区之间的平均运距平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离 因此 求平均运距 需先求出每个调配区的土方重心 取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴 以一个角作为坐标原点 图 分别求出各区土方的重心坐标填 挖方区之间的平均运距L0为 上 页下 页返回 18 1 2土方与土方调配量计算 当填 挖方调配区之间的距离较远 采用自行式铲运机或其他运土工具沿现场道路或规定路线运土时 其运距应按实际情况进行计算 3 用 表上作业法 求解最优调配方案最优调配方案的确定 是以线性规划为理论基础 常用 表上作业法 求解 1 试用 表上作业法 求其土方的最优调配方案 并用位势法予以检验 2 绘出土方调配
12、图 1 用 最小元素法 编制初始调配方案 上 页下 页返回 19 1 2土方与土方调配量计算 2 最优方案判别法在 表上作业法 中 判别是否最优方案的方法有许多 采用 假想运距法 求检验数较清晰直观 3 方案的调整 在所有负检验数中选一个 一般可选最小的一个 本例中唯一负的是C12 把它所对应的变量作为调整对象 找出x12的闭合回路 从空格 其转角次数为零偶数 出发 沿着闭合回路 方向任意转角次数逐次累加 一直前进 在各奇数次转角点的数字中 挑出一个最小的 将它方格中 即空格中 上 页下 页返回 20 1 2土方与土方调配量计算 对新调配方案 再进行检验 看其是否已是最优方案 如果检验数中仍有
13、负数出现 那就按上述步骤继续调整 直到找出最优方案为止 上 页返回 21 1 3土方工程施工要点 1 3 1施工准备1 场地清理场地清理包括清理地面及地下各种障碍 2 排除地面水场地内低洼地区的积水必须排除 同时应注意雨水的排除 使场地保持干燥 以利土方施工 地面水的排除一般采用排水沟 截水沟 挡水土坝等措施 3 修筑临时设施修筑好临时道路及供水 供电等临时设施 做好材料 机具及土方机械的进场工作 下 页返回 22 1 3土方工程施工要点 4 做好土方工程的测量和放灰线工作放灰线时 可用装有石灰粉末的长柄勺靠着木质板侧面 边撒 边走 在地上撒出灰线 标出基础挖土的界线 基槽放线 根据房屋主轴线
14、控制点 首先将外墙轴线的交点用木桩测设在地面上 并在桩顶钉上铁钉作为标志 房屋外墙轴线测定以后 再根据建筑物平面图 将内部开间所有轴线都一一测出 柱基放线 在基坑开挖前 从设计图上查对基础的纵横轴线编号和基础施工详图 根据柱子的纵横轴线 用经纬仪在矩形控制网上测定基础中心线的端点 同时在每个柱基中心线上 测定基础定位桩 每个基础的中心线上设置四个定位木桩 其桩位离基础开挖线的距离为0 5 1 0m 上 页下 页返回 23 1 3土方工程施工要点 大基坑开挖 根据房屋的控制点用经纬仪放出基坑四周的挖土边线 1 3 2土方边坡与土壁支撑造成土壁塌方的原因主要如下 边坡过陡 使土体的稳定性不足导致塌
15、方 尤其是在土质差 开挖深度大的坑槽中 雨水 地下水渗入土中泡软土体 从而增加土的自重同时降低土的抗剪强度 这是造成塌方的常见原因 基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具 材料 或由于行车等动荷载 使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度 土壁支撑强度破坏失效或刚度不足导致塌方 上 页下 页返回 24 1 3土方工程施工要点 为了防止塌方 保证施工安全 在基坑 槽 开挖时 可采取以下措施 1 放足边坡土方边坡 图1 1 坡度大小的留设应根据土质 开挖深度 开挖方法 施工工期 地下水水位 坡顶荷载及气候条件等因素确定 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2002 规定 临时性挖方的边坡值应符
16、合表1 7的规定 2 设置支撑为了缩小施工面 减少土方 或受场地的限制不能放坡时 则可设置土壁支撑 如表1 8所列为一般沟槽支撑方法 主要采用横撑式支撑 上 页下 页返回 25 1 3土方工程施工要点 1 3 3施工排水与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 1 明排水法现场常采用的方法是截流 疏导 抽取 截流即是将流入基坑的水流截住 疏导即将积水疏干 抽取这种方法是在基坑或沟槽开挖时 在坑底设置集水井 并沿坑底的周围或中央开挖排水沟 使水由排水沟流入集水井内 然后用水泵抽出坑外 图1 22 上 页下 页返回 26 1 3土方工程施工要点 2 人工降低地下水位法人工降低地下水位就是在基坑开挖前 预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管 井 在基坑开挖前和开挖过程中 利用真空原理 不断抽出地下水 使地下水位降低到坑底以下 从根本上解决地下水涌入坑内的问题 图1 24 a 防治流砂现象是井点降水的主要目的 流砂现象产生的原因 是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果 如图1 25 a 从截取的一段砂土脱离体受力分析 可以容易
