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1、项目二: 土方工程施工,项目一: 土方工程施工 任务一:土方量计算 任务二:基坑支护系统施工 任务三:基坑降水施工 任务四:土方开挖与回填施工,任务一:土方量计算,概述:土的物理特性,1. 土方工程施工往往具有施工面广、工程 量大、劳动繁重、施工条件复杂,施工工期长; 2. 土方工程施工又多为露天作业,在施工中直接受到地区交通、气候、水文、地质和邻近建(构)筑物等条件的影响; 3. 土、石又是一种天然物质,成分较为复杂,难以确定的因素较多,有时施工条件极为复杂。,一、土方工程施工特点,二、土方工程施工前的各项准备工作,1. 进行现场勘察,详细收集、核对和分析各项技术资料; 2. 清除地面、地下
2、障碍物,修筑运土道路; 3. 制定出以技术经济分析为依据的施工组织设 计,选择 施工方案,合理安排施工计划,尽量避开雨季施工;,4. 做出合理的土方调配方案,降低土方工程施工费用; 5. 做好保证工程质量的技术措施,对施工中可能遇到的问题,如流砂、边坡稳定等进行技术分析,提出解决方法。,三、土的工程分类,土的种类繁多,其分类方法也很多。在建筑施工中,按照开挖的难易程度,土可分为八类,如表11表中一至四类为土,五至八类为岩石。,表11 土的工程分类,续表,注*:土的级别为相当于一般16级土石分类级别。,四、土的工程物理性质,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,以百分数表
3、示,即(11) 式中:mw土中水的质量;ms土中固体颗粒的质量。,土的干湿程度用含水量表示:,土的含水量在5%以下 称干土, 土的含水量在530之间 称湿土, 土的含水量大于30称 饱和土。含水量越大,土就越湿,对施工越不 利。土的含水量大小对挖土的难易、施工时 边坡的坡度、 回填土的压实等均有影响。,2土的密度 (1)土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量,称为土的天然密度。土的天然密度用表示:(12)式中:m土的总质量;V土的天然体积。,(2)土的干密度,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d表示:(13) 式中:ms土中固体颗粒的质量;V土的天然体积。,土的干密度越大
4、,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,以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。,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,其体积仍不能恢复原状,这种性质称为土的可松性。,土的可松性程度用可松性系数表示,即 (14)(15) 式中: Ks 土的最初可松性系数;Ks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 土经压实后的体积。,表12 各种土的可松性参考数值,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。,图1
5、-1图的渗透试验, 水的渗透性大小取决于不同的土质。 地下水的流动以及在土中的渗透速度都与 土的渗透性有关。,地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算,其公式如下:(16) 式中:v水在土中的渗透速度,m/d; i水力坡度, ,即A、B两点水头差与水平距离之比k土的渗透系数,m/d。k值的大小反映出土体透水性的强弱,土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定,一般土的渗透系数见表13。,表13 土的渗透系数,深基坑工程中考虑时空效应的基坑开挖参数(时间参数、空间参数)和施工顺序的确定应满足以下要求:,(1)减少开挖过程中的土体扰动范围,采用分层分块开挖且其空间几何尺寸能最大限度地限制支
6、护墙体的变形和坑周土体的位移与沉降;,(2)尽量缩短基坑开挖卸荷后无支护暴露时间; (3)满足对称开挖、均衡开挖的原则,使基坑受力均衡; (4)可靠而合理地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力,安全、经济地解决基坑工程中稳定与变形的问题。,一、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。土方边坡的坡度以其高度h与底宽b之比表示(图11),即,式中:,称为坡度系数,图1-2 边坡形式 (a)直线型边坡;(b)折线型边坡;(c)阶梯型边坡;,根据土方和爆破工程施工及验收规范的规定,当地下水位低于基底,在湿度正常的土层中开挖基坑(槽)或管沟,且敞
7、露时间不长时,可作直立壁(不放坡)不加支撑,但挖方深度不宜超过下列规定: 密实、中密的砂土和碎石土为1m;硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土为1.25m;硬塑、可塑粘土为1.5m;坚硬的粘性土为2m。,施工过程中,应经常检查槽壁的稳定情。基坑(槽)或管沟挖好后,应及时进行基底混凝土垫层施工及地下结构施工。当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时,挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡允许坡度见表14。,表1一4 深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度(不加支撑),注:1 、静载指堆土或堆放材料等,动载指机械挖土或汽车运输作业等。 静载或动载距挖方边缘的距离在0,8m以
8、外,且堆土和堆放材料高度不超过15m:2、当有成熟施工经验时,可不受本表限制。,1、影响边坡稳定的因素,土方边坡在一定条件下,局部或一定范围内沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性,这就 是常常遇到的边坡失稳现象。 影响边坡稳定的因素很多,一般情况下,边坡失去稳定发生滑动,可以归结为土体抗剪强度低或切应力增加。引起土体抗剪强度降低的原因有:1)气候:由于气候的影响,使土质松软。2)粘土中的夹层因浸水面产生润滑作用。 3)饱和水的细砂,粉砂因振动而液化等。,2、引起土体内切应力增加的原因,1)高度或深度增加,切应力增加。2)边坡上面荷载(静、动)增加,尤其是有动荷载时。 3)浸水一方面使土体自
9、重增加,另一方面水在 土体中渗流产生一定的动水压力。 4)土体竖向裂缝中的水(地下水)产生静水压力。 由于影响基坑边坡稳定的因素很多,在一般情况下,开挖深度较大的基坑,应对土方边坡作稳定分析。 关于边稳定分析与计算可参考土力学方面的专著。,二、土方量计算,在土石方工程施工之前,必须计算土石方的工程量。土石方工程的外形通常很复杂而且不规则,一般情况下,都将其假设或划分成为一定的几何形状,采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。,基坑土方量可按立体几何中棱柱体(由两个平行的平面为底的一种多面体)体积公式计算(图12),即,(1-8) 式中:H基坑深度,m;A1、A2基坑上、下底面积,m2
10、;A0基坑中截面面积,m2。,图1-3基坑土方量计算,基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分 段后,再用同样的方法计算(图13):(19) 式中:V1第一段的土方量,m3;L1第一段的长度,m。将各段土方量相加即得总土方量:(110) 式中: V1、V2、Vn各分段的土方量,m3。,三、场地平整,场地平整通常是挖高填低。计算场地平整的挖方量和填方量,首先要确定场地设计标高,由设计地面的标高和天然地面的标高之差,可以得到场地各点的施工高度(即填挖高度),由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。,1. 确定场地设计标高,场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据,也是总图规划和竖向设计的依据。合理地
11、确定场地的设计标高,对减少土石方量、加快工程进度有重要的经济意义。,确定场地设计标高的原则是: 应满足生产工艺和运输的要求; 充分利用地形(如分区或分台阶布置),尽量使挖填方平衡,以减少土方量; 要有一定泄水坡度(0.2),满足排水要求; 要考虑最高洪水位的影响。,(1)初步确定场地设计标高(H0)。,将场地划分成边长为a的若干方格,将方格网角点的原地形标高标在图上,如图15所示。原地形标高可利用等高线由插入法求得或在实地测量得。,计算设计标高H0,场地区域内挖填前土石方量=施工至(毛)设计标高后的土石方量场地设计标高可按下式计算:(1-11)即 (1-12),式中:H0所计算场地的初定设计标
12、高;n 方格数;zi1、zi2、zi3、zi4第i个方格四个角点的天然地面标高。由图15可见,假定z1为一个方格独有的角点标高;z2、z3、z4分别为二、三、四个方格所共有的角点标高,式(112)可改写为如下计算式: (113),(2)调整场地设计标高。,初步确定的场地设计标高H0仅为理论值,实际上,还需要考虑以下因素对其进行调整。土的可松性影响。取土或弃土的影响。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,场地土方量计算方法有方格网法和断面法两种,在场地地形较为平坦时宜采用方格网法;当场地地形比较复杂或挖填深度较大、断面不规则时,宜采用断面法。,(1)方格网法。, 将场地划分
13、为边长1040m的正方形方格网;通常以20m居多。 将场地设计标高和自然地面标高分别标注在方格角点上,场地设计标高与自然地面标高的差值即为各角点的施工高度(挖或填),习惯以“十”号表示填方,“一”号表示挖方。 计算前应先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线,在该线上的施工高度为零。, 将施工高度标注于角点上,然后分别计算每一方格的填挖土方量,并算出场地边坡的土方量。 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,即得场地挖方和填方的总土方量。,(2)断面法。,沿场地取若干个相互平行的断面(当精度要求不高时,可利用地形图确定断面,若精度要求较高时,应实地测量确定),将所取
14、的每个断面(包括边坡断面)划分为若干个三角形和梯形,如图113所示,则面积f1、f2、 . f i为:,某一断面面积为:F1f1f2fn;若令:d1=d2=dn=d则 Fi=d(h1+h2+h3+hn) 设各断面面积分别为F1、F2、F3、Fn,相邻两断面间的距离依次为l1、l2、ln,则所求土方量为: (1-28) 用断面法计算土方量时,边坡土方量已包括在内。,(3)边坡土方量计算。,采用方格网法计算土方量时,还要另外计算边坡土方量,方法如下:首先根据规范或设计文件上规定的边坡度系数m,把挖方区和填方区的边坡画出来,然后把这些边坡划分为若干个几何形体,如三角棱锥体或三角棱柱体(如图1-14),再分别计算其体积。,小结: 土方量计算 作业布置: 课外补充作业(见资料),