、土方工程量计算与调配、基坑支护(4学时)

土木工程施工12019年8月7日星期三土木工程施工主讲人：娄永忠惠州学院建筑与土木工程系土木工程施工2前言•1、内涵•土木工程施工是土木专业的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工程施工的局部规律和全局性规律。•2、研究对象•它的研究对象是土木工程施工的建造技术规律（施工技术），和劳动组织规律（施工组织）。本课程的施工程序、工艺流程、操作要点、质量要求等内容直接与规范的强制性条文接轨，这些知识将使你在职场受用一生！土木工程施工3•3、相关学科•力学、工程测量、工程材料、制图、混凝土结构、工程机械、项目管理、合同管理与索赔、建设法规、技术经济、概预算等等。土木工程施工42019年8月7日星期三第1章土方工程1土方开挖2土壁支护3施工排水4流砂的防治土木工程施工5•【教学要求】•熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助工作内容；常用土方施工机械的施工特点；土方边坡稳定机理、基坑支护方法；基坑排水、降水方法；掌握土方量计算方法，基坑、基槽、场地平整、开挖，土方填筑与压实的要求。•【教学重点】•土的工程分类；土方调配；土的回填与压实施工工艺；基坑支护方法；基坑排水、降水方法。•【时间安排】6-8课时土木工程施工6⑴场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。⑵开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。⑶土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。1、土方工程施工内容包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：2、土方工程施工特点和要求特点：⑴面广量大、劳动繁重；⑵施工复杂施工要求：标高、断面准确；土体有足够的强度和稳定性；工程量小；期短；费用省。土方工程施工内容与准备工作土木工程施工7⑴踏勘现场；⑵熟悉图纸、编制施工方案；⑶清除现场障碍物，平整施工场地,进行地下墓探，设置排水降水设施；⑷永久性控制坐标和水准点的引测,建立测量控制网，设置方格网、土方边坡与基坑支护控制桩等；⑸搭设临时设施、修筑施工道路；⑹施工机具、用料准备。3、土方施工准备工作踏勘现场编制方案场地清表场地测量土木工程施工8编制土方施工方案施工场地平整结构基础桩施工支护桩施工降水井施工并预降水土方开挖基础结构施工土方回填4、土方施工的基本流程土木工程施工9•5、本章节主要相关规范•《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）•—中华人民共和国国家标准•《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—1999）•—中华人民共和国行业标准•《基坑土钉支护规程》（CECS：1997）•—中国工程建设标准化协会•《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）•《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）土木工程施工101.1.1土的工程分类•土的种类繁多，从不同技术角度，分类方法各异。按施工时开挖难易程度分为八类，如表1-2所示。•这也是确定土木工程劳动定额（预算定额）的依据。土的开挖难易程度直接影响土方工程的施工方案，劳动量消耗和工程费用。1.1土的工程分类及性质土木工程施工11类别土的名称开挖方法可松性系数KsK's第一类（松软土）砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤泥）用锹、锄头挖掘1.08~1.171.01~1.04第二类（普通土）粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土和粉土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松1.14~1.281.02~1.05第三类（坚土）软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土、压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍1.24~1.301.04~1.07第四类（砾砂坚土）重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用锲子及大锤1.26~1.371.06~1.09第五类（软石）硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法1.30~1.451.10~1.20第六类（次坚石）泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩、片麻岩用爆破方法，部分用风镐1.30~1.451.10~1.20第七类（坚石）大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩用爆破方法1.30~1.451.10~1.20第八类（特坚石）安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩，玢岩用爆破方法1.45~1.501.20~1.30土木工程施工12前四类(土)松软土普通土坚土沙砾坚土后四类（岩石）软石次坚石坚石特坚石一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖用锹、锄头挖掘主要用镐，少许用锹、锄头开挖，部分须用撬棍一般先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分须用锲子及大锤须用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法开挖须用爆破方法开挖，部分用风镐须用爆破方法进行开挖须用爆破方法进行开挖土木工程施工131.1.2土的工程性质•土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本数据。土的主要工程性质有：•土的可松性，原状土经机械压实后的沉降量等；此外还有渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。土木工程施工14•1、土的密度气水土粒GsGwGVsVwVVa质量G体积V%100VG%100VGsd测定：环刀法它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。干密度是用以检验土压实质量的控制指标。不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的土木工程施工15•2、土的天然含水量•土的天然含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。221GGGGGs快速含水量测定仪•土的含水量测定方法：烘干法•把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100～105°C），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水状态土的质量，第二次称量为烘干后土的质量，利用公式可计算出土的天然含水量。土木工程施工16•土的含水量表示土的干湿程度。•土的含水量：5%以内，干土；•5～30%以内，潮湿土；•大于30%，湿土。•各类土的最佳含水量如下：•砂土为8%～12%；•粉土为16%～22%；•粉质粘土为12%～15%；•粘土为19%～23%。含水量影响土方施工方法的选择、挖土的难易、边坡的稳定和回填土的质量土的含水量超过25～30%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度土木工程施工17•3、渗透性•表征土渗透性指标为渗透系数K。渗透性表示单位时间内水穿透土层距离的能力，以m/昼夜表示。渗透系数是降低地下水中计算涌水量的重要参数。iAhhAQ21KlKiAQKV渗流速度渗透流量渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性土木工程施工18现场测定法有野外注水试验和抽水试验等，是在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。无压完整井抽水试验无压非完整井抽水试验土木工程施工19•4、土的可松性13VVKs12VVKs对土方工程施工的影响：①计算施工机械及土方运输量；②基坑开挖时留、弃土量；③计算土方调配、场地设计标高调整；土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参数。土木工程施工20•例题1-1某场地的挖方体积为1000m3，填方体积为1500m3，ks=1.08，ks’=1.03，问该场地是借土还是弃土？若用运土量为5m3/车汽车运土，问应运多少车次？•解:根据公式Q=（1000-1500/1.03)×1.08=-492.8m3结果为负，故该场地应借土•运土的车次为n=492.8/5=99(车次)ssKKVVQ)('31土木工程施工21•5、原状土经机械压实后的沉降量PSC土木工程施工221.2土方工程量计算及土方调配•场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。•土方工程量计算主要有土方平整量、土方开挖量和调配量计算。一般情况下，将土方划分成一定的几何形状，采用具有一定精度的方法进行计算，通常有方格网法和断面法。土木工程施工231.2.1场地设计标高的确定•1、场地设计标高的确定•（1）一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等的原则确定场地设计标高；•（2）用最小二乘法原理（线性规划方法）求最佳设计平面：应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。•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。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。土木工程施工24•选择设计标高，还需考虑以下因素：•（1）满足生产工艺和运输的要求；•（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；•（3）场地以内的挖方与填方能达到相互平衡以降低土方运输费用；•（4）要有一定的泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求；•（5）考虑最高洪水位的要求。最佳设计平面——最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。土木工程施工25•2、设计文件无要求时，场地的设计标高确定的步骤和方法（方格网法）•（1）初步计算场地设计标高划分方格网方格网边长a可取10～40m，常用20m、40m；土木工程施工26确定各方格网角点高程●水准仪实测；●利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。用插入法求得H13=251.70水准仪进行高程测量土木工程施工27()()21221211211112220)4(22211211220HHHHaNaH)4(222112110NHHHHH)4432(43210NHHHHH初始场地设计标高（1.7）按挖填平衡确定设计标高土木工程施工281234002234Q()4HHHHHHNN考虑借土，弃土，可松性影响时，初始场地设计标高（1.8）（2）计划平面为任意平面时的最优计划理论（略）式中：N——方格网数；H1——一个方格仅有的角点坐标；H2——两个方格共有的角点坐标；H3——三个方格共有的角点坐标；H4——四个方格共有的角点坐标。土木工程施工29•（3）考虑泄水坡度对设计标高的影响1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法liHHn0yyxxnililHH0524242005222420022土木工程施工301.2.2土方工程量计算•土方量计算的基本方法有方格网法和断面法两种。挖方施工及长距离土方调运土木工程施工31•1、场地平整土方量计算（方格网法步骤）计算各方格角点的施工高度hn=Hn—H确定场地零线计算各方格（或局部）、边坡的土方量汇总挖（填）方区土方量=所有方格土方量+边坡土方量确定场地设计标高Hn↖角点的自然地面标高↙角点的设计标高施工高度↗“＋”为填，“－”为挖土木工程施工3243.5542.5811+0.97+0.711242.9043.6142.946+0.6543.5943.6543.357+0.3043.2343.67+0.441343.71-0.05843.7643.79-0.381544.1743.7343.6714+0.0643.7744.179-0.4043.8344.67-0.8410-0.93544.8043.87