第1章土方工程

第1章土方工程说明：本课程前续课程建筑识图与制图、建筑工程测量、建筑材料、建筑力学、建筑构造均采用典型项目图纸（砖混结构、框架结构、单层排架预应力屋架结构）驱动教学，到本课程学习时对该图纸已经有了一定的认识，在本课程学习时，主要是从图纸项目的建造角度来阅读和认识。课前准备：施工图纸教学思路：根据本图纸项目工程土方工程施工需要选择相关施工技术知识，根据建筑施工事前控制、事中控制、事后控制对施工技术的要求，选择和制定该项目土方工程合理的施工方案，查找资料和完成该工程土方施工中遇到的一些必要计算，编写该工程土方工程施工技术交底，根据校内和校外施工实训场进行土方工程的质量检验,锻炼和提高学生的职业能力，做到“干中学，学中干”。能力目标：（1）能根据施工图纸和施工实际条件，选择和制定常规土方工程合理的施工方案；（2）能根据施工图纸和施工实际条件，查找资料和完成土方施工中遇到的一些必要计算；（3）能根据施工图纸和施工实际条件编写一般建筑土方工程施工技术交底；（4）能根据建筑工程质量验收方法及验收规范进行常规土方工程的质量检验。知识目标：（1）掌握一般建筑土方工程的常规施工工艺、施工方法及包含的原理；（2）掌握工程施工中遇到的一些必要计算方法；（3）熟悉土方工程施工中容易出现的常见质量、安全问题及质量、安全验收规范；（4）熟悉土方施工顺序及土方所需配备的设施和设备。施工准备与辅助工作1.1.1施工准备土方开挖前的主要准备准备工作：场地清理（房屋、古墓、通讯电缆、水道、树木等）；排出地面水（尽量利用自然地形来排水，设置排水沟）；修筑临时设施（道路、水、电、机棚）；1.1.2场地平整场地平整：将现场平整为施工所要求的设计平面；场地平整的步骤：确定场地设计标高－计算挖、填土方工程量—确定土方平整调配方案—选择土方机械、拟定施工方案。1)确定场地设计标高确定场地设计标高时应考虑的因素：建筑规划、生产工艺、运输、尽量利用地形、排水；初步计算场地设计标高原则：场地内挖、填方量平衡；步骤：划分网格－利用等高线内插求得节点标高（有地形图时）/测量节点木桩高度（无地形图时）－计算场地设计标高；(1)设计标高的计算公式：2212341234001234()44niiiiiHHHHHHHHHnaaHn场地标高的调整(2)场地标高调整的原因：土的可松性；土的可松性和可松性系数——指自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增大，以后虽经回填压实，也不能恢复到原来的性质；土的可松性可松性系数表示：最初可松性系数：21/sKVV，最终可松性系数：'31/sKVV1V——土在天然状态下的体积；2V——土在开挖后松散状态下的体积；3V——土在经压（夯）后的体积例：某基坑开挖体积为200m3，基础体积为120m3，基础做好后进行土方回填。则回填后余下松土有多少？（kS=1.2,kS=1.1）练习：某基坑开挖体积为500m3，基础体积为250m3用土去填满，填满后，将剩余的土填入底面积为10×10m2的坑内，问坑为多高？（kS=1.2,kS=1.1）边坡挖填方量不等；就近挖填土；泄水坡度的影响——单向泄水（0iHHli）、双向泄水（0ixxyyHHlili）；2)场地土方量的计算计算步骤：（节点实际设计标高－自然地面标高）－计算每个方格的挖填方量—计算场地边坡的挖填方量—累计求挖、填方总量；(1)各方格角点的施工高度计算：nnhHH式中：nh——角点施工高度；nH——角点的实际设计标高；H——角点的自然地面标高；(2)计算零点位置当一个方格内同时有填挖方时，按下式计算零点位置：1112hxhh；(3)计算方格土方工程量（书上列出了各种挖填方的土方量计算公式）(4)边坡土方量计算(5)计算土方总量（累加）1.1.3土方调配土方调配：对挖土的弃和填的填的综合协调；土方调配的原则挖方和填方基本平衡和就近调配；考虑施工与后期利用；合理布置挖、填分区线，选择恰当的调配方向、运输路线；好土用在回填质量高的地区；土方调配图表的编制方法（教材上例题）1)划分调配区（若干个网格的联合）；2)计算土方量（编写在图上）；3)计算调配区之间的平均运距平均运距：挖方区土方重心至填方区重心的距离。挖（填）方区重心的求法——取场地或方格网中纵横两边为坐标轴，求各区土方的重心公式为：[,][,]iiiiiijjjjVxVyXYVV；4)确定土方最优调配方案（以线性规划理论为基础）；5)在场地地形图上绘制土方调配图、调配平衡表（调配方向、土方数量和平均运距）；1.2基坑（槽）施工1)放线基槽放线：用木桩确定外墙的轴线的交点→测定外墙轴线→测定内部开间所有轴线→根据边坡系数，用石灰在地面上标出开挖边线→在房屋四周设置龙门板；柱基放线大基坑开挖2)基坑（槽）开挖一般的基坑（槽）开挖（尺度合理，坑壁稳定，基地强度、稳定性满足）：按规定尺寸确定开挖顺序和开挖深度；除回填土外，其它土应弃置于弃土地区；采取措施避免发生坑壁滑坡、地基中产生过大的附加应力；为防止基地土受到扰动，应挖至基底标高以上；当超挖至基底标高以下时，应用相同的土料，或碎石类土，或低强度砼填补，并应达到规定的密实度；软土地区的基坑（槽）开挖深基坑的开挖1.2.1基坑、基槽基坑：底面积在20m2以内，且底长为底宽3倍以内者；基坑的土方量计算（书上的图例）：V=（H/6）×(A1+4A0+A2)式中：A1、A2——上、下底面积；A0——中截面的面积；H——深度；基槽：宽度在3m以内，且长度等于或大于宽度3倍者；基槽的土方量计算：V=（H/6）×(A1+4A0+A2)式中：A1、A2——上、下底面积；A0——中截面的面积；H——深度；1.2.2土方边坡与土壁支撑1)土方边坡土方边坡的坡度：土方挖方深度H与底宽B之比，即1B/Hm1土方边坡坡度＝，式中，m成为边坡系数；影响土方边坡大小的因素：土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间、边坡附近的荷载状况、排水情况；书上给出了不放坡和放坡两种情形的具体条件；2)土壁支撑土壁支撑的优点：缩小施工面、减少土方量和克服场地限制；挡土板的类型、适用情形：横撑式挡土板——断续式（适合湿度较小的粘土）、连续式（适合松散、湿度大的土）；——随挖随撑，随拆随填；垂直式挡土板(适合松散和湿度很大的土)；1.3降低地下水1.3.1土方工程施工和降低地下水位降水方法：明排水法和人工降低地下水位1)明排水法：在基坑或沟槽开挖时，采用截、疏、抽的方法进行排水（开挖时，沿坑底周围或中央开挖排水沟，再在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽走）集水井的截面尺寸和构造要求见教材P19；明排水方法的适用范围：开挖深度不宜太大，地下水位不宜太高，土质宜较好；2)流砂：基坑底部的土成流动状态，随地下水涌入基坑的现象(1)流砂的特点：土完全丧失承载能力(2)流砂的成因：高低水位间的压力差使得水在其间的土体内发生渗流，当压力差达到一定程度时，使土粒处于悬浮流动状态；(3)流砂的受力分析：120wwhFhFTlF式中：F——截面积1whF——作用在土体a－a截面上的总水压力；2whF——作用在土体b－b截面上的总水压力；TlF——水渗流时的土颗粒总阻力；(4)水力坡度：水头差与渗透路径长度的比值12hhl(5)动水压力：DwGTI当动水压力'DG时，土粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒随着渗流的水一起流动，发生“流砂现象”。(6)易发生流砂的土（见教材P21）；流砂的治理办法，主要途径是消除、减少或平衡动水压力，具体措施有抢挖法、打板桩法、水下挖土法、人工降低地下水位（轻型井点降水）等；3)管涌：坑底位于不透水层，不透水层下面为承压蓄水层，坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，发生管涌现象；管涌的受力分析：wHh4)人工降低地下水位定义：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的虑水管（井），利用抽水设备抽水，使地下水位降落在坑底以下。方法：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等，各种方法的适用范围见教材P22；5)轻型井点降低地下水位（图例见教材P23页）(1)组成：管路系统与抽水设备；管路系统：井点管、滤管、总管、联结管；抽水设备：离心泵、真空泵、水气分离器；(2)轻型井点的布置的影响因素：基坑大小、深度、土质、地下水位的高低、流向、降水深度等；(3)轻型井点的平面布置：单排线状井点、双排井点、U形井点、环状井点；(4)轻型井点的平面布置的构造；(5)轻型节点的高层布置：井点管的埋设深度H（不包括虑管长），按下式计算（图例见教材P24）：1HHhIL；式中I——地下水降落坡度，环状井点1/10，单排线状井点为1/4；(6)轻型节点的高层布置的构造；(7)注意事项：虑管必须埋设在透水层内；总管的布置宜接近地下水位线（可事先挖槽）；水泵轴心标高宜与总管平行或略低于总管；总管应具有0.25％～0.5％的坡度（坡向泵房）；6)轻型井点的计算井点的分类：（不）完整井（井底是否达到不透水层）、（无）承压井（地下水是否有压力）；承压完整井、承压非完整井、无压完整井、无压非完整井；(1)涌水量计算对于无压完整井，其涌水量计算公式为（教材P27上有图例）：0(2)1.366lglgHssQKRx式中，K——土的渗透系数；H——含水层厚度；s——水位降低值；R——抽水影响半径，一般用式RsHK计算；x0——环状井点系统的假想半径，对于矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，可按式0/xF计算，F为环状井点系统所包围的面积；对于无压非完全井，其涌水量计算公式为（教材P27上有图例）：00(2)1.366lglgHssQKRx式中，H0——有效抽水深度，'0(,)HfSl，可按教材P26上表格查；S'——井点管中水位降落值；l——虑管长度；对于承压完全井，其涌水量计算公式为：02.73lglgKMsQKRx式中，M——承压含水层厚度上述三式的应用条件：矩形基坑的长宽比小于5；基坑宽度小于抽水影响半径的两倍；井点管数量与井距的确定(2)单根井点管的最大出水量：365qdlK(3)井点管的最少根数：1.1/nQq(4)井点管的平均间距：/DLn，其中L为总管长度；注意事项：井点管间距不能过小，否则彼此干扰过大；在基坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密；实际采用的井距，还应与集水总管上的短接头间距相适应；(5)抽水设备的选择：真空泵，按总管长度选用；离心泵，按涌水量的大小选用；(6)井点管的安装使用轻型井点的安装程序：排总管→埋设井点管→弯管连接→安装抽水设备井点管的冲水法埋设程序：吊直定位→边冲边沉（构造）→拔冲管，插井点管→填灌砂虑层→粘土封口（防漏气）；轻型井点使用时的注意事项：宜连续抽水，否则易堵塞虑管，建筑屋沉降，地下水回升（边坡塌方）；观察真空泵的真空度，对于漏气，采取措施；检查井点管是否堵塞（正常管，则应冬暖夏凉）；设置观察孔在影响半径内观察地下水位；7)喷射井点降低地下水位适用情形：降水深度超过6m，土层渗透系数为0.1~2.0m/d，降水深度可大20m；喷射井点的主要设备（见教材P31）；喷射井点的工作原理（见教材P31）；喷射井点的平面布置（见教材P31）；8)深井井点降低地下水位适用情形：抽水量大、较深的砂类土，降水深度可达50米；1.4土方机械化施工常用的施工机械有：推土机、铲运机、单斗挖土机、装载机等；1.4.1常用土方施工机械的施工特点推土机施工按推土板分类：钢丝绳操作、油压操作（升调推土板、转动推土板）；使用范围：场地清理、场地平整；破、松硬土；土方压实；特点：操作灵活、工作面小、行驶块；提高生产率的作业方法：下坡推土——利用机械重力势能提高生产率；并列推土——减小土的散失；多刀送土——先集中堆积在A处，然后再推到B处；槽形推土——减少土的散失；