土木工程施工技术-第一章土方工程

河北建筑工程学院土木工程系主讲教师：李雪飞•《土木工程施工技术》是土木工程专业的一门主要专业课程。它主要研究土木工程中各主要工种工程施工的工艺原理，施工技术和施工方法等。•是一门实践性很强的学科。•哈利法塔（BurjKhalifa，阿拉伯语:جربةفيلخ‎，KhalifaTower）原名迪拜塔（阿拉伯语：يبدجرب，BurjDubai），又称迪拜大厦或比斯迪拜塔，是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的一栋已经建成的摩天大楼，有160层，总高828米，比台北101足足高出320米。迪拜塔由韩国三星公司负责营造，2004年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工启用，同时正式更名哈利法塔。•迪拜塔/哈利法塔建设者说，虽然大厦位于阿拉伯半岛，却是国际合作的产物，众多建筑方中只有一家来自迪拜。建筑师和工程师是美国人，主要建筑承包商来自韩国。安全顾问是澳大利亚人，而低层内部装修则交给了新加坡公司。此外，还有4000名印度劳工在工地上奔波。他们分三班昼夜不停工作，还要忍受迪拜夏季闷热的天气。土木工程施工技术课的内容地基与基础工程砌体工程※土方工程※钢筋混凝土工程预应力混凝土工程防水装饰工程等建筑结构安装工程1土方工程1、土的工程分类及性质2、土方量计算与土方调配3、土方边坡与基坑支护5、土方的挖填与压实4、施工排水与降水本章主要内容学习要求了解土的工程分类和工程性质；掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法；了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法；掌握轻型井点降水设计；熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法；掌握回填土施工方法及质量检验标准。3、土方工程施工的特点•量大面广，劳动繁重；•施工条件复杂。•因此，土方工程施工前，必须进行调查研究，了解施工地区的水文、地质、气象等资料，以便拟定合理的施工方案，并尽可能采用机械化施工。主要包括：计算土方量、合理调配土方、做好准备工作及辅助工作、合理组织机械施工、做好保证施工安全的措施等等。二、土方工程施工内容1、技术资料的准备；2、做好三通一平工作：水通、路通、电通，场地平整；3、测量放线；4、临时设施准备；5、物资准备等等。三、土方工程施工准备内容•为了正确地进行地基基础设计和合理组织基坑工程施工，事先需对基坑及其周围进行勘察。四、地质勘察•五、监测•六、土方工程安全事故应急救援体系的建立•七、土方工程专项施工技术及安全方案的编制1.2土的有关工程性质•按土开挖的难易程度将土分为八类，如表1－1所示。•做为编制定额的依据。一、土的工程分类表1.1土的工程分类与开挖方法土的分类土的名称密度（kg/m3)可松性系数开挖方法及工具KSK’s一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)600～15001.08～1.171.01～1.03用锹、锄头挖掘二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土1100～16001.14～1.281.02～1.05用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土1750～19001.24～1.301.04～1.07主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)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19001.26～1.321.06～1.09整个先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤'sK土的分类土的名称密度（kg/m3)可松性系数开挖方法及工具KSK’s五类土(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，软的石炭岩1100～27001.30～1.451.10～1.20用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(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2200～29001.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖,部分用风镐七类土(坚石)大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩2500～31001.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖八类土(特坚硬石)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2700～33001.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖2、土的可松性•是指自然状态下的土，经过开挖后，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，这种性质称为土的可松性。土的可松性程度可用可松性系数表示，即：式中KS、KS′——V1——土在天然状态下的体积，m3V2——土挖出后松散状态下的体积，m3V3——土经回填压实后的体积，m3。21sVKV'31sVKV二、土的工程性质可得到：V2＞V3＞V1Ks＞Ks′＞1•土方工程量是以自然状态的体积来计算的，而土方挖运施工则是以松散体积来计算的。所以，在进行土方调配，计算填方所需挖方体积，确定基坑(槽)开挖时的留弃土量以及计算挖、运土机具数量时，应考虑土的可松性。•例1－1某土坑25×46m2,深1.2m,需用粘土回填,问需多少土方?多大取土坑?（KS=1.27,KS′=1.05）解：所需土坑所需土方21sVKV3131405.12.14625mV38.166827.11314mV'31sVKV2、土的渗透性•指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数K表示。•渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。•渗透系数K可通过室内渗透试验确定，或现场抽水试验测定。土的渗透系数见表1-3。表1-3土的渗透系数参考表土的名称渗透系数(m/d)土的名称渗透系数(m/d)粘土＜0.005中砂5.00～20.00亚粘土0.005～0.10均质中砂35～50轻亚粘土0.10～0.50粗砂20～50黄土0.25～0.50圆砾石50～100粉砂0.50～1.00卵石100～500细砂1.00～5.00注：1、含水层含泥量多或颗粒不均匀系数大于2时，取小值。2、表中数据为试验室理想条件下获得，实际采用时，宜根据具体情况调整。达西（Darcy）定律（直线渗透定律）•法国学者达西根据砂土渗透实验（见图1-1）发现水在土中的渗流速度与A、B两点水位差成正比，与渗流路程长度L成反比。式中v——水在土中的渗流速度（m/d）；K——土的渗透系数（m/d）；i——水力坡度，；h——A、B两点的水位差（m）；L——渗流路程长度（m）。LKhKiv图1-1砂土渗透实验示意图3、土的含水量是指土中所含水的质量与固体颗粒质量的比，以百分数表示：式中：m1---含水状态下土的质量；m2---烘干后土的质量土的含水量对挖土的难易、土方边坡的稳定性、填土的密实程度均有影响。所以在制定土方施工方案、选择土方机械和决定地基处理时，均应考虑土的含水量。%100221mmm4、土的密实度土的密实度反映了土的紧密程度，土的紧密程度用土的压实系数表示。现行的《建筑地基基础设计规范》规定，压实填土的质量以设计规定的压实系数λc的大小作为控制标准。•式中：λC——土的压实系数；ρd——土的实际干密度，干密度越大，表明土越坚实，用“环刀法”进行测定；ρdmax——土的最大干密度，由实验室击实实验测出。maxddc1.3土方量计算与土方调配•基坑土方量是按立体几何拟柱体体积公式(即由两个平行的平面做底的一种多面体)来计算的（见图1-2）。一、基坑、基槽土方量计算1、基坑土方量计算图1-2基坑土方量计算公式为：式中H——基坑深度(m)；A1、A2——基坑上、下两底面积(m2)；A0——基坑中截面面积(m2)。102(4)6HVAAA也可用公式计算：式中H——基坑深度(m)；A1、A2——基坑上、下两底面积(m2)。)(32211AAAAHV2.基槽土方量计算•基槽或路堤的土方量计算，可以沿长度方向分段计算，把各段体积的土方量计算出来，然后相加，即得到总的基槽土方量（见图1-3）。计算公式为：式中V1——第一段长度的土方量(m3)；L1——第一段的长度（m）；A1——此段基槽一端的面积（m2）；A2——此段基槽另一端的面积（m2）；A0——此段基槽中间截面面积（m2）。6)4(20111AAALV图1-3基槽土方量•对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。•场地挖填土方量计算方法：有方格网法和断面法两种，一般采用方格网法。二、场地平整土方量计算（一）场地设计标高的确定1、场地设计标高确定原则1）应满足建筑规划、建筑功能、生产工艺及运输、场地排水和最高洪水位等要求；2）力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小；3）充分利用地形、分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；4）要有一定的泄水坡度(≥2‰)，使其能满足场地排水要求。2、场地设计标高的确定方法和步骤（1）初步确定场地设计标高H0初步确定场地设计标高是根据场地挖填土方量平衡的原则进行，即场内土方的绝对体积在平整前后是相等的。1)划分方格网在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10～40m的若干方格（见图1-4）。图1-4在等高线地形图上划分方格网2)确定各方格角点的自然标高•可根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法计算求得，见图1-4示意图，H13=252.00-0.6×（252.00-251.50）=251.7m。•也可以用一张透明纸得到C点的地面标高，见图1-5示意图。图1－5插入法计算方格角点标高•此外，在无地形图的情况下，也可以在地面上用木桩或钢钎打好方格网，然后用仪器直接测出方格网角点标高。3）初步确定场地设计标高H0从图1可知，场地初步设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：式中H1——一个方格仅有的角点标高（m）；H2——两个方格共有的角点标高（m）；H3——三个方格共有的角点标高（m）；H4——四个方格共有的角点标高（m）；N——方格数。4NH4H3H2HH43210图1场地设计标高H0计算示意图(a)方格网划分；(b)场地设计标高示意图1一等高线；2--自然地面，3一场地设计标高平面(a)(b)（2）场地设计标高H0的调整1）土的可松性影响由于土具有可松性，因此，应该考虑由于土的可松性而引起的设计标高增加值⊿h。由图1－6推导，可按下式计算：式中：Vw、VT——按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积；FW，FT——按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积；Ks′——土的最后可松性系数。'sWT'sWKFF1)(KVh－2）规划场地内挖填方及就近取、弃土影响•由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济角度考虑，部分土方就近弃土或就近借土，都会引起挖、填土方量的变化，有必要时，也要调整设计标高。可按下面近似公式确定：式中Q——假定按原设计标高平整以后，多余或不足的土方量；N——方格数；a——方格网边长。20/0HNaQH3）场地泄水坡度的影响①场地为单向泄水把已经调整后的设计标高H0′作为场地中心的标高（见图1-7a），场地内任意一点的设计标高则为：式中——场地内任意一点的设计标高；——场地任意一点至场地中心线设计标高H0'的距离；——场地泄水设计坡度(不小于2‰)。liHHij'0ijHli②场地为双向泄水同样是把已调整后的设计标H0′,作为场地的纵向和横向中心点标高（见图1-7b），场地内任意一点的设计标高为：yjyxixijililHH'0式中lix、ljy——分别为任意一点沿x-x、y-y方向距场地中心的距离；ix、iy——分别为任意一点沿x-x、y-y方向的泄水坡度。(a)(b)图1—7场地泄水坡度示意图(a)单向泄水；(b)双向泄水•例如，见图1-4，