建筑工程施工技术课件

第1章土方工程施工1.1土的工程分类及其工程性质1.2基坑（槽）的土方开挖1.3土方填筑与压实1.5人工降低地下水位1.4土方工程机械化施工本章内容按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。1.1土的分类及工程物理性质1.1.1土的分类与鉴别表1.1土的工程分类与现场鉴别方法土的分类土的名称可松性系数现场鉴别方法KSK’s一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03能用锹、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1.14～1.281.02～1.05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1.24～1.301.04～1.07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1.26～1.321.06～1.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤'sK土的分类土的名称可松性系数现场鉴别方法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1.30～1.451.10～1.20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1.30～1.451.10～1.20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1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖(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1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。1.1.2土的工程性质一、土的含水量-100%100%wsmmmWmm干湿干式中：m湿——含水状态土的质量，kg；m干——烘干后土的质量，kg；mW——土中水的质量，kg；mS—固体颗粒的质量，kg。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。(1.1)土的天然密度:在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算：二、土的天然密度和干密度mV式中ρ——土的天然密度，kg/m3；m——土的总质量，kg；V—土的体积，m3。(1.2)干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：sdmV式中ρd——土的干密度，kg/m3；mS——固体颗粒质量，kg；V—土的体积，m3。在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。(1.3)三、土的可松性系数土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即21sVKV'31sVKV(1.4)(1.5)土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1.1所示。四、土的渗透性土的渗透性：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。土的渗透系数见表1.2所示。表1.2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粗砂夹卵石50～1001.2土方计算1.2.1基坑与基槽土方量计算基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1.1)。102(4)6HVAAA(1.6)基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2)：1102(4)6LVAAA将各段土方量相加即得总土方量：12nVVVV(1.7)(1.8)1.2.2场地平整土方计算场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。方格网法计算场地平整土方量步骤为：(1)读识方格网图方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=10～40m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如图1.3所示。(2)计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算：nnhHH(1.9)(3)计算“零点”位置，确定零线方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”(图1.4)。零点位置按下式计算：1112ahXhh2212ahXhh(1.10)(4)计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。(5)边坡土方量计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体(图1.6中①～③、⑤～⑪)，另一种为三角棱柱体(图1.6中④)。A三角棱锥体边坡体积11113VAl(1.11)B三角棱柱体边坡体积两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积12442AAVl44102(4)6lVAAAC计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。(1.12)(1.13)1.2.4土方边坡与土壁支撑土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：(1)边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。(2)雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。(3)基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度一、土方边坡土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度)h与底宽b之比表示(图1.11)，即土方边坡坡度=h/b=1/(b/h)=1∶m式中m=b/h称为边坡系数。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，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m；坚硬的粘土：2m。挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。二、土壁支撑土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类(见图1.12)。(1)横撑式支撑(2)板桩式支撑板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。板桩支撑作用：使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基础下沉。钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。平板桩(图1.13(a))防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；波浪式板桩（图1.13(b)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。钢板桩施工1.3填土与压实1.3.1填土的要求填土的土料应符合设计要求。含有大量有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、冻土、膨胀土等，均不应作为填方土料；以粘土为土料时，应检查其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜作填土用；一般碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填料，其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2/3。填土应按整个宽度水平分层进行，当填方位于倾斜的山坡时，应将斜坡修筑成1∶2阶梯形边坡后施工，以免填土横向移动，并尽量用同类土填筑。回填施工前，填方区的积水采用明沟排水法排除，并清除杂物。1.3.2土的压实方法填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压实等几种。碾压法是靠沿填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的，适用于大面积填土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。夯实方法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土，适用于小面积填土的压实。夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。1.3.3填土压实的影响因素填土压实的主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。一、压实功的影响填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见图1.33。二、含水量的影响填土含水量的大小直接影响碾压(或夯实)遍数和质量。较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量(图1.34)。三、铺土厚度的影响在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小(图1.35)，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关。对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合表1.8的规定。表1.8填土施工时的分层厚度及压实遍数压实机具分层厚度(mm)每层压实遍数平碾250～3006～8振动压实机250～3503～4柴油打夯机200～2503～4人工打夯＜2003～41.3.4填土质量检查填土压实后必须要达到密实度要求，填土密实度以设计规定的控制干密度ρd(或规定的压实系数λ)作为检查标准。土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数。土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数，即可计算出填土控制干密度ρd的值。土的实际干密度可用“环刀法”测定。填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等。一、推土机按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。履带式推土机附着力强，爬坡性能好，适应性强；轮胎式推土机行驶速度快，灵活性好。1.4土方机械化施工1.4.1常用土方施工机械二、铲运机按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操纵系统分，有液压操纵和机械操纵两种。为了提高铲运机的生产效率，可以采取下坡铲土、推土机推土助铲等方法，缩短装土时间，使铲斗的土装得较满。助铲法：根据填、挖方区分布情况，结合当地具体条件，合理选择运行路线，提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。环形路线见图1.23“8”字形路线见图1.24三、单斗挖土机单斗挖土机按工作