1土方工程

[二0一五年春季教案]（土木工程专业）土木工程施工主讲教师汪超建筑工程学院二0一五年三月课程简介•课程的性质与特点–性质：《土木工程施工》是土木工程专业的一门重要的专业课，也是土木工程专业的必修课之一；土木工程施工是研究各主要工程的施工技术与组织的基本规律、以及各专业方向的专业施工技术的学科。–特点：涉及面广、综合性与实践性强、社会性广、发展迅速。–课程学习要求：掌握各工种工程施工工艺原理和工艺操作要点；掌握网络计划技术；掌握单位工程施工组织设计及施工组织总设计的基本方法。研究方向：（1）研究土木工程施工主要工种工程施工原理和方法。主要工种工程包括土方工程、砌筑工程、桩基工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构吊装工程、防水工程、装饰工程等。（2）研究新课题，如大体积混凝土施工防裂、边坡支护结构设计、脚手架设计、大重量钢结构整体吊装等。地位：主要专业课；对学生毕业后主要去施工一线的院校意义更加重要。•课程的重要性–就业•是注册监理工程师、注册造价工程师、注册建造师等各类注册考试占有很大比重；•将来到建筑公司、房地产公司、监理、造价、咨询公司必须要掌握的课程。–深造（考研）•土木类专业研究生综合考试必考内容•报考工程管理类、施工类、结构工程（施工管理方向）必考课程。二、涉及主要规范建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）砌体工程施工质量验收规范（GB50203-2002）屋面工程质量验收规范（GB50207-2002）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2002）建筑装饰装修工程质量验收规范（GB50210-2001）建筑地面工程施工质量验收规范（GB50209-2002）建筑工程大模板技术规程（JGJ74-2003，J270-2003）组合钢模板技术规范（GB50214-2001）学习要求•三点：–课前要预习，上课要带书，讲授、自学和讨论相结合。–上课要集中精力，认真听，重点记。–先读书，后做作业，按时交作业。»平时成绩40%»期末成绩60%成绩评定第1章土方工程学习要点：结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工特点，对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边工地的施工过程进行印证以加深理解，场地平整土方量的计算方法通过实际操作来掌握，结合一些安全事故从反面学习土方施工过程的安全技术重点、难点：(1)土的工程分类；(2)基坑（槽）及场地平整土方量的计算；(3)土的回填与压实施工工艺；(4)土方施工过程的安全技术。•学习方式：在理论教学同时，结合图片及影像等形式体会和理解土方工程的施工工艺，从而掌握土方工程的施工方法土方量的计算方法以及土方工程的质量标准与安全技术。1.1概述1.1.1土方工程施工的内容两类：（1）场地平整，完成“四通一平”（2）基坑、基槽及管沟、隧道和路基的开挖与填筑1.1.2土方工程施工的特点（1）施工面积和工程量大，劳动强度高（2）露天作业多，施工条件复杂，易受气候影响（3）施工时受工程地质和水文地质影响大1.1.3土的工程分类八大类（16个级别）：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。1.1.4土的工程性质1.土的可松性：自然状态下的土，经开挖，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积。12VVKp13'VVKp'pK——最终可松性系数——最初可松性系数pK表1-1土的工程分类与现场鉴别方法2．土的密度：⑴天然密度：指土在天然状态下单位体积的质量（kg/m3）。Vm⑵土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，即土体孔隙中无水时的单位土重（kg/m3）。Vmsd指土中水的质量与土的固体颗粒质量之比。3．土的含水量：%100swmmw4．土的渗透性：指水流通过土中孔隙的难易程度。LhLhhKIKV21Lh5．原状土经机械压实后的沉降量：根据不同土质，其沉降量一般在：3~30cm之间。式中：P——机械压实的有效作用力（MPa）C——原状土的抗陷系数（MPa）CPS当水力坡度时，地下水在土中渗流的速度，称渗透系数K。1I表1-2土的渗透系数参考表6．土方边坡m=b/h，m—边坡系数；h—边坡深度，或用H表示；b—边坡宽度，或用B表示。m的物理意义：当基坑深为1米时，边坡宽度的大小。边坡可以做成：直线形、折线形、阶梯形（踏步形）、分级形等。mhbbh11tan边坡坡度⑴边坡坡度图bh影响边坡系数m大小的因素：⑵①土质；②挖土深度；③施工期间边坡上的荷载；④土的含水率及排水情况；⑤边坡的留置时间。*土含水量增加，对边坡稳定的影响：土含水量增加，将增大土的自重，从而使剪应力增加；土含水量增加，土颗粒间粘结力减小，土的抗剪强度降低。1.2土方量计算1.2.1场地平整土方量计算⑴先平整场地，后开挖基坑（基槽）。适于挖填方量大的工程。⑵先开挖基坑（基槽），后平整场地。适于较平坦的场地。⑶边平整场地，边开挖基坑（基槽）。1.场地设计标高的确定1）确定设计标高时需考虑的因素⑴满足生产工艺、运输要求⑵利用地形，减少填挖量⑶填挖量平衡，且土方量小，降低费用⑷要有泄水坡度i≥2%，满足排水要求⑸考虑最高洪水位要求⑹满足市政道路和规划要求2）场地设计标高确定步骤和方法（1）初步确定场地设计标高H0：①测绘出场地的地形图；④按挖填方平衡原则确定H0。③根据相邻等高线，用插入法求出各方格角点的地面标高；aaaaaaH22H12H11H21NHHHHH443243210②将场区划分成方格网；mma40~102.场地平整土方量的计算场地平整土方量计算有：横截面法和方格网法两种。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式中hn——角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n—方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n)。(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式中x1、x2——角点至零点的距离，m；h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值)，m；a—方格网的边长，m。(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)。表1.3常用方格网点计算公式项目图式计算公式一点填方或挖(三角形)两点填方或挖(梯形)三点填方或挖(五角形)四点填方或挖(正方形)32312366hbchVbcahV当b=a=c时，=1324()()248()()248hbcaVabchhhdeaVadehh22123()25()25hbcVahhhbca221234()44aaVhhhhhA三角棱锥体边坡体积11113VAl式中l1——边坡①的长度；A1——边坡①的端面积；h2——角点的挖土高度；m—边坡的坡度系数，m=宽/高。(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，边坡体积式中l4——边坡④的长度；A1、A2、A0—边坡④两端及中部横断面面积。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)1.2.2基坑（槽）、管沟土方量计算1．基坑：)4(6)(2013AAAHmV2．基槽、管沟：⑴条形基础的基槽在某一段长度内，基槽截面形状、尺寸不变时：iiiLAmV)(3⑵管沟土方量计算：niiiiiiiVVAAALmV12013)4(6)(HHI－I小结：1.3土方开挖1.3.1土方施工前的准备工作（1）场地清理（2）地面水排除（3）修好临时设施及水、电、气管线（4）修建运输道路（5）做好设备运转（6）编制土方工程施工组织设计1.3.2基坑（槽）、管沟降水降排水方法：明排水法（如集水坑降水法）、人工降低地下水位法（各种井点降水法）。1．流砂及其防治：1）地下水简介：上层滞水（结合水）潜水层间水（自由水）：有承压与无压之分。地下含水构造的种类潜水层不透水层无压层间水层不透水层承压层间水层不透水层上层滞水潜水，也是生活中见得最多的，不会产生泉（即水从地下冒出），一般水质较差，是地势较高的地方渗透来的。承压水，往往水压较大，而且是处在两个隔水层之间，如果有的地方岩层断裂，容易自然出露于地表形成泉，所以像“趵突泉”这些应该是属于承压水。2）地下水流网：流线：地下水从高水位向低水位渗流的路线。等势线：水流线上水头值相等的点连成的面（等势面）在平面或剖面上所表示的线。3）动水压力与流砂：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用明排水法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。流线等势线水井流网示意等势线与流线正交。（1）动水压力WD21210简化得：由力的平衡得：QPGDγwh1Fγwh2Fh1Lh2TLF（2）流砂产生的原因当动水压力大于或等于土的浸水容重γ′时，发生流砂现象（土颗粒失重、悬浮、抗剪强度为零）。即：'WDIG管涌现象：当基坑（槽）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。即：WHh（3）流砂的防治◆减小或平衡动水压力，增大渗流路径。◆改变动水压力方向。◆改善土质：枯水期施工、打板桩法、水下挖土法、地下连续墙（或灌注桩）法、沉井、水泥土墙法、人工降低地下水位、注入水泥浆或硅化注浆、土壤冻结法（烧结法）、抛入石块、装土（砂）麻袋、抢挖法等。◆地下连续墙：作用：防渗、挡土、地下结构的边墙、建筑物的基础特点：适用于多种地质条件；噪声低、振动小；刚度大、能承受较大的土压力。施工工艺：挖导沟→筑导墙→分段挖土成槽→吸泥清底换浆→吊放接头管→吊放钢筋笼→插入砼导管→浇筑砼◆沉井：作用：既是结构的基础，又是施工时的挡土、防水围堰结构物。地下连续墙施工过程示意图沉井施工主要程序示意图2．明排水法：集水坑降水法动画1动画2动画3是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，在坑底每隔一定距离设一个集水坑，地下水通过排水沟流入集水坑中，然后用水泵抽走。动画4适用范围：面积较小、土质较好、粗颗粒土层或粘性土层、降水深度不大的基坑（槽）开挖工程。⑴集水坑的设置：集水坑应设在坑（槽）基础范围以外、地下水走向的上游。根据坑（槽）涌水量的大小及平面形状尺寸、水泵抽水能力，确定集水坑的数量和间距。一般每20～40m设一个。集水坑直径或宽度0.6～0.8m。集水坑深随挖土不断加深并低于挖土工作面0.7～1.0m，坑槽达到标高后，集水坑底应低于基底0.5～2m，并铺设碎石滤水层。⑵抽水设备：离心泵、潜水泵、软轴水泵。•潜水