09土方工程施工工艺.

第九章土石建筑物施工内容提要第一节土的工程性质第二节土方工程量的计算第三节土方工程施工工艺第四节土石坝施工第五节面板堆石坝施工第六节砌石坝施工第七节渠道施工第一节土的工程性质一、土的分类◊按土开挖的难易程度将土分为四级。土质级别土质名称自然湿密度(g/cm3)外形特征开挖方法Ⅰ沙土、种植土1.65～1.75疏松、粘着力差或易透水，略有粘性用锹或略加脚踩开挖Ⅱ壤土、淤泥、含壤种植土1.75～1.85开挖时能成块，并易打碎用锹需用脚踩开挖Ⅲ粘土、干燥黄土、干淤泥、含少量砾石粘土1.80～1.95粘手、看不出砂粒或干硬用镐、三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开挖Ⅳ坚硬粘土、砾质粘土、含卵石粘土1.90～2.10土壤结构坚硬，将土分裂后成块状或含粘粒、砾石较多用镐、三齿耙开挖第三节土方工程施工工艺一、土方开挖◊1.推土机2.铲运机3.装载机4.单斗挖掘机二、土方运输◊1.有轨运输2.无轨运输3.皮带机运输三、土方压实◊1.压实理论2.压实方法3.压实机械◊4.压实机械的选择5.压实参数与压实试验1.推土机在拖拉机上装上推土铲刀而成◊索式推土机：铲刀是借刀具自重切入土中，切土深度较小◊液压推土机：能强制切土，推土板的切土角度可以调整，切土深度较大两种。1.推土机特点：◊构造简单，操作灵活，运转方便，所需作业面小，功率大，能爬30°左右的缓坡适用：◊施工场地清理和平整，开挖深度不超过1.5m的基坑以及沟槽的回填土，堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝等1.推土机提高挖掘效率的方法：◊(1)下坡推土•借推土机自重，增大铲刀的切土深度和运土数量，以提高推土能力和缩短运土时间。一般可提高效率30～40%。◊(2)并列推土◊(3)沟槽推土2.铲运机（1）分类◊拖式——由拖拉机牵引，工作时靠拖拉机上的操作机构进行操作◊自行式——行驶和工作都靠本身的动力设备，不需要其它机械的牵引和操作2.铲运机(2)特点◊能独立完成铲土、运土、卸土和平土作业，对行驶道路要求低，操作灵活，运转方便，生产效率高(3)适用◊大面积场地平整，开挖大型基坑、沟槽以及填筑路基、堤坝等，最适合开挖含水量不大于27%的松土和普通土，不适合在砾石层和沼泽区工作。2.铲运机(4)经济运距◊拖式铲运机的运距以不超过800m为宜，当运距在300m左右时效率最高◊自行式铲运机经济运距为800～1500m。3.装载机(1)用途◊铲取散粒材料并装上车辆，可用于装运、挖掘、平整场地和牵引车辆等，更换工作装置后，可用于抓举或起重等作业，因此在工程中被广泛应用。3.装载机(2)分类◊按行走装置：轮胎式和履带式；◊按卸料方式：前卸式、后卸式和回转式三种；◊按载重量：小型(＜1t)、轻型(1～3t)、中型(4～8t)、重型(＞10t)四种。4.单斗挖掘机单斗挖掘机是一种循环作业的施工机械，在土石方工程施工中最常见。◊按其行走机构：履带式和轮胎时；◊按其传动方式：机械传动和液压传动两种；◊按工作装置不同：正铲、反铲、拉铲和抓铲等。4.单斗挖掘机（1）正铲单斗挖掘机◊正铲每一工作循环包括挖掘、回转、卸料、返回四个过程。4.单斗挖掘机（1）正铲单斗挖掘机◊正铲挖掘机主要用于停机面以上的掌子开挖。根据掌子面挖掘机的工作面称为掌子面布置的不同，正铲挖掘机有不同的作业方式：•正向挖土，侧向卸土（尽量布置成该型式）•正向挖土，后方卸土4.单斗挖掘机（2）反铲单斗挖掘机◊适用于停机面以下土方开挖。挖土时后退向下，强制切土，挖掘力比正铲挖掘机小，主要用于小型基坑、基槽和管沟开挖。反铲挖土时，可用自卸汽车配合运土，也可直接弃土于坑槽附近。◊反铲挖掘机工作方式分为以下两种：•沟端开挖沟侧开挖4.单斗挖掘机（3）单斗挖掘机生产效率的计算◊挖掘机的生产率是指在单位时间内从掌子中挖取并卸入土堆或车箱的土方量。◊影响挖掘机生产率的主要因素有：土壤性质、掌子的高度、旋转角度、工作时间的利用程度、运输车辆的大小、司机的操作水平和挖掘机的技术状况等。P=60nqK充K修K时K延/K松(m3/h，自然方)其中K修＝1/(0.4K土+0.6β)◊n－设计每分钟循环次数，ｎ＝3600/T，T为挖掘机一个工作循环时间(s)；◊q－铲斗平装容量，即铲斗的几何容积，ｍ3；◊K充－铲斗充盈系数，与土质有关，一般取0.80～1.10；◊K修－工作循环时间修正系数；P=60nqK充K修K时K延/K松(m3/h，自然方)其中K修＝1/(0.4K土+0.6β)◊K土－土壤级别修正系数,可采用1.0～1.2；◊β－转角修正系数，转角90°时取1.0，100°～135°时取1.08～1.37；◊K时－时间利用系数，取0.8～0.9；◊K延－联合工作系数，卸入弃土堆时取1.0，卸入车箱时取0.9；◊K松－土壤的可松性系数。4.单斗挖掘机（4）提高挖掘机生产效率的措施◊合理布置掌子面，缩短挖掘机工作循环时间；◊合理配套挖运设备；◊规范施工方法和步骤，提高机械设备操作水平◊加强施工管理，提高时间利用系数◊加强机械维修保养，保证机械正常运转。1.有轨运输(1)标准轨运输◊标准轨轨距1435mm，工程量一般不少于30万m3，运距不少于1km，坡度不宜大于2.5%，转弯半径不小于200m(2)窄轨运输◊窄轨轨距有1000mm、762mm、610mm三种。窄轨运输设备简单，线路要求比准轨低，能量消耗少，在工程中得到广泛使用。2.无轨运输(1)自卸汽车运输(2)拖拉机运输(3)皮带机运输1.压实理论（1）压实目的◊提高土体密度，提高土方承载能力；加大土坝或土堤坡角，减小填方断面面积，减少工程量，从而减少工程投资，加快工程进度；提高土方防渗性能，提高土坝或土堤的渗透稳定性1.压实理论（2）粘性土的主要压实阻力是土体内的凝聚力。◊在铺土厚度不变的条件下，粘性土的压实效果(即干密度)随含水量的增大而增大，当含水量增大到某一临界值时，干密度达到最大，如此时进一步增加土体含水量，干密度反而减小，此临界含水量值称为土体的最优含水量，即相同压实功能时压实效果最大的含水量。1.压实理论（3）非粘性土，压实的主要阻力是颗粒间的摩擦力。◊由于土料颗粒较粗，单位土体的表面积比粘性土小得多，土体的空隙率小，可压缩性小，土体含水量对压实效果的影响也小，在外力及自重的作用下能迅速排水固结。◊粘性土颗粒细，孔隙率大，可压缩性也大，由于其透水性较差，所以排水固结速度慢，难以迅速压实。2.压实方法静压碾压：作用在土体上的荷载不随时间变化震动碾压：作用在土体上的荷载随时间呈周期性变化夯击：作用在土体上的外力是瞬间冲击力，大小随时间变化3.压实机械(1)平碾◊平碾钢铁空心滚筒侧面设有加载孔，加载大小根据设计要求而定。平碾碾压质量差，效率低，较少采用。3.压实机械(2)肋碾◊肋碾一般采用钢筋混凝土预制。肋碾单位面积压力较平碾大，压实效果比平碾好，用于粘性土的碾压。3.压实机械(3)羊脚碾◊羊脚碾的羊脚插入土中，不仅使羊脚底部的土体受到压实，而且使其侧向土体受到挤压，从而达到均匀压实的效果。3.压实机械(4)气胎碾◊压实土料时，充气轮胎随土体的变形而发生变形。气胎的荷重可以增加到很大的数值。◊既适宜于压实粘性土，又适宜于压实非粘性土，适用条件好，压实效率高，是一种十分有效的压实机械。3.压实机械(5)震动碾◊一种振动和碾压相结合的压实机械。它是由柴油机带动与机身相连的轴旋转，使装在轴上的偏心块产生旋转，迫使碾滚产生高频震动。3.压实机械(6)蛙夯◊利用冲击作用来压实土方，具有单位压力大、作用时间短的特点，既可用来压实粘性土，也可用来压实非粘性土。◊蛙夯作业采取夯击套压法。一般用于施工场地狭窄、碾压机械难以施工的部位。3.压实机械(7)碾压机械碾压实土料的方法◊a.进退错距法◊b.圈转套压法◊c.套压夯实法进退错距法圈转套压法4.压实机械的选择(1)适应筑坝材料的特性◊粘性土应优先选用气胎碾、羊脚碾；◊砾质土宜用气胎碾、夯板；◊堆石与含有特大粒径(大于500mm)的砂卵石宜用震动碾。4.压实机械的选择(2)应与土料含水量、原状土的结构状态和设计压实标准相适◊对含水量高于最优含水量1～2%的土料，宜用气胎碾压实；◊当重粘土的含水量低于最优含水量，原状土天然密度高并接近设计标准，宜用重型羊脚碾、夯板；◊当含水量很高且要求的压实标准低时，粘性土也可选用轻型的肋型碾、平碾。4.压实机械的选择(3)应与施工强度大小、工作面宽窄和施工季节相适应◊气胎碾、震动碾适用于生产强度要求高和抢时间的雨季作业；◊夯击机械宜用于坝体与岸坡或刚性建筑物的接触带、边角和沟槽等狭窄地带。◊冬季作业选择大功率、高效能的机械。5.压实参数与压实试验(1)压实标准◊以设计干密度作为压实标准来控制填方质量。(2)压实参数的确定◊初步选择了压实机械类型后，进一步确定机械所能达到的、具有最佳技术经济效果的各种压实参数。◊要求在施工现场进行压实试验，以确定碾重、铺土厚度、压实遍数及土料的最优含水量等。5.压实参数与压实试验(3)碾压试验◊1)选择一60m×6m的条形试验区。将此条带分为15m长的4等分，各段含水量依次为ω1、ω2、ω3、ω4，控制其误差不超过1%。对粘性土，试验含水量可定为：ω1＝ωｐ－4%；ω2＝ωｐ－2%；ω3＝ωｐ；ω3＝ωｐ＋2%（ωｐ为土料的塑限）。5.压实参数与压实试验(3)碾压试验◊2)每段沿长边等分为4块，每块规定其碾压遍数分别为n1、n2、n3、n4◊3)试验时，每一小块内取9个试样为一组，分别测定其含水量和干密度，根据整个试验区一次试验的结果，作出同一铺土厚度情况下不同压实遍数的压实效果曲线。◊4)改变铺土厚度，重复上述步骤。5.压实参数与压实试验(3)碾压试验◊5)根据铺土厚度的不同，分别作出各不同铺土厚度情况下的最优含水量、最大干密度与压实遍数的关系曲线。5.压实参数与压实试验(3)碾压试验◊6)根据设计干密度γd，分别查出不同铺土厚度时所对应的压实遍数n1、n2、n3，分别计算h1/n1、h2/n2、h3/n3(即单位压实遍数的压实厚度)，以单位压实遍数下压实厚度最大者所对应的压实参数作为最终施工参数5.压实参数与压实试验(3)碾压试验◊对于非粘性土，由于压实效果与含水量的关系不显著，所以只需作土料压实的铺土厚度、压实遍数和干密度的关系曲线即可。