建筑施工技术土方工程

第1章土方工程第1章土方工程1.1土的分类及工程性质1.2土方工程量计算1.3土方边坡与土壁支撑1.4人工降低地下水位1.5土方的机械化施工1.6土方的填筑与压实1.7基坑（槽）施工本章小结一、土方工程的施工过程与常见类型二、土方工程的特点三、土的分类四、土的工程性质1.1土的分类和工程性质一、土方工程的施工过程与常见类型1.施工过程•一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。2.常见类型•场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。1.1土的分类和工程性质二、土方工程施工特点：1.工程量大、劳动繁重；2.施工条件复杂；3.受场地限制。因此，在组织土方工程施工前，应制订出技术可行经济合理的施工设计方案。1.1土的分类和工程性质三、土的分类：1.按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类：•松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石八类。前四类为一般土，后四类为岩石。土的工程分类与现场鉴别方法见下表土的分类土的名称现场鉴别方法一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)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，软泥灰岩及蛋白石整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤土的分类土的名称现场鉴别方法五类土(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、玢岩用爆破方法开挖四、土的工程性质土的主要工程性质有：•土的可松性、原状土经机械压实后的沉降量等；•此外还有：渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。1.1土的分类和工程性质1．土的组成土一般由土颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。四、土的工程性质图中符号：——土的总质量（kg）；——土中固体颗粒的质量（kg）；——土中水的质量（kg）；——土的总体积（m3）；——土中空气体积（m3）；——土中固体颗粒体积（m3）；——土中水所占的体积（m3）；——土中孔隙体积（m3）。四、土的工程性质2.土的可松性：•即自然状态下的土，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。•土的可松性程度用可松性系数表示，即：21;sVKV31sVKV（1-1）式中——最初可松性系数；——最后可松性系数；V1——土在自然状态下的体积（m3）；V2——土经开挖后的松散体积（m3）；V3——土经回填压实后的体积（m3）。sKsK土的分类可松性系数KSK’s一类土(松软土)1.08～1.171.01～1.03二类土(普通土)1.14～1.281.02～1.05三类土(坚土)1.24～1.301.04～1.07四类土(砂砾坚土)1.26～1.321.06～1.09五类土(软石)1.30～1.451.10～1.20六类土(次坚石)1.30～1.451.10～1.20七类土(坚石)1.30～1.451.10～1.20(特坚硬石))1.45～1.501.20～1.301.1土的分类和工程性质V1V2V2＞V1V2V3＞V1V3四、土的工程性质2.土的可松性：在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候，必须考虑土的可松性。土的最初可松性是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数；土的最终可松性是计算场地平整标高及填方时所需挖土量的重要参数。1.1土的分类和工程性质要将500m3的普通土开挖后运走，问实际需要运走的土多少？如果需要回填500m3的亚粘土，问需挖方体积是多少？（Ks=1.2,Ks/=1.04)解:V2=V1·Ks=500×1.2=600m3V1=V3÷Ks/=500÷1.04=480.8m3案例1案例2208m3某基坑208m3，现需回填，用2m3的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？（KS=1.20，KS’=1.04）答：填方用土：V1=V3/KS’=208/1.04=200m3（原状土）V2=KSV1=1.02*200=240m3（松散土）2m3的装载车运土需要车次：n=240/2=120车次1.1土的分类和工程性质四、土的工程性质3.土的含水量：土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，即：wsmm×100%式中：——土的含水量；——土中水的质量（kg）——土中固体颗粒的质量（kg）wmsm一般土的干湿程度用含水量表示：含水量＜5％，为干土在5％～30％之间，为潮湿土＞30％为湿土在一定含水量的条件下，用同样的机具，可使回填土达到最大的干密度，此含水量称为最佳含水量。砂土为8％～12％粉土为9％～15％粉质粘土12％～15％粘土为19％～23％工程意义：含水量对于挖土的难易，施工时边坡稳定及回填土的夯实质量都有影响。四、土的工程性质4.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。1.1土的分类和工程性质四、土的工程性质5.土的天然密度（density）和干密度（drydensity）土在天然状态下单位体积的质量，叫土的天然密度(简称密度)。土的密度按下式计算：mV(式1-5)干密度是土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：sdmV一、场地平整的概念场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。原则是：挖高填低二、场地平整土方施工方案的确定1.先平整整个场地，后开挖基坑（槽）；2.先开挖基坑（槽），后平整场地；3.边平整场地，边开挖基坑（槽）。在场地平整前，必须确定场地设计标高、计算挖填方量、确定土方调配方案，并合理选择施工机械，拟定施工方案。1.2土方工程量计算1.2土方工程量的计算与调配主要内容：基坑（槽）和路堤的土方量计算场地平整土方量计算土方调配back基坑（槽）和路堤的土方量计算其土方量可按拟柱体积的公式计算。图1.5基坑)F4F(F6HV201（1.7）图1.6基槽、路堤将各段土方量相加即得总土方量。)F4F(F6LV20111（1.8）当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时，可用断面法沿长分段（10m或20m),其土方量可分段计算。场地平整土方量计算一、特点：面积大；兼有挖方、填方。二、方法----方格网法在场地设计标高确定后，需平整的场地各角点的施工高度即可求得，然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样可以求得整个场地的填、挖土方总量。（1）绘制方格网图图1-5方格网法计算土方工程量图（2）计算场地各方格角点的施工高度hn=Hn-H(式1-10)式中：hn——角点的施工高度，即填方高度（以“+”为填，“-”为挖），m；Hn——角点的设计标高，m；H——角点的自然地面标高，m；n——方格的角点编号（自然数列1,2,3，…，n）。（3）计算“零点”位置，确定零线1112ahxhh2212ahxhh(式1-11)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，均用绝对值表示，m；a——方格的边长，m。图1-6零点位置计算示意图图1-7零点位置图解法（4）计算方格土方工程量②三角棱柱体边坡体积三角棱柱体边坡体积，如图1-8中④所示，计算公式如下：12442AAVl当两端横断面面积相差很大时，边坡体积按下式计算：44102V(4)6lAAA式中：l4——三角棱柱体边坡的长度，m；A1、A2、A0——三角棱柱体边坡两端及中部横断面面积，㎡。（5）边坡土方量的计算(6)计算土方总量将挖方量（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。图1-8场地边坡平面图土方调配是，就是对挖土、堆弃和填土三者之间的关系进行综合协调的处理。是土方工程施工组织（土方规划）中的重要内容，在场地土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配工作。土方调配调配方案，应该使土方的运输量或费用最少，而且施工又方便。土方调配（1）力求达到挖方与填方基本平衡和运距最短。使挖方量与运距的乘积之和最小，即土方运输量或费用最小，降低工程成本。但有时仅局限于一个场地范围内的挖填平衡难以满足上述原则，可根据场地和周围地形条件，考虑就近借土或就近堆弃。（2）近期施工与后期利用相结合。当工程分期分批施工时，若先期工程有土方余额，应结合后期工程的需求来考虑利用量与堆放位置，以便就近调配，必须考虑全场土方的调配，不可知顾局部平衡而妨碍全局。（3）应分区与全场结合。分区土方的余额或欠额的调配，必须考虑全场土方的调配，不可只顾局部平衡而妨碍全局。土方调配原则（4）尽可能与大型建筑物的施工相结合。大型建筑物位于填土区时，应将开挖的部分土体予以保留，待基础施工后再进行填土，以避免土方重复挖、填和运输。（5）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。（6）好土用在回填质量要求高的地区。总之，进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法等，综合考虑上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。调配区之间重心的确定方法如下：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：xVXVyVYV式中：——挖或填方调配区的重心坐标（m）；V——各个方格的土方量（m3）；x、y——各个方格的重心坐标（m）。为了简化计算，可用作图法近似地求出形心位置来代替重心位置YX、图1.19土方调配图箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）back1.3.边坡稳定与基坑（槽）支护一、边坡稳定（一）边坡稳定的条件与影响因素（二）放坡二、基坑（槽）支护一、边坡及其稳定（一）边坡稳定条件与影响因素1.破坏形式：（一）边坡稳定条件与影响因素2.边坡稳定条件：QTC滑坡面T＜C•T――土体下滑力。•C――土体抗剪力。或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。（一）边坡稳定条件与影响因素3.影响边坡稳定的因素：•（1）引起抗剪强度降低的原因–①气候的变化使土质松散；–②粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用；–③饱和细砂、粉砂因受振动而液化。（一）边坡稳定条件与影响因素3.影响边坡稳定的因素：•（2）引起土体内剪应力增加的原因：–①边坡上面荷载增加，尤其是附近有动荷载；–②因下雨使土的含水量增加，因而使土体增重，并在土中渗流产生一定的动水压力；–③土体裂缝中的水产生静水压力。在土方施工中，要预估各种可能出现的情况，采取必要的措施护坡防坍，特别要注意及时排除雨水、地面水，防止坡顶集中堆载及振动。必要时可采用钢丝网细石混凝土（或砂浆）护坡面层加固。如是永久性土方边坡，则应做好永久性加固措施。（二）