第一章土方工程Ⅰ、教学目的与要求:(1)了解土的工程分类及其工程物理性质;基坑(槽)土方量计算,维护坑(槽)稳定的做法;拉锚和土层锚杆的构造及施工艺,制定土方开控的方法。了解降低地下水位的方法;集水坑降、井点降水;了解轻型井点设计及计算方法,理解轻型井点计算实例。(2)掌握场地平整的计算;土方压实的基本方法;推土机、铲运机、挖土机的特点、作业方式。Ⅱ、教学重点与难点:(1)重点:土的工程分类及其工程物理性质;支护结构破坏形成;填土质量控制;流砂产生的原因。(2)难点:场地平整相关土方量的计算方法;挖土机作业方式。Ⅲ、教学内容:(1)土的工程分类及其工程物理性质;(2)基坑(槽)的土方开挖;(3)土方填筑与压实;(4)土方工程的机械化施工;(5)人工降低地下水位。Ⅳ、授课时数:Ⅴ、授课方式:讲述、举例、启发Ⅵ、教学过程:第一节土的分类及其工程物理性质一、土方工程施工特点施工面广、工程量大、劳动繁重、施工条件复杂。二、土的工程分类按开挖难易程度土的工程分类参见课本表1-1三、土的工程物理性质1、土的天然含水量:水的质量与固体颗粒质量之比,以百分数表示,即100%wsmm式中:wm——土中水的质量;sm——土中固体颗粒的质量。越大,越不利当:<5%干土;=5~30%湿土;>30%饱和土含水率影响挖土的难易、边坡坡度、回填压实程度2、土的密度:(1)土的天然密度mV式中:m——土的总质量;V——土的天然体积。(2)土的干密度:sdmV式中:sm——土中固体颗粒的质量;V——土的天然体积。d越大,土越密实。干密度影响基坑底及回填土压实程度。3、土的可松性:可松性:自然状态土经开挖后,体积增大、回填压实後,其体积仍不能恢复原状的性质可松性系数。21sVkV'31sVkV式中:sk——土的最初可松性系数;'sk——土的最终可松性系数;1V——土在天然状态下的体积;2V——土被挖出后在松散状态下的体积;3V——土经压实后的体积。可松性影响平衡调配、场地设计标高、机具数量。4、土的渗透性:渗透性:水流通过土中孔隙的难易程度,水在单位时间内穿透土层的能力。渗流速度:12HHhvkkkiLL第二节基坑(槽)的土方开挖一、土方边坡:1、土方边坡坡度=11:hmbbh2、边坡形式:3、不放坡规定:密实、中密的砂土和碎石土为1m;硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土为1.25m;硬塑、可塑粘土为1.5m;坚硬的粘性土为2m。4、最陡坡度:参见表1-4二、土方量计算(基坑、基槽)基坑土方量计算:102(4)6VHAAA基槽或路堤:11102(4)6VLAAA12nVVVV三、场地平整四通一平:通水、通电、通路、通讯、平整场地。步骤:确定设计标高→计算场地各点的施工高度→场地挖填土方量。1、确定场地设计标高设计步骤:(1)初步确定场地设计标高a、划分方格网a=10~50m或a=20mb、确定方格网各角点实际标高根据地形等高线确定设计等标高123402344HHHHHn(2)调整场地设计标高①土的可松性影响总挖方体积为:'V总填方体积为:'''()TwswwsVVkVFhkV''()wwsTTTTTVFhkVVVhFFVV''1wsTwsVkhFFkV场地设计标高调整为:'00HHhV②取土或弃土的影响'''002QHHna③泄水坡度的影响''0ijHHli2、场地及边坡土方量的计算(1)方格网法确定各角点的施工高度填方“+”,挖方“-”。确定零线位置(零点求法、零点连线)方格中土方量计算①四角棱柱A、角点全填或全挖B、角点二填或二挖C、角点一填(挖)或三挖(填)填方部分:挖方部分:②三角棱柱体积计算(略)(2)断面法地形不平情况下所求土方量为:(3)边坡土方量计算:①三棱锥边坡体积1113VAl②三棱柱边坡体积4124()2VAAl或41624(4)6VAAAl(当两端断面面积相差很大时)四、土壁支护作用:①建筑密集地区;②防止地下水渗入基坑形式:木挡板横撑式:①水平挡土板a、断续式粘性土、挖掘深度<3m;b、连续式潮湿土、散粒土<5m。②垂直挡土板松散或湿度很高的土,深度不限。五、基坑支护结构作用:①挡土;②挡水分类:①重力式支护结构深层搅拌水泥土桩、旋喷桩幕墙;②非重力支护结构悬壁式、内撑式、坑外锚拉式;③边坡稳定式结构土钉墙、档土墙1、重力式支护墙类型(1)深层搅拌水泥土桩挡墙原理:特制进入土层深处,深层搅拌和喷水泥固化剂与地基土原位拌合成水泥土桩,桩相互搭接成壁状挡墙适用:6hmm任何平面形状的基坑另外深度大时可加筋适用于软土区(2)旋喷桩挡墙原理:钻杆钻孔,提杆喷水泥浆固化剂,与地基土成小泥土桩、桩连成帷幕墙。适用:同上且用狭窄地区2、非重力式支护墙类型(1)H型钢支柱挡板支护挡墙原理:支柱打入土中,支柱间设木挡板适用:土质好,地下水位较低地区(2)钢板桩截面形式:原理:钢桩打入土中,挡土挡水适用:软土地基(3)钢筋混凝土桩排桩挡墙桩类型:钻孔灌注桩、沉管灌注桩、挖孔灌注桩桩布置形式适用:钻孔桩h7-13基坑,深基坑支护φ600—1100沉管桩:h10m以下φ500—800挖孔桩:单层地下室φ800—1200(4)地下连续墙适用:深度大,地下结构层数多的深基础3、支撑系统类型分类:①基坑内支撑钢支撑、钢筋混凝土支撑;②基坑外拉锚顶部拉锚、土层拉锚(1)钢结构支撑特点:拚拆方便、重复使用、变形大、支肋小,间距小,影响挖土分类:①钢管支撑;②H型钢支撑(2)钢筋混凝土支撑特点:刚度大变形小;但形成支撑慢分类:①对撑;②角撑;③圆形支撑;④桁架式支撑构造:C30以上、截面、腰梁、支撑4、支护结构破坏形式(1)非重力式支护强度破坏(2)非重力式支护稳定性破坏(3)重力式支护结构强度破坏六、拉锚与土层锚杆分类:拉锚、坑外地表设置、锚杆、坑内沿坑壁设置适用:较密实沙土、土粉、硬塑及坚硬粘性土层或岩石层环境:底下埋设物不允许损伤,慎用;周围有地面,地下构筑物,限用(一)拉锚组成围护桩、拉杆、锚固体桩式地面拉锚:拉杆水平浅埋地表板式地面拉锚:拉杆钻孔斜置(二)、土层锚杆1、锚杆支护体系构造组成:A、支护挡墙:钢板桩、灌注桩、地连墙B、腰梁及托架:把由挡墙传来荷载,传给锚杆C、锚杆:锚头、拉杆、锚固体2、土层锚杆类型3、土锚的承载能力(极限抗拔力)拉杆的极限抗拉强度,拉杆与锚固体间的极限握裹力s锚固体与土体间的极限侧阻力SR4、土层锚杆施工(1)准备(2)钻孔钻孔机具:冲击式钻孔机、螺旋式钻孔机钻孔方法:螺旋钻孔干作法适用于地下水位以上的粘土、粉质粘土、沙土压水钻进成孔法:软硬土都适用扩孔方法:机械扩孔、爆炸扩孔、水利扩孔、压浆扩孔(3)拉杆制作安装①拉杆除锈、油、防腐处理②拉杆制作:拉杆长度=设计长度+张拉长度(4)注浆形成锚固段、防腐蚀、改善周围土体力学性能载力更大①材料:水泥425号以上普硅水泥;水泥浆:水灰比0.4~0.45;水泥沙浆:灰沙比1:1~1:1.2,水灰比②注浆方法:一次注浆法;二次注浆法(5)张拉、锁定5、土层锚杆实验:基本实验、验收实验七、土钉支护构造:适用:开控支护,天然边坡支护类型:钻孔注浆型、打入型、射入型八、深基坑工程土方开挖(一)开挖方法1、无支护结构基坑开挖(放坡开挖)特点:占地面积大,适用四周场地开阔,周围无临近建筑物、地下管线和道路2、有支护结构基坑开挖①盆式开挖先挖中间,后挖四周特点:挡墙的无支撑,暴露时间短,开挖速度慢,适用较密支撑②岛式开挖先挖四周,后挖中心特点:速度快,挡墙受荷时间长,适用无支撑或边桁架大空间支护(二)开挖注意事项1、基坑开挖的时空效应2、先撑后挖,严禁超挖3、防止坑底隆起变形4、防止边坡失稳5、防止位移和倾斜6、对邻近建筑物及地下设施保护第三节土方填筑及压实一、土料要求碎石土类、爆破石渣表层下填料,粒径不超过2/3层厚,大块料不集中。沙土:表层以下碎块草皮:含有机质土无压实要求时淤泥、淤泥质土一般不做填料盐渍土:不含盐晶、盐块、含盐植物的根茎二、填筑要点1、施工要求①填不同类土料时,透水性大的在下,透水性小的在上,以免形成水囊②填土位于斜坡时,将坡挖成阶梯状,分层填筑2、填土压实的质量检查三、填土的压实方法1、碾压法平滚碾:粘性或非粘性土羊足碾:粘性土适用大面积填土气胎碾:压土质量好2、夯实法分类:土夯、挖式打夯机、火力夯、夯土机适用:小面积回填土、较厚土层3、振动法适用:非粘性土四、影响压实质量因素1、压实法:含水率一定时,越大,压实功越大当,当max,不再起作用。所以,不少土2~3遍;亚砂土3~4遍;亚粘土、粘土5~6遍2、含水量:最佳含水量过干,颗粒的厚阻力大,不易压实,故洒水湿润过湿,水占地体,故翻松晾干,吸水处理第四节土方工程机械化施工一、推土机分类:索式、油压式特点:操作灵活、运转方便、速度快、能缓缓坡适用:场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑;1-3类土、经济、远距100米、40~60米。施工方法:下坡推土:借自重,增加推土能力,适用于狭长场地;并列推土:2~3台机平排,增大推土量,适用于大面积场地;槽形推土:一条作业线重复运行,增大推土量;多铲集运:多次铲土,一次推送,缩短运时,硬质土二、铲运机分类:自行式,拖式,索式,油压式特点:操作灵活,速度快,生产率高,费用低适用:开挖大基坑、填筑堤坝,路基。含水量不超过去时27%一~三类土。(一)、运行路线:(如图1-33)(二)、施工方法:1、下坡铲土法:借自重2、跨铲法:形成土槽增加铲量3、助铲法:与推土机协作业三、单头挖土机分类:正铲、反铲、拉铲、抓铲、机械式、液压式(一)正铲挖土机特点:前进向前,强制切土,卸土(侧面,后面.)(二)反铲挖土机特点:后退向下,强制切土,挖掘力比正铲小作业方式:沟端,沟侧(三)拉铲挖土机特点:后退向下,自重切土(四)挖土机,与汽车配套计算1、挖土机数:1QNPTCK2、自卸汽车配合计算:11sTNt第五节人工降低地下水影响:①地下水渗入基坑,挖土困难;②边坡塌方;③地基浸水,影响可载力方法:①集水坑降水;②轻型井点降水一、集水坑降水法构造:方法:沿坑壁边缘设排水沟、隔段设集水井、由水泵将井中水抽出坑外。1、水坑设置平面:设在基础范围外,地下水上游排水沟:宽0.2~0.3m深0.3~0.6沟底设纵坡0.2%~0.5%始终比挖面低0.4~0.5m集水坑:宽径0.6,土面0.7~1.0m,防边坡失稳2、泵选用①离心泵:抽水原理②潜水泵:特点:体积小、质量轻、移动方便、安装简单、不需引力3、运用粗粒土层和降水量小粘性土4、流砂及其防治①现象:挖坑时,坑底下的土随水涌入坑内,边挖边冒,无法挖深②流砂发生的条件:A、土层中有厚度250mm的粉砂土层B、土的含水率30%或孔隙率43%C、粘粒含量10%,粉砂粒含量75%D、砂土渗透系数、排水性差③原因分析内部条件:细砂、粉砂、亚砂土外部条件:地下水及动力压力的大小和方向;地下水渗流对单位土体内骨架产生的压力;单位土骨架对地下水阻力;力平衡方程。④防流砂措施A、枯水期施工B、抛大石块法C、打钢板桩法D、水下挖土法E、人工降低地下水位法F、地下连续墙二、井点降水方法:基坑周围埋设点管,地下水流入管中,抽水设备抽出坑外。分类:轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点、电路井点。1、轻型井点:2、喷射井点:布置:坑宽≤10m时,单排布置;大面积基坑,环形布置;井点间距,坑宽10m时,双排布置3、电渗井点4、管井井点5、深井井点三、轻型井点降水1、轻型井点设备2、轻型井点布置(1)平面布置沟坑宽6m,且降水深度5m:单排布置,布置在地下水上游;沟坑宽6,或土质不良:双排布置坑面积大,环形布置。(2)高程布置:一般H≤6m;当H6m时,降低总管平台面标高。一级轻型井点达不到深度要求时,二级布置3、轻型井点计算(具体详见教材)4、轻型井点的施工(1)施工工艺放线定位—铺设总管—冲孔—安井点管、填