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第1章土方降水机械效率计算常见土方工程场地平整,基坑、沟槽开挖,人防工程与地下建筑屋的土方开挖,路基工程等;土方工程的要紧施工过程开挖、爆破、运输、填筑、平整与压实等
1.1概述土方工程的特点工程量大;施工工期长;工人劳动强度大;施工条件复杂(受气候、水文、地质等影响较大);土的工程分类土的分类方法按土的颗粒级配(几何上)按土的塑性指数(物理指标上)按土的沉积年代(时间上)按土的开挖难易程度(工程性质上),见书本P4表2-
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1.3土的基本性质土的构成一一土的固体颗粒、土中的水、土中的空气;土的三相物质实混合分布的,但通常用土的三相图来表示土的构成土的物理性质1)土的可松性与可松性系数一一指自然状态下的土经开挖后,体积因松散而增大,以后虽经回填压实,也不能恢复到原先的性质;土的可松性可松性系数表示最初可松性系数£=%/%最终可松性系数K;=匕/匕匕一一土在天然状态下的体积;匕一一土在开挖后松散状态下的体积;土在经压(夯)后的体积适用范围小面积回填工程;种类夯锤、内燃机夯土机与蛙式打夯机;振动压实机原理土粒在外界振动力的作用下发生相对位移而变得密实;适用范围非粘性土的大面积填土;
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5.3填土压实的影响因素填土压实的要紧影响因素压实功、土的含水量、每层的铺土厚度压实功的影响关于相同的土体,压实功越大,土体密度增加的速度越快;在压实功变化不大的情况下土体密度的变化梯度逐步减小;关于松散土,不宜用重型碾压机碾压,应先用轻型碾压机碾压;2)含水量的影响含水量过低,土粒间的摩擦力较大,不易压实;含水量过大,土粒间的孔隙处于充盈状态,不易压实;含水量适中,水起润滑作用,减小摩擦力,易压实;教材P47上给出了各类土的最佳含水量;3)铺土厚度的影响土在压实功的作用下,短期(瞬时)附加应力随深度的增加而减小,其影响深度与压实机械(外界条件),土的性质与含水量(内部因素,实际上指土的抗剪能力)有关;教材P48上给出了各类土的最佳土层厚度;基坑(槽)施工1)放线基槽放线用木桩确定外墙的轴线的交点一测定外墙轴线一测定内部开间所有轴线一根据边坡系数,用石灰在地面上标出开挖边线一在房屋四周设置龙门板;柱基放线大基坑开挖2)基坑(槽)开挖通常的基坑(槽)开挖(尺度合理,坑壁稳固,基地强度、稳固性满足)按规定尺寸确定开挖顺序与开挖深度;除回填土外,其它土应弃置于弃土地区;采取措施避免发生坑壁滑坡、地基中产生过大的附加应力;为防止基地土受到扰动,应挖至基底标高以上;当超挖至基底标高下列时,应用相同的土料,或者碎石类土,或者低强度性填补,并应达到规定的密实度;软土地区的基坑(槽)开挖深基坑的开挖土方工程质量标准与安全技术例某基坑开挖体积为200m3基础体积为120m3基础做好后进行土方回填则回填后余下松土有多少?ks=
1.2ks=
1.1练习某基坑开挖体积为500m3基础体积为250m3用土去填满,填满后,将剩余的土填入底面积为10X10m2的坑内,问坑为多高?ks=
1.2ks=
1.1土的天然含水量一一指土中水的重量与土的固体颗粒重量的百分比,w=^xl00%m、3m土的天然密度一一指自然状态下单位体积土的质量,p=-土的干密度一一指单位体积固体颗粒部分的质量,4=京V土的孔隙比一一土的孔隙体积与固体体积的比值,eVsv土的孔隙率一一土的孔隙体积与总体积的比值,〃=xl00%土的渗透性及渗透系数一一指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用渗透系数K表示,单位为m/d.
1.2土方工程量计算及土方调配基坑、基木基坑底面积在20m2以内,且底长为底宽3倍以内者;基坑的土方量计算书上的图例V=H/6XA1+4A0+A2式中Ai、A2——上、下底面积;Ao——中截面的面积;H——深度;基槽宽度在3m以内,且长度等于或者大于宽度3倍者;基槽的土方量计算V=H/6XA1+4A0+A2式中A]、A2——上、下底面积;Ao——中截面的面积;H——深度;
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2.2场地平整土方量的计算场地平整将现场平整为施工所要求的设计平面;场地平整的步骤确定场地设计标高一>计算挖、填土方工程量一>确定土方平整调配方案一>选择土方机械、拟定施工方案1确定场地设计标高确定场地设计标高时应考虑的因素建筑规划、生产工艺、运输、尽量利用地形、排水;初步计算场地设计标高原则场地内挖、填方量平衡;步骤划分网格一>利用等高线内插求得节点标高有地形图时/测量节点木桩高度无地形图时一>计算场地设计标高;1设计标高的计算公式:H.na2=Xa2+/+/+/-%z=i4场地标高的调整2场地标高调整的原因:土的可松性;边坡挖填方量不等;就近挖填土;泄水坡度的影响——单向泄水Ht=/土〃、双向泄水Hj=H.±lxix±li;2场地土方量的计算计算步骤节点实际设计标高一自然地面标高一>计算每个方格的挖填方量一>计算场地边坡的挖填方量一>累计求挖、填方总量;1各方格角点的施工高度计算hn=Hn-H式中hn——角点施工高度;Hn——角点的实际设计标高;H——角点的自然地面标高;2计算零点位置当一个方格内同时有填挖方时,按下式计算零点位置为二丁与%3计算方格土方工程量书上列出了各类挖填方的土方量计算公式4边坡土方量计算5计算土方总量累加
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2.3土方调配土方调配对挖土的弃与填的填的综合协调;土方调配的原则>挖方与填方基本平衡与就近调配;>考虑施工与后期利用;>合理布置挖、填分区线,选择恰当的调配方向、运输路线;>好土用在回填质量高的地区;土方调配图表的编制方法教材上例题1)划分调配区(若干个网格的联合);2)计算土方量(编写在图上);3)计算调配区之间的平均运距平均运距挖方区土方重心至填方区重心的距离挖(填)方区重心的求法一一取场地--E匕y或者方格网中纵横两边为坐标轴,求各区土方的重心公式为[xw=F一上——];sv.IV.j7jJ4)确定土方最优调配方案(以线性规划理论为基础);5)在场地地形图上绘制土方调配图、调配平衡表(调配方向、土方数量与平均运距);
1.3施工准备与辅助工作施工准备土方开挖前的要紧准备准备工作场地清理(房屋、古墓、通讯电缆、水道、树木等);排出地面水(尽量利用自然地形来排水,设置排水沟);修筑临时设施(道路、水、电、机棚);土方边坡与土壁支撑土方边坡土方边坡的坡度土方挖方深度H与底宽B之比,即土方边坡坡度==式B/Hm中,m成为边坡系数;影响土方边坡大小的因素土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间、边坡邻近的荷载状况、排水情况;书上给出了不放坡与放坡两种情形的具体条件;土壁支撑土壁支撑的优点缩小施工面、减少土方量与克服场地限制;挡土板的类型、适用情形A横撑式挡土板一一断续式(适合湿度较小的粘土)、连续式(适合松散、湿度大的土);——随挖随撑,随拆随填;»垂直式挡土板(适合松散与湿度很大的土);
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3.3土方工程施工与降低地下水位降水方法明排水法与人工降低地下水位1)明排水法在基坑或者沟槽开挖时,使用截、疏、抽的方法进行排水(开挖时,沿坑底周围或者中央开挖排水沟,再在沟底设集水井,使基坑内的水经排水沟流向集水井,然后用水泵抽走集水井的截面尺寸与构造要求见教材P19;明排水方法的适用范围开挖深度不宜太大,地下水位不宜太高,土质宜较好;2流砂基坑底部的土成流淌状态,随地下水涌入基坑的现象1流砂的特点土完全丧失承载能力2流砂的成因高低水位间的压力差使得水在其间的土体内发生渗流,当压力差达到一定程度时,使土粒处于悬浮流淌状态;3流砂的受力分析7例产一片也产+丁/=0式中F——截面积八%F——作用在土体a—a截面上的总水压力;Y^F——作用在土体b—b截面上的总水压力;TIF——水渗流时的土颗粒总阻力;4水力坡度水头差与渗透路径长度的比值4*I5动水压力GD=-T=Iyw当动水压力G27时,土粒处于悬浮状态,土的抗剪强度等于零,土粒随着渗流的水一起流淌,发生“流砂现象”6易发生流砂的土见教材P21;流砂的治理办法,要紧途径是消除、减少或者平衡动水压力,具体措施有抢挖法、打板桩法、水下挖土法、人工降低地下水位轻型井点降水等;3管涌坑底位于不透水层,不透水层下面为承压蓄水层,坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时,发生管涌现象;管涌的受力分析Hywhy4人工降低地下水位定义在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的虑水管井,利用抽水设备抽水,使地下水位降落在坑底下列方法轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等,各类方法的适用范围见教材P22;5轻型井点降低地下水位图例见教材P23页1构成管路系统与抽水设备;管路系统井点管、滤管、总管、联结管;抽水设备离心泵、真空泵、水气分离器;2轻型井点的布置的影响因素基坑大小、深度、土质、地下水位的高低、流向、降水深度等;3轻型井点的平面布置单排线状井点、双排井点、U形井点、环状井点;4轻型井点的平面布置的构造;5轻型节点的高层布置井点管的埋设深度H不包含虑管长,按下式计算图例见教材P24HH+h+IL式中I——地下水降落坡度,环状井点1/10单排线状井点为1/4;
(6)轻型节点的高层布置的构造;
(7)注意事项虑管务必埋设在透水层内;总管的布置宜接近地下水位线(可事先挖槽);水泵轴心标高宜与总管平行或者略低于总管;总管应具有
0.25%〜
0.5%的坡度(坡向泵房);6)轻型井点的计算井点的分类(不)完整井(井底是否达到不透水层)、(无)承压井(地下水是否有压力);承压完整井、承压非完整井、无压完整井、无压非完整井;
(1)涌水量计算关于无压完整井,其涌水量计算公式为(教材P27上有图例)Q=L366K(2t)slg/-lgx0式中,K土的渗透系数;H——含水层厚度;s——水位降低值;R——抽水影响半径,通常用式R=sJ加计算;X0——环状井点系统的假想半径,关于矩形基坑,其长度与宽度之比不大于5时可按式计算,F为环状井点系统所包围的面积;关于无压非完全井,其涌水量计算公式为(教材P27上有图例)Q=L366K(2o_s)sIgHTg/式中,H()——有效抽水深度,可按教材P26上表格查;S*——井点管中水位降落值;1——虑管长度;关于承压完全井,其涌水量计算公式为式中,M——承压含水层厚度上述三式的应用条件矩形基坑的长宽比小于5;基坑宽度小于抽水影响半径的两倍;井点管数量与井距的确定
(2)单根井点管的最大出水量q=65兀讥近
(3)井点管的最少根数〃=\.lQ/q
(4)井点管的平均间距D=L/n其中L为总管长度;注意事项井点管间距不能过小,否则彼此干扰过大;在基坑周围四角与靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密;实际使用的井距,还应与集水总管上的短接头间距相习惯;
(5)抽水设备的选择真空泵,按总管长度选用;离心泵,按涌水量的大小选用;
(6)井点管的安装使用轻型井点的安装程序排总管一埋设井点管一弯管连接一安装抽水设备井点管的冲水法埋设程序吊直定位一边冲边沉(构造)一拔冲管,插井点管一填灌砂虑层一粘土封口(防漏气);轻型井点使用时的注意事项宜连续抽水,否则易堵塞虑管,建筑屋沉降,地下水回升(边坡塌方);观察真空泵的真空度,关于漏气,采取措施;检查井点管是否堵塞(正常管,则应冬暖夏凉);设置观察孔在影响半径内观察地下水位;7)喷射井点降低地下水位适用情形降水深度超过6m土层渗透系数为
0.1〜
2.0m/d降水深度可大20m;喷射井点的要紧设备(见教材P31);喷射井点的工作原理(见教材P31);喷射井点的平面布置(见教材P31);8)深井井点降低地下水位适用情形抽水量大、较深的砂类土,降水深度可达50米;土方机械化施工常用的施工机械有推土机、铲运机、单斗挖土机、装载机等;常用土方施工机械的施工特点推土机施工按推土板分类钢丝绳操作、油压操作(升调推土板、转动推土板);使用范围场地清理、场地平整;破、松硬土;土方压实;特点操作灵活、工作面小、行驶块;提高生产率的作业方法下坡推土一一利用机械重力势能提高生产率;并列推土一一减小土的散失;多刀送土一一先集中堆积在A处,然后再推到B处;槽形推土一一减少土的散失;推土机的生产率计算小时生产率Ph=当妆(祇3/卜).TvKs推土机的台班生产率5=8Kb(机3/台班)铲运机施工构成牵引机械与土斗;分类拖式与自行式,油压式与索式;使用范围挖土、运土、平土与填土;特点适合大面积土方工程,适合松土与普通土,适合含水率低的土质;提高生产率的作业方法合理的行走路线一一环形路线、8字形路线;施工方法一一下坡铲土、跨铲法、助铲法;铲土机的生产率计算小时生产率ph=3600明3/h);TK式中K(——铲斗装土的充盈系数(通常砂土为
0.75其它土为
0.85〜
1.3);(=式装土时间)+*黑;+/2(卸土时间)+小换档和调头时间)铲运机的台班生产率巴=8《Kb(〃A/台班)单斗挖土机施工分类履带式与轮胎式(行走装置),正铲、反铲、拉铲与抓铲(工作装置);1)正铲挖土机特点向前先上,强制切土;适用范围大型干燥基坑开挖,土丘开挖;性能指标动臂倾角、最大挖土高度、最大挖土半径等(其它性能指标见教材P38);开挖方式正向挖土,侧向卸土(动臂回转半径小,工作面小,效率高);正向挖土,发现卸土(动臂回转半径大,工作面大,效率低);工作面一次开行中进行挖土的工作范围,由挖土机技术指标及挖、卸土的方式决定;工作面的布置原则保证挖土机生产效率最高,而土方的欠挖数量最少;根据开挖方式,工作面分为正工作面,侧工作面(教材P39〜P40页给出了全面的两类工作面计算方式);开挖层数与每层的开行次数的确定将_歹(挖方表面宽度)开数m-G(工作面高度,取B或8)正铲挖土机的工作面布置(见教材P41);2)反铲挖土机特点后退向下,强制切土;适用范围基坑、基槽与管沟、含水率比较大的土质;开挖方式沟端开挖、沟侧开挖;3)拉铲挖掘机特点后退向下、自重(土斗自重)切土;适用范围大而深的基坑;4)抓铲挖土机特点直上直下、自重(土斗自重)切土;适用范围窄而深的基坑;土方挖运机械的选择及配套计算土方机械的选择根据工程特点与技术条件与各类土方挖运机械的特点与适用范围,选择效率高、费用低的机械进行施工;教材P44-45页给出了针对若干种工程特征与技术条件进行土方挖运机械的选择方案;土方挖运机械的配套计算方法确定主导施工机械的,根据主导机械的性能选择配套机械;教材P45列举了“挖运机与运土车辆的配套计算”案例;土方的填筑与压实填筑的要求填方工程强度与稳固性要求正确选择填土的种类与填筑方法填筑的种类碎石类土、砂土与爆破石渣用作表层下填料;粘土的含水量不宜太大;不应使用大量含有有机质的土一一吸水变形;不应使用防水溶性硫酸盐的土一一易溶解后形成空洞;不应使用淤泥、冻土与膨胀土等用作填土;填筑方法分层填筑;宜用同类土填筑;不一致土,应将透水性大的土置于下层;填筑压实方法碾压法适用范围大面积填土工程;种类光面碾、羊足碾与气胎碾;夯实法原理利用夯锤的势能来夯实土壤;。