土方工程详细版ppt课件

1、第1章 土方工程,1.1 概述 1.2 场地平整 1.3 基坑工程 1.4 土方的填筑与压实,1,学习要求: 了解土木工程施工技术的研究方向； 掌握学习方法； 熟悉施工中土的工程分类及分类依据； 掌握土的可松性； 熟悉原状土压实后的沉降量。,2,1.1 概述,1.1.1 土方工程的特点 1、内容 主要：场地平整； 坑、槽开挖； 土方填筑。 辅助：施工排、降水； 土壁支撑。 2、施工特点 （1）量大面广； （2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长； （3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。,3,3、施工设计应注意 （1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械； （2）合理调配

2、土方，使总施工量最少； （3）合理组织机械施工，以发挥最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作； （5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。,4,1.1.2 土的工程分类,5,6,1.1.2 土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土） 二类土（普通土) 三类土（坚土） 四类土（砂砾坚土）,机械或人工直接开挖,五类土（软石） 六类土（次坚石） 七类土（坚石） 八类土（特坚石）,爆破开挖,7,1、土的可松性：自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。,V1 土在自然状态下的体积。 m

3、3 V2 土经开挖后松散状态下的体积。 m3 V3 土经回填压实后的体积。 m3 最初可松性系数 1.081.5 最后可松性系数 1.011.3 用途： KS：可估算装运车辆和挖土机械 KS ：可估算填方所需挖土的数量,1.1.3 土的工程性质,8,案例 1,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 = KS V1 =1.02*200=240m3（松散土） 2m3 的装载车运土需要车次： n=240/2=120车次,9,2、原

4、状土经机械压实后的沉降量,经验公式： S=P/C S原状土经机械压实后的沉降量(cm) P机械压实的有效作用力(kg/cm2) C原状土的抗陷系数(kg/cm3),按表取值,10,3、土的渗透性,土体被水透过的性质，用渗透系数 K 表示。 K的意义：水力坡度（I=h/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）,K的单位：m / d 粘土 0.1， 粗砂5075， 卵石100200 用途：降低水位;回填。,11,4.土的天然密度： 在天然状态下，单位体积土的重量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算： 式中:土的天然容重,t/m3； m 土的天然重量t； V 土的体积,m

5、3. .干密度: 土的固体颗粒重量与总体积的比值.用下式表示： 式中 rd土的天然容重,t/m3； ms 土的总重量t； V 土的体积,m3. 在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实.土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制.1.6t/m3,12,5.土的天然含水量 土的含水量：土中水的重量与固体颗粒重量之比的百分率 式中：gw 土中水的重量,t； gS 固体颗粒的重量,t. 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响. 对工程施工的影响：土方开挖的难易程度，开挖机械的选择、地基处理的方法、

6、夯实填土的质量最佳含水量（砂土812%；亚砂土915%；亚粘土1215%；粘土1923%）；行车（2530%陷车）、边坡稳定,开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定 最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量。 （击实试验、手握经验确定）,13,1.2 场地平整,场地竖向规划设计 场地平整土方量计算 土方调配 场地平整土方机械及其施工,14,1.2.1 场地的竖向规划设计,确定场地设计标高考虑的因素：,(1) 满足生产工艺和运输的要求； (2) 尽量利用地形，减少挖填方数量； (3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费; (4)有一定泄水坡度，满足排水要求。 场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规

7、定： (1)小型场地挖填平衡法 (2)大型场地最佳平面设计法 （用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）,15,1、初步计算场地设计标高 H0,方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法） 。,原则：场地内挖填方平衡，平整前后土方量相等。,16,初步计算场地设计标高H0,H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然地面标高 M 方格个数。 或： H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M H1一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高

8、。,17,【案例2】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度 ix =2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高和施工高度。,答：（1）初步计算场地的设计标高H0 H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+） +4（70.17+70.70+69.81+70.38） /（49） =70.29（m）,70.09,18,2、场地设计标高的调整 ( H0 ),土具有可松性，必要时应相应的提高H0,挖方量,填方量,受局部填挖的影响,沟渠,经过经济比较后，认为就近借土或弃土一

9、部分更合理,案例2 答： (2)不考虑土的可松性 H0 = H0=70.29m,19,3、根据要求的泄水坡度计算方格网各角点的设计标高 Hn,单向排水时:HH0li 双向排水时，各方格角点设计标高Hn为： 以场地中心点为H0,Hn = H0 Lx ix L yi y,按要求的泄水坡度调整各角点设计标高Hn ：,20,70.09,（3）按泄水坡度调整设计标高Hn ：,Hn = H0 Lx ix L yi y,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2 =70.29102+303=70.36,H3 =

10、70.29+102+303=70.40,H1 =70.29302+303=70.32,其它见图,案例2,21,4、计算场地各角点施工高度 hn,施工高度 指各角点挖方或填方的高度，它等于各角点的实际设计标高和原地形标高之差。,hn= Hn Hn,hn 施工高度，填挖,Hn 设计标高,Hn 原地形标高,22,案例 2 （ 4）计算各方格角点的施工高度 hn,hn= Hn Hn 即：hn=该角点的设计标高 自然地面标高（m）,h1 =70.3270.09 =0.23 （m）； 正值为填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,+0.13,-0.36,-0.84,+0.8

11、3,h2 =70.36 70.40 =0.04 （m）； 负值为挖方高度,23,5、确定零线（挖填分界线） 零线 在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。不填不挖点的连线，是挖方区和填方区的分界线。 方法：插入法、比例法找零点,i,j,hi,hj,Xi-j,a,Xi-j=,施工高度绝对值代入,24,案例2 ： （ 5 ） 确定零线（挖填分界线）,0,0,Xi-j=,X1-2=,20 *0.23,0.23+ 0.04,=,= 17.04m,25,1. 四角棱柱体法 （1）方格四个角点全挖或全填：,1.2.2

12、 场地平整土方量的计算,h1 h4 方格角点施工高度的绝对值; a 方格网一个方格的边长； V挖（填）挖方或填方的体积（m3）。,分别按方格求出挖、填方量，再求场地总挖方量、总填方量。,26,h挖（填） 方格角点挖或填施工高度绝对值之和； h 方格四个角点施工高度绝对值总和。,（2）方格四个角点有填有挖,27,2. 三角棱柱体法（公式见教材）,28,当三角形三个角点全部为挖或全部为填时：,当三角形三个角点有填有挖时：,29,1.2.3 土方调配,在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。 土方调配的目的 土方调配的原则 土方调配图的编制步骤 用线性规划的表上作业法进行土方调配,30,1.

13、土方调配的目的,总运输量最小（成本最低）， 缩短工期和降低成本。,合理确定 调配方向和数量,31,2. 土方调配的原则,力求挖填平衡，运量最小 合理划分调配区: 应考虑近期施工与后期施工利用 应考虑分区和全场相结合 尽可能与大型地下建筑物的施工相结合,一期 先平整,余土,欠土,二期,数量，堆放位置,T,W,天然地基,32,3.土方调配图的编制步骤,（1）划分调配区 注意： 1）与建筑物、开工顺序协调； 2）大小满足主导施工机械的技术要求； 3）与方格网协调，便于确定土方量； 4）借、弃土区作为独立调配区。 （2）求出各挖、填方区间的平均运距 即每对调配区土方重心间的距离, 可近似以几何形心代替

14、土方体积重心 ，在图上将重心连起来，用比例尺量出来。 （3）进行土方调配： 线性规划法 （4）画出土方调配图： 在图上标出各调配区的调配方向、数量及平均运距。 （5）列出土方调配平衡表,33,土方调配平衡表及运距表,34,4. 用线性规划的表上作业法进行土方调配,1900,500,600,800,填方量（m3）,400,40,x43,100,x42,80,x41,W4,500,70,x33,110,x32,60,x31,W3,500,90,x23,40,x22,70,x21,W2,500,100,x13,70,x12,50,x11,W1,挖方量 （m3）,T3,T2,T1,填方区,挖方区,35

15、,(1) 列出土方平衡-运距表,36,（2）用最小元素法求初始调配方案,最小元素法 即对运距（或单价）最小的一对挖填分区，优先地最大限度地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。,400,500,500,300,100,100,37,（3）判断调配方案是否最优,用矩阵法求假想运距：将有土方量的运距填入表中，利用矩形对角线角点之和相等的原则，求出未知的假想运距。,50,40,60,110,70,40,-10,100,80,0,60,30,38,（3）判断调配方案是否最优,求检验数ij ： ij=运距cij 假想运距cij， 全部ij 0 ，方案最优；若有ij 0

16、，非优，需调整。,+,+,+,+,+,39,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,闭回路法 从负数方格出发，沿水平或垂直方向前进，遇到有土方量的方格可转90度角再前进，如此转弯和前进，必将能回到原位置，形成折线形闭回路。,40,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,调整土方量：从奇数转角点格子中，找一个土方量最小的格子，将此格子变为零，并以此为调整值，奇数角点的土方量减去该值，欧数角点的土方量加上该值，形成一个新的调配方案。,100,0,400,400,41,（5）判断新方案是否最优,重复第三步步骤，若不是最优，继续调整，直至最优。,20,80,30,60,50,30,+,+,+,+,+,+,

17、由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。,42,（6）绘出土方调配图,最优方案的总运输量 = 400501007050040400601007040040 = 94000m3-m 。 初始方案的总运输量 = 5005050040300601001101007040040 = 97000m3-m 。,43,1.2.4 场地平整土方机械及其施工,1. 推土机,T2-100型液压操纵推土机,适用于： （1）平整场地：经济运距在100m内（效率最高60m），一三类土的挖运，压实； （2）坑槽开挖：深度在1.5m内、一三类土； （3）回填土方。,44,并列推土法,45,下坡推土法,46,槽形推

18、土法,47,斜角推送法作业,48,分堆集中，一次推送法,49,跨铲法作业示意图,A铲刀宽；B不大于拖拉机履带净宽,沟槽,土埂,50,2、铲运机：自行式、拖式,特点：能综合完成挖、装、运、卸、平土的机械。,适用于：运距60800m、坡度20度以内的一二类土的大 型场地平整或大型基坑开挖、堤坝填筑等,51,铲运机开行路线示意图,（b）“ 8 ”字形路线,（a）环形路线,52,铲运机锯齿形开行路线,1路堤,2取土槽,53,铲运机下坡铲土法,54,助铲法示意图,铲运机铲土,推土机助铲,55,双铲联运法示意图,56,3、单斗挖土机,正铲,拉铲,抓铲,反铲,57,1正铲挖掘机 正铲挖掘机外型如图1-44所示。它适用于开挖停