水运工程施工过程第二章土石方开挖和填筑

水运工程施工过程第二章土石方开挖和填筑2023/2/1422

2.1土方工程土石方开挖和填筑的基本类型 土石方工程施工过程——开挖、运输和填筑水运工程施工过程中的土石方工程：场地整平、基坑和航道的开挖，码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等2023/2/14东南大学交通学院102332.1.1土石方开挖的基本方法1）人工和半机械化开挖法2）机械化开挖法3）水力开挖法4）爆破开挖法土石方开挖的基本要求：具有稳定的边坡，良好的排水，尽量减少超挖和欠挖。2023/2/14东南大学交通学院102442.1.2机械化施工的特点能完成独特的施工任务能改善劳动条件大幅度提高劳动生产率机动灵活2023/2/14东南大学交通学院102552.1.3机械化施工的要求需要有严密的科学的施工组织设计，充足的燃料，要有附属设备和维修设备、配件供应，更需要有一定业务专长的技术干部和技术工人。为了在整个施工过程中，各个作业、各道工序均衡协调，要有足够数量、种类及规格的机械设备，投资巨大。2023/2/14东南大学交通学院102662.1.4施工机械的合理选择和组合一、选择施工机械的原则：

1、应与工程的具体实际相结合；

2、应有较好的经济性；

3、应能保证工程质量要求和施工安全；

4、机械的合理组合：

1）主导机械与配套机械配套

2）牵引车与配套机具组合

3）配合作业机械组合数尽量少

4）尽量选用系列产品，便于维修和管理2023/2/14东南大学交通学院102772.1.5机械施工组织方法推土机施工法（适用于Ⅰ、Ⅱ土）铲运机作业法（适用于Ⅰ、Ⅱ土）挖掘机作业法（适用于Ⅳ级及Ⅳ级以下的土）2023/2/14东南大学交通学院10288土、石等级土、石类别土、石名称

Ⅰ松土砂类土、腐殖土、种植土、中密的粘性土及砂性土、松散的水分不大的粘土，含有30mm以下的树根或灌木根的泥炭土Ⅱ普通土水分较大的粘土、密实的粘性土及砂性土、半干硬状态的黄土、含有30mm以上的树根或灌木根的泥炭土、碎石类土（不包括块石土及漂石土）Ⅲ硬土硬粘土、密实的硬黄土，含有较多的块石土及漂石土：各种风化成土块的岩石土、石工程分级表(1)2023/2/14东南大学交通学院10299土、石工程分级表(2)土、石等级土、石类别土、石名称Ⅳ软石各种松散岩石、盐岩、胶结不紧的砾岩、泥质页岩、砂岩、煤、较坚实的泥灰岩、块石土及漂石土、软的节理多的石灰岩Ⅴ次坚石硅质页岩、砂岩、白云岩、石灰岩、坚实的泥灰岩、软玄武岩、片麻岩、正长岩、花岗岩Ⅵ坚石硬玄武岩、坚实的石灰岩、白云岩、大理岩、石英岩、闪长岩、粗粒花岗岩、正长岩2023/2/14东南大学交通学院10210推土机施工法2023/2/14东南大学交通学院10211推土机施工法这是一种近距离土方转移的施工方法，经济远距为50~80m。填挖高度不大于2m。特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。作业方法：

1、接力推土法

2、槽式推土法

3、并列推土法

4、下坡推土法2023/2/14东南大学交通学院1021212生产率计算推土机作业生产率P(m3/h)为：推土机的其他用途2023/2/14东南大学交通学院1021313提高推土机生产率的途径根据施工条件，因地制宜，提高机械施工人员的技术素质，具体说有：1、缩短推土机作业的循环时间2、提高时间利用系数3、降低运送中土的漏损2023/2/14东南大学交通学院1021414拖式铲运机铲运机施工法2023/2/14东南大学交通学院1021515铲运机施工法铲运机是一种中距离大规模转移土方的机具。它可分为拖式和自行式两类。特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。经济远距：200~300米。开挖深度3~8m。2023/2/14东南大学交通学院1021616作业方法:1、一般铲土法2、波浪铲土法3、跨铲法4、下坡铲土法5、顶推助铲法环形运行线路：之字形8字形2023/2/14东南大学交通学院1021717生产率计算铲运机的生产率计算（m3/h)V——铲斗几何容量/m3;Kh——土壤充满系数;Kb——时间利用系数;Ks——土壤松散系数;T——每一工作循环时间/min2023/2/14东南大学交通学院1021818提高铲运机作业生产率的措施1、加强施工组织管理和提高机械操作人员的技术素质；2、对Ⅲ级以上的土或冻土应先预松，预松深度不宜超过20~40cm；清除铲土地段的树根、树桩、孤石等；运行时减少180o大转弯的次数；土的含水量适中。2023/2/14东南大学交通学院10219挖掘机施工法挖掘机是一种专门的土方挖掘和装载机械，作业效率高，特别适用于土方工程量大、有一定作业面高度或深度的工程。施工时必须配备运输机械。对运距较远的土方工程一般采用这种方法。挖掘机的种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲。2023/2/14东南大学交通学院1022020正铲挖掘机的施工方法2023/2/14东南大学交通学院1022121特点：前进向上，强制切土施工方法：正向开挖侧向开挖2023/2/14东南大学交通学院1022222反铲挖掘机的施工方法2023/2/14东南大学交通学院1022323特点：后退向下，强制切土施工方法：沟端开挖沟侧开挖2023/2/14东南大学交通学院102242023/2/14东南大学交通学院1022525抓铲挖掘机的施工方法主要用于开挖独立的深基坑，依靠挖斗的自重下落的动能切入土中，然后用钢丝束往上拉升将土挖起装入斗内。拉铲挖掘机的施工方法拉铲施工时由钢束将铲斗甩向挖土区，靠铲斗自重的动能切入土中，然后用钢束往回拉将土装入斗内。通常将土直接卸在挖土区的附近。2023/2/14东南大学交通学院1022626抓铲2023/2/14东南大学交通学院1022727

拉铲2023/2/14东南大学交通学院1022828配套机械的数量的确定通常要求汽车的装载量为挖掘机斗容量的3~4倍为宜。同时挖掘机不停地工作。汽车数量N=t1/t2(取整数）t1：汽车一个工作循环时间；t2：挖掘机装满一车土所需时间。2023/2/14东南大学交通学院1022929生产率计算单斗挖掘机的生产率主要取决于铲斗的容量、工作循环时间、被挖土的级别和时间利用系数等。生产率Q按下式计算：Q：挖掘机的生产率，m3/h2023/2/14东南大学交通学院1023030提高挖掘机生产率的措施精心设计施工组织：创造工作面，装运双放法，事先拟好运土车辆的行驶路线，减少重车路线上的上坡道。提高驾驶员的技术熟练程度；要经常检查挖掘机的技术状况，铲斗斗齿的锋利程度。2023/2/14东南大学交通学院10231312.1.6土方填筑土方填筑工程均要求达到一定的密实度，以满足不同工程对稳定、防渗和沉降的要求。水运工程中的土方填筑工程内容：主要有：码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等。2023/2/14东南大学交通学院102323机械化施工的机械组合类型1、推土机+压实机械2、铲运机+压实机械3、挖掘机+运料卡车+推土机+平地机+压实机械2023/2/14东南大学交通学院102333土方填筑的主要施工工序选择料场——WL、IP、CBR值基础处理——清除杂草、树根、软基处理、横坡度处理。填筑——自然堆填水平分层铺土、分层压实。碾压——是一道关键工序，它使填料达到要求的密实度。2023/2/14东南大学交通学院102343压实机械的种类1静力压路机：光面压路机羊角碾轮胎压路机

2振动压路机：自行式拖式

3夯实机2023/2/14东南大学交通学院1023535三轮压路机2023/2/14东南大学交通学院1023636自行式振动压路机2023/2/14东南大学交通学院1023737自行式振动压路机2023/2/14东南大学交通学院1023838羊角碾2023/2/14东南大学交通学院1023939羊角碾2023/2/14东南大学交通学院1024040凹凸压路机2023/2/14东南大学交通学院1024141轮胎压路机2023/2/14东南大学交通学院102424压实原理压实是指通过施加外力，增大某种材料的密度的方法。在不同的外力作用下，其压实原理可简化为静压、冲击和振动三种作用加以说明：静压作用冲击作用振动作用2023/2/14东南大学交通学院102434填方密实的方法1、机械力作用方法2、水力作用方法——用于砂性土3、爆炸力作用方法——用于水下基础夯实2023/2/14东南大学交通学院1024444毫秒-爆夯2023/2/14东南大学交通学院10245452023/2/14东南大学交通学院1024646机械力作用压实方法可分为：静力压路机压实夯实机夯实振动压路机压实施工方法：平整作业面，铺垫填料，碾压，检查密实度或压实度2023/2/14东南大学交通学院1024747强夯法加固地基2023/2/14东南大学交通学院1024848强夯2023/2/14东南大学交通学院102494影响填料压实的因素填料的级配，要求填料的不均匀系数应大于5填料的透水性,透水性大的填料易压实填料的含水量，填料在最佳含水量时，压实阻力最小，最易压实压实机械,不同的填料应选用不同类型的压实机械.压实功，当压实机械碾压在土体中产生的剪应力小土体承载力时，压实功越大，压实效果越好。压实机械的行驶速度、遍数和填土层厚度2023/2/14东南大学交通学院1025050击实曲线含水量w,%w00干密度，g/cm3max2023/2/14东南大学交通学院102515填料压实质量的检查方法细粒土：可采用环刀法、核子密度仪法。中粒土和粗粒土：采用灌砂法。当填料是石料时，可用碾压法。2023/2/14东南大学交通学院10252522023/2/14东南大学交通学院10253532.1.7土方工程量的计算和调运基坑的土方量计算2023/2/14东南大学交通学院1025454沟槽的土方量（1）F2L1F1F02023/2/14东南大学交通学院1025555沟槽的土方量（2）横断面法绘横断面图——尽可能与等高线垂直计算横断面面积，根据地形变化确定断面间距L计算土方量2023/2/14东南大学交通学院1025656绘横断面图A，AAA，2023/2/14东南大学交通学院1025757大面积土方填挖——方格网法1.划分方格网，一般采用20×20m或40×40m，每个方格右角的上、下分别是设计地面标高和自然地面标高，其差值为该点的填、挖高度。45.01(地面标高）44.01(设计标高）43.6143.7143.8143.4143.5143.112023/2/14东南大学交通学院10258582.零点位置计算图h1h2h3h4零界线X4X3X2X1挖填零界点零界点h2h1h3h4填挖填挖X1X2X3X4a2023/2/14东南大学交通学院1025959计算零点位置2023/2/14东南大学交通学院1026060例题1aah1h2h3h42023/2/14东南大学交通学院1026161h1aah2h3h4零线三挖一填（或三填一挖）方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例题22023/2/14东南大学交通学院1026262aah2h4零线一挖一填方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例题32023/2/14东南大学交通学院10263632023/2/14东南大学交通学院10264642023/2/14东南大学交通学院10265653.计算挖、填土方量4.编挖、填土方时汇总表方格编号挖方(m3)填方(m3)123合计……2023/2/14东南大学交通学院10266664.调配平衡土方调配平衡的目的——使土方运输的吨公里为最小。土方调配平衡的基本原则：1、挖、填方量基本达到平衡2、土方运输的吨公里尽可能为最小3、好土应用于回填质量要求较高的地区4、结合其他建筑物的施工，或开挖其土方或留土作为其回填。5、选择恰当的调配方向、运输路线、运输机具，使土方运输通畅，无对流和乱流现象。2023/2/14东南大学交通学院1026767土方调配示意图+400+410+380+450+500+390+280-200-300-390-290-290-400-250-270黄色填方区2390弃方420绿色挖方区28102023/2/14东南大学交通学院10268682.2爆破施工爆破是开挖石方的主要手段,也是一项危险性较大的工作，如处置不当极易造成巨大的危害。施工中必须严格操作规程，确保施工安全。2023/2/14东南大学交通学院1026969一、爆破的基本原理爆破—就是利用炸药爆破瞬间产生的热量和高压来破碎和抛掷岩石。药包—放置在岩石内部或表面，准备进行爆破的一定数量的炸药。药包在无限均匀的介质内部爆炸时产生的静压力和冲击波对周围介质产生的破坏和震动作用可用作用圈来描述2023/2/14东南大学交通学院1027070爆破作用圈2023/2/14东南大学交通学院1027171作用圈内岩石的受力情况压缩圈内的岩石受到极大的爆炸力而粉碎抛掷圈内的岩石受到较大的爆炸力而被压碎成小块，当存在自由的临空面时，压碎的石块会被抛掷出去。松动圈内的岩石受到的爆炸力较小，只是使岩体出现破碎、裂缝和松动现象。震动圈内的岩石只受到震动影响，无破坏现象。2023/2/14东南大学交通学院1027272最小抵抗线W在介质均匀时，爆破作用首先沿药包至临空面的最短距离发生，该距离称为最小抵抗线W。不同的W会出现不同的爆破情况。2023/2/14东南大学交通学院1027373药包埋置深度不同时的爆破情况2023/2/14东南大学交通学院1027474爆破漏斗爆破漏斗——指抛掷爆破表面形成的漏斗状的爆破坑。爆破作用指数n——用来反映爆破漏斗形状的参数。n=r/w通常可以根据n值的大小对爆破和药包进行分类。2023/2/14东南大学交通学院1027575爆破的分类n=1，称为标准抛掷爆破（药包）n>1，称为加强抛掷爆破（药包）0.75<n<1，称为减弱抛掷爆破（药包）0.33<n<0.75，称为松动爆破（药包）n<0.33，隐蔽式爆破（药包）2023/2/14东南大学交通学院1027676影响n的因素W药包的大小岩石的性质2023/2/14东南大学交通学院1027777二、药包量的计算（自学）要准确的计算某次爆破的药包炸药的用量比较困难，因为影响因素比较多，目前常用的经验公式。集中爆破的药包量计算公式：

Q=q•Vq：标准炸药爆破1m3岩石的药量。对标准抛掷爆破：所以，2023/2/14东南大学交通学院1027878

对于非标准炸药：当n>1，且W>1m时当n>1，且W>2.5m时2023/2/14东南大学交通学院1027979三、炸药和起爆材料（简）1、常见的主爆炸药黑色炸药：威力小，水中不能用。硝铵炸药：威力中，用于中等硬度以下的岩石爆破。TNT炸药：威力大，用于坚硬的岩石和水下工程爆破。胶质炸药：一般用作炸药的原料。2023/2/14东南大学交通学院10280802、起爆材料和起爆方法1）起爆材料：导火线、雷管、传爆线2）起爆方法：火花起爆法：使用要注意安全电气起爆法：使用较安全传爆线起爆法：速度快，起爆能大，成本高爆管起爆法：安全可靠，防水，可实现网络群起爆2023/2/14东南大学交通学院1028181四、爆破施工的一般工序爆破施工的一般工序有选择炮位、钻孔、装炸药、封堵、起爆、爆炸后的检查及拒爆药包的处理、运输出碴等。现将主要工序介绍如下2023/2/14东南大学交通学院1028282（一）钻孔1、冲击式钻孔法：通常用压缩空气为动力，能量消耗大，效率低，适用于在较坚固岩石中钻孔。2、回转式钻孔法：适用于相对不坚固的岩石（如砂页岩、砂岩和石灰岩等）中钻孔。3、冲击—回转式钻孔法：适用于坚固和中上等坚固岩石。2023/2/14东南大学交通学院1028383浅孔与深孔浅孔——孔深小于5m；钻孔设备主要有电钻和风钻两种钻机。深孔——孔深大于5m；钻凿采用冲击式钻机、回转式钻机和潜孔凿岩机。水上钻孔采用专用钻孔船，钻机一般用潜孔钻机2023/2/14东南大学交通学院1028484（二）基本的爆破方法1.裸露药包法：主要用于炸礁、炸孤石和大块石的二次爆破用药量：用于破碎时：0.6~1.0kg/m3用于抛掷时：1.0~2.0kg/m3药包宜放于礁石或孤石的中部有凹槽或裂缝处礁石孤石药包药包草皮石块绳索水面

裸露药包2023/2/14东南大学交通学院10286孤石药包草皮抛掷方向水面

裸露药包2023/2/14东南大学交通学院10287872.浅孔爆破法该法炮孔直径25~50mm、孔深0.5~5.0m用途：开挖基槽、沟槽、开创临空面等1）炮眼布置：应有较大的临空面；W<炮眼长度，且方向不与炮眼轴线重合；炮眼轴线垂直于岩石分层面和裂缝；2023/2/14东南大学交通学院1028888炮眼布置WWWW2023/2/14东南大学交通学院1028989主要参数的确定（简）

1）炮孔深度L坚硬岩石：L=（1.1~1.5)H中硬岩石：L=H松软岩石：L=(0.85~0.95)H

WHL1Lbaaa2023/2/14东南大学交通学院1029090主要参数的确定2）最小抵抗线W=(0.6~0.8)H3）炮孔间距：火花起爆：a=(1.4~2.0)w

电力起爆：a=(0.8~2.0)w

排距：b=(0.8~1.2)w4）装药量Q

坚硬岩石：L1=（0.5~0.67)L

中硬岩石：L1=（0.35~0.50)L

松软岩石：L1≈0.35L2023/2/14东南大学交通学院10291915）装药与堵孔装药：先用压缩空气清孔、干燥，然后装药。对散装药，每次装药后用木棍轻轻压紧，起爆药包装在孔内药包长的1/3~1/2处。堵孔：用一份粘土，二份砂的混合物堵，并用木棍轻轻捣实。2023/2/14东南大学交通学院10292923.深孔爆破法（简）深孔爆破法的炮孔