土木工程施工 课件 第一章 土方工程

土木工程施工ConstructionTechnologyofCivilEngineering土木工程施工施工技术施工组织（项目管理）概述土木工程施工技术——

是一门研究土木工程施工中各主要工种工程的工艺原理、技术方案和施工方法的学科。一、课程内容(房屋施工的全过程)1、土方工程2、地基工程和桩基工程

3、砌体工程4、混凝土工程

5、预应力混凝土工程

6、结构安装工程

8、防水工程9、装饰工程

11、施工组织概论12、流水施工原理

13、网络计划技术14、施工组织总设计

15、单位工程施工组织设计二、课程教学概述课程前半部分主要讲施工技术，后半部分主要讲施工组织（项目管理），施工技术是施工组织设计的基础，因此要认真学习。三、课程基本要求

1、了解建筑工程施工中各主要工种工程施工工艺，掌握施工方案拟定的基本方法。

2、具有分析处理施工技术问题的初步能力。3、对现行施工验收规范、规程和质量标准有所了解。4、能独立完成单位工程施工组织设计。四、课程特点综合性、工艺性、实践性、操作性较强五、学习方法注意：理论联系实际和知识的综合运用。掌握三个基本点：基本概念、基本原理、基本计算六、课程在建筑工程中的地位勘测→设计→施工→验收七、考核方式平时成绩（20%）+考试成绩（80%）=成绩平时成绩：共20分，不加分，只扣分！旷课：5分/次，迟到：1分/次，早退：3分/次，不交作业：3分/次。考试成绩：考试卷面100分，考试时间120分钟，闭卷。第一章土方工程

第一节土方规划一、土方工程的内容及施工要求1、内容（1）场地平整；（2）开挖沟槽、基坑、隧道等；（3）土方回填与压实2、特点（1）工程量大面广，劳动强度高；（2）施工条件复杂；受气候、工程/水文地质影响大。（3）施工现场环境

①人、机、料集中

②交通、安全、文明、环保要求3、组织施工的要求（1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工；（2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工；（3）在施工前要做好调查研究，拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，加快施工进度。二、土的工程分类及性质根据土方开挖的难易程度，将土分为八类及16个级别。一～四类为土;五～八类为石。土的类别土的级别土的名称开挖方法及工具

一类土（松软土）Ⅰ砂；亚砂土；冲积砂土层；种植土；泥炭（淤泥）用锹、锄头挖掘

二类土（普通土）Ⅱ亚黏土；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）Ⅲ软及中等密实的黏土、重亚黏土、干黄土及含有碎石、卵石的黄土、亚黏土；压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用锲子及大锤

四类土（砂砾坚土）Ⅳ重黏土及含有碎石、卵石的黏土；粗卵石；密实的黄土；天然级配的砂石；软泥炭碳岩及蛋白石先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用锲子及大锤

五类土（软石）Ⅴ-Ⅵ硬石炭纪黏土；中等密实的页岩、泥岩；白垩土；胶结不紧的砾岩；软的石灰岩用镐或撬棍、大锤挖掘，部分用爆破方法

六类土（次坚石）Ⅶ-IX泥炭岩；砂岩；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，部分用镐

七类土（坚石）X-XIII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

八类土（特坚石）XIV-XVI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

土的工程分类2、土的工程性质（1）土的密度①天然密度:土在天然状态下单位体积的质量。②干密度:单位体积土中固体颗粒的质量。（2）土的含水量土中所含水分质量与土颗粒质量的比值。干土:ω<5%潮湿土:5%≤ω≤30%湿土:ω>30%（3）土的渗透性土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性。土的渗透性是土的水力学主要性质之一。达西(H.Darcy)定律:V=K·

————=K·I

h1-h2Lh2LvABh1（4）土的可松性自然状态下的土,经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复成原来的体积.土的这种性质称为可松性.

土的可松性大小用可松性系数表示:312VVVV1<V3<V21<KS′<KS问：这些参数的大小关系是？（4）土的可松性自然状态下的土,经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复成原来的体积.土的这种性质称为可松性.

土的可松性大小用可松性系数表示:312VVVV1<V3<V21<KS′<KS问：这些参数的大小关系是？特别注意：（1）计算土方量：用天然密实土的体积V1（2）土方运输：用松土的体积V2，考虑KS（3）土方回填：用压实土的体积V3考虑KS′练习题：某场地平整有4000m3的填方量，填土为密实砂黏土，Ks=1.2,Ks’=1.05,试计算：（1）填土的挖方量；（2）已知运输工具的斗容量为2m3，需运多少车？三、土方边坡令:m=m—边坡系数1:m=H:B=1:m——边坡坡度B

HH

BBH坡宽坡角坡肩坡顶坡底坡高边坡各部位名称BH坡宽坡角坡肩坡顶坡底坡高边坡各部位名称1、边坡形式常用挖方边坡值，见P3，表1.5和表1.6。四、土方量计算的基本方法

方法有很多，常用的有平均高度法和平均断面法两种。1、平均高度法（1）四方棱柱体法（2）三角棱柱体法2、平均断面法（1）近似计算（2）较为精确计算采用平均断面法计算时，若断面不规则，断面面积可用累高法计算。3、土方计算时应注意以下两点：（1）由于土方量基本计算方法中，计算公式不同，计算结果亦有所不同，误差相差较大（P6，例子），所以在地势平坦地区可将方格尺寸划分得大一些，采用四方棱柱体法计算即可。在地势起伏较大的地区，则应将方格尺寸划分得小一些，宜采用三角棱柱体法计算土方量。（2）当用平均断面法计算基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整的土方量时，两断面之间距离与地形有关，地形平坦，距离可大一些；地形起伏较大时，则一定要沿地形每一起伏的转折点处取一横断面，否则会影响土方量计算的准确性。五、场地平整施工

场地平整：就是将天然地面改造成我们所需要的设计平面。它包括：确定场地设计标高、计算土方量、土方调配等内容。1、场地设计标高H0的确定考虑因素：（1）生产工艺与运输；（2）充分利用地形；（3）使挖填平衡，土方量最少；（4）要有一定的泄水坡度(≥2‰)；（5）要考虑最高洪水位的影响。方法采用“方格网法”(1)、将场地划分为边长为a的方格

(一般取a=20m)。(2)、测定各角点的地面标高。(3)、计算设计标高H0。场地设计标高H0计算示意图

(a)方格网划分；(b)场地设计标高示意图

1一等高线；2一自然地面，3一场地设计标高平面(a)(b)根据挖、填方平衡，则：

式中：H1——1个方格仅有的角点标高；

H2——2个方格共有的角点标高；

H3——3个方格共有的角点标高；

H4——4个方格共有的角点标高；2、H0

的调整(1)土的可松性影响考虑土的可松性调整设计标高计算示意图(a)(b)调整后设计标高：

H0´=H0+△h调整前：VW

=

VT调整后：V´T=K´S·V´W由于:V´W=VW

K´S–FW×∆h

V´T=VT+FT×∆h得:式中:VW,VT——按理论标高计算出的总挖方,总填方体积;FW,FT——按理论标高计算出的挖方区,填方区的总面积;(2)考虑泄水坡度的调整泄水坡度i=≥2‰hL(1)单向泄水:

Hn=H0´±i·L如:H10=H0´-i·0.5a(2)双向泄水:

Hn=H0´±ix·Lx±iy·Ly如:H10=H0´-ix·0.5a-iy·0.5aaaaaaaH0H0H0H10H1011ii(a)aaaaaayyH0H10H1011ixi(b)iy22H0iyH10xx场地泄水坡度示意图(a)单向泄水;(b)双向泄水3、场地土方量计算(1)计算各个角点施工高度hn:hn=Hn-Hn’=设计标高-地面标高hn为角点的挖、填方高度—“+”为填方高度“-”为挖方高度角点编号地面标高施工高度设计标高见P9，图1.14(2)绘出“零线”：零线——即挖、填方区的分界线零点位置:

X=

(3)计算场地挖、填土方量零线求出后，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可采用平均高度法求出土方量。ah1h1+h2ACODBh2xa零点位置计算六、土方调配

土方调配是土方规划中的一个重要内容，其工作主要包括：划分调配区；计算土方调配区之间的平均运距；确定土方最优调配方案；绘制土方调配图表。（1）土方调配区的划分原则：应力求挖填平衡、运距最短、费用最省；考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。（2）平均运距平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。（3）最优调配方案的确定最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。①用“最小元素法”编制初始调配方案挖填B1B2B3挖方量A1500

50

×

70×

100500A2×

70

500

40

×

90

500A3300

60

100

110

100

70

500A4×

80×

100

400

40400填方量800600500

1900②最优方案的判别法利用“最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质相同，都是用检验数λij来判别。只要所有的检验数λij≥0，则该方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。下面介绍用“位势法”求检验数：（1）求位势Ui和Vj

位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）Cij同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数λij为零，而对调配方案的选取没有影响。

计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i＝1，2，…，m)和Vj(j＝1，2，…·，n)。

Cij＝Ui＋Vj

式中Cij——平均运距(或单位土方运价或施工费用)；

Ui，Vj——位势数。例如，本例两组位势数计算：设U1＝0，则V1＝C11－U1＝50－0＝50；

U3＝C31－V1＝60－50＝10；V2＝110－10＝100；见下表所示:挖填位势数B1B2B3位势数UiVjA150050

A2

500

40

A330060

100

110100

70

A440040U1=0U2=-60U3=10U4=-20V1=50V2=100V3=60（2）求检验数λij

λij＝Cij－Ui－Vj

λ12＝70－0－100＝－30

λ13＝100－0－60＝40

λ21＝70－(－60)－50＝80

λ23＝90－(－60)－60＝90λ41＝80－(－20)－50＝50λ42＝100－(－20)－100＝20挖填

B1B2B3

UiVjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070

090

A3U3=10000A4U4=-2080100

0位势数位势数5060110404070检验数表+80-30+40+90+50+20③方案的调整（1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的变量X12作为调整的对象。（2）找出X12的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做90°转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路。(见P13，表1.11)

（3）从空格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的土方量(本表即为500、100中选100)，将它调到空格中(即由X32调到X12中)。（4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。见下表中括号内数字。填方量

填挖B1B2B3挖方量A1

500A2

500A3

500A4

400800600500

1900400500500300100100(400)

(0)(100)(400)再求位势及空格的检验数

若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij≥0而得到最优解。+40+50+60+50+50U1=0V1=50V2=70U2=－30U3=10V3=60U4=－20位势数位势数挖填

B1B2B3UiVjA1A2

A3A4

506011040407080100707010090+300

00000求出最优方案的总运输量：400×50＋100×70＋500×40＋400×60＋100×70＋400×40＝94000m3·m。④绘制土方调配图土方调配图箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）

第二节土方工程施工要点土方工程施工的要点，主要应解决土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实等四个问题。一、土壁稳定土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡的。一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全问题，同时亦会影响施工，有时还会危及附近的建筑物。(一)土壁塌方的原因：（重点）1、边坡过陡；2、雨水、地下水渗入基坑，使土体泡软、重量增大及抗剪能力降低，这是造成塌方的主要原因。3、基坑上边边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体中的抗剪应力超过土体的抗剪强度。4、土方开挖顺序、方法未遵守“从上往下，分层开挖；开槽支撑，先撑后挖”的原则。(二)防治塌方的措施：（重点）1、放足边坡。边坡的留设应符合规范的要求。2、设置支撑。为了缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。一般沟槽支撑方法、一般基坑支撑方法和深基坑的支护方法见教材P14-15，表1.13、1.14和1.15。二、施工排水开挖基坑时，流入坑内的地下水和地面水如不及时排除，不但会使施工条件恶化，造成土壁塌方，还会影响地基的承载力。因此，在土方施工中，做好施工排水工作，保持土体干燥是十分重要的。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。

人工降低地下水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵井点等，可统称为井点降水法。1、轻型井点适用于土壤的渗透系数K=0.1～50m/d的土层中，降水深度为：单级轻型井点3～6m，多级轻型井点6～12m。图1.18轻型井点法降低地下水位全貌图1－井管；2－滤管；3－总管；4－弯联管；5－水泵房

6－原有地下水位线；7－降低后地下水位线2、喷射井点当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，可采用喷射井点降水。其降水深度可达8～20m，可用于渗透系数为0.1～50m／d的砂土、淤泥质土层。3、电渗井点电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成，主要用于渗透系数小于0.1m／d的土层。4、管井井点管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20～200m／d)的土层中，宜采用管井井点。当要求井内降水深度超过15m时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位30～40m，有的甚至可达百米以上。三、流砂的防治（一）流砂现象及其危害粒径很小、无塑性的土壤，在动水压力推动下，极易失去稳定，而随地下水一起流动涌入坑内，这种现象称流砂现象。危害：

a、发生流砂现象后，土完全失去承载力，工人难以立足，施工条件恶化；

b、土边挖边冒，难以达到设计深度；

c、引起塌方，使附近建筑物下沉、倾斜，甚至倒塌；d、拖延工期，增加施工费用。（二）产生流砂的原因内因：土壤的性质，当土的孔隙度大，含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。外因：地下水及其产生动水压力的大小。

动水压力是流砂发生的重要条件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力。GDGD21

动力压力原理图(a)水在土中渗流的力学现象;(b)动力压力对地基土的影响

1、2-土颗粒bρwh2Fh1h2ρwh1FbaaTLFL

当动水压力等于或大于土的浸水密度时，土颗粒处于悬浮状态，并随地下水一起流入基坑，即发生流砂现象。（三）防治流砂的方法1.途径:(1)减小或平衡动水压力。

(2)改变动水压力的方向。

(3)截断地下水流。2.方法:（1）枯水期施工；（2）打板桩法；（3）水中挖土法；（4）人工降低地下水位法；（5）地下连续墙法；（6）抛大石块，抢速度施工。四、填土压实1、土料的选择：首先应采用原土回填。2、填筑方法：分层填土、分层压实。3、压实方法：

碾压法平碾(压路机)羊足碾夯实法振动打夯机蛙式打夯机振动压实法

蛙式打夯机1-夯头;2-夯架;3-三角带;4-底盘4、填土压实的质量检验

实际干密度

ρ0=ρ1+0.01ω式中:ρ——土的天然密度;