土方工程教学课件市公开课一等奖百校联赛特等奖课件

第一章土方工程1.1土方规划1.2土方工程施工辅助工程1.3土方工程机械化施工第1页1.1土方规划1.1.1土方工程内容及施工要求1.1.2土工程分类及性质1.1.3土方边坡1.1.4土方计算基本方法1.1.5场地平整土方量计算1.1.6土方调配第2页1.1.1土方工程内容及施工要求1.土方工程内容2.土方工程特点3.土方工程施工要求4.资料5.土方工程施工方案选择第3页（1）场地平整：（三通一平）设计标高确实定；土方量计算；合理地进行土方调配。（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝：包含施工排水、降水，土壁边坡和支护结构。（3）土方回填与压实：包含土料选择、压实方法和密实度检验。1.土方工程内容第4页2.特点

工程量大，劳动繁重，施工条件复杂。土方工程施工受气候、水文、地质、地下障碍物等原因影响大，不确定原因多，施工条件复杂。第5页3.施工要求

标高、断面准确，土体有足够强度和稳定性，工程量小，工期短，费用省。第6页

建设单位应向施工单位提供场地实测地形图；原有地下管道、电缆和地下构筑物完工图；土石方施工图；以及工程地质、水文、气象等技术资料；方便编制施工组织设计（或施工方案），并应提供平面控制桩和水准点，作为工程测量和验收依据。4.资料第7页5.施工方案（1）依据工程条件，选择适宜施工方案和效率高，费用低机械。（2）合理调配土石方，使工程量最小。（3）合理组织机械施工，确保机械发挥最大使用效率。（4）安排好道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备和辅助工作。第8页（5）合理安排施工计划，尽可能防止雨季施工。（6）确保工程质量，对施工中可能碰到问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析，并提出处理办法。（7）有确保施工安全办法。第9页1.1.2.1土工程分类1.1.2.2土工程性质1.1.2土工程分类及性质第10页

在土木工程施工和建筑安装工程劳动定额中，按土开挖难易程度分为八类：

1.1.2.1土工程分类第11页1、密度天然密度：土在天然状态下质量。干密度：单位体积土中固体颗粒质量。2、含水量土中所含水与土固体颗粒间重量比。1.1.2.2土工程性质式中：G1－含水状态时土质量；G2－土烘干后质量第12页3、渗透性

达西定理V=KI

I=H/LK为土渗透系数（m/d)2、可松性最初可松性系数最终可松性系数第13页边坡是降低土方量和确保边坡稳定有效办法。1、边坡表示方法：2、边坡形式

1.1.3土方边坡第14页（1）土质（2）开挖深度（3）开挖方法（4）开挖后留置时间（5）坡顶排水及荷载情况

3、影响边坡稳定原因第15页1.1.4土方量计算基本方法1.1.4.1平均高度法1、四方棱柱体法2、三角棱柱体法1.1.4.2平均断面法1、近似计算2、准确计算3、累高法第16页四方棱柱体法：是将施工区域划分为若干边长为a方格网，然后分别计算每个四方棱柱体体积。方格全挖全填时：1、四方棱柱体法第17页方格有挖有填时：第18页三角棱柱体法：是将每个方格顺地形等高线，沿对角线划分为两个三角形，然后分别计算每个三角棱柱体体积。方格全挖全填时2、三角棱柱体法第19页方格有挖有填时：2、三角棱柱体法第20页适合用于：基坑、基槽、管沟、路堤；1、近似计算

2、准确计算

3、累高法1.1.4.2平均断面法第21页1.1.5场地平整土方量计算1.1.5.1场地设计标高H0确实定1.1.5.2

场地设计标高调整1.1.5.3场地土方量计算1.1.5.4场地边坡土方量计算第22页

场地设计标高是场地平整和土方量计算依据，也是总图规划和竖向设计依据（普通设计文件已要求）。合理地确定场地设计标高，有利于减小土方量，加紧工程进度。1.1.5.1场地设计标高H0确定第23页1）应满足生产工艺和运输要求。2）充分利用地形，分区或分台节布置，分别确定不一样设计标高。3）使挖填平衡，土方量最少。4）要有一定泄水坡度（≥2‰），满足排水要求。5）要考虑最高洪水位影响。1.H0确定标准：

第24页1）在地形图上将施工区域划分为边长a为10~50m方格网。2.H0确定步骤：第25页2）确定各方格角点高程A、水准仪实测B、插入法第26页式中：H0——所计算场地设计标高（m）a——方格边长10~40（m）N——方格数

H11、H12、H21、H22——任一方格四个角点标高（m）3）按挖填平衡确定场地设计标高H0。第27页

式中：H1—一个方格仅有角点标高（m）H2—二个方格共有角点标高（m）H3—三个方格共有角点标高（m）H4—四个方格共有角点标高（m）第28页（1）土可松性影响（2）场地内挖填方或借弃土影响（3）场地泄水坡度影响1.1.5.2场地设计标高调整第29页（1）求出方格角点施工高度hn

Hn、H—分别为角点设计标高和自然标高（2）绘出“零线”

先求出方格网中两端角点施工高度有“+”“-”边线“零点”，连接“零点”即为“零线”。（3）用平均高度法计算场地挖、填土方量1.1.5.3场地土方量计算第30页（1）标出场地四个角点A、B、C、D挖、填高度和“零线”位置（2）确定挖、填边坡坡率m1、m2。（3）算出四个角点放坡宽度（4）绘出边坡图。（5）计算边坡土方量正方锥体，三角锥体平均断端面1.1.5.4场地边坡土方量计算第31页土方调配：确定挖填方区土方调配方向和数量，使土方运输量(m3-m)或土方施工成本(元)最小。土方调配标准：

（经济）（挖填平衡、运距最短、费用最省；便于改土造田，支援农业，有利于水土保持；考虑土方利用，降低重复挖填和运输。1.1.6土方调配第32页1.1.6.1调配区划分1.1.6.2调配区之间平均运距1.1.6.3最优调配方案确实定

1.1.6土方调配第33页(1)调配区划分应与房屋或构筑物平面位置相协调，满足工程施工次序和分期施工要求。近期施工和后期施工相结合；(2)调配区大小应满足土方施工主导机械技术要求，使其功效得到充分发挥；

1.1.6.1调配区划分第34页（3）调配区范围应该和土方工程量计算用方格网协调，通常可由若干个方格组成；（4）从经济效益出发，考虑就近借土或弃土。借土区或弃土区可作为一个独立调配区；（5）调配区划分尽可能与大型地下建筑物施工相结合，防止土方重复开挖。第35页平均运距：即挖方区土方重心至填方区土方重心距离；重心位置:为简化计算，可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。重心求出后，标于对应调配区图上，求出每对调配区平均运距。（比列尺量出或两点距离公式算出）1.1.6.2调配区之间平均运距第36页Cij=ΣEs/P+E0/V式中：Cij——由挖方区i到填方区j土方施工单价(元/m3)；

Es

——参加综合施工过程各土方施工机械台班费用（元/台班）

P

——由挖方区i到填方区j综合施工过程生产率（m3/台班）E0

——参加综合施工过程全部机械一次性费用（元）V

——该套机械在施工期内应完成土方量(m3)；土方施工单价第37页最优调配方案：是以线形规划理论为基础，惯用“表上作业法”求解。“表上作业法”进行调配步骤：（1）用“最小元素法”编制初始调配方案（2）最优方案判别（3）方案调整（4）土方调配图

1.1.6.3最优调配方案确定第38页表—1最小元素法第39页表—2最小元素法第40页表—3最小元素法第41页表—4求位势数第42页表—5求位势数第43页表—6检验第44页表—7调整路线第45页表—8调整第46页表—9求位势数第47页表—10求位势数第48页表—11检验第49页将最优方案绘成土方调配图，图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距；

（4）土方调配图第50页小结1.1土方规划1.1.1土方工程内容及施工要求1.1.2土工程分类及性质1.1.3土方边坡1.1.4土方计算基本方法1.1.5场地平整土方量计算1.1.6土方调配第51页第52页1.2.1土壁稳定1.2.2施工排水、降水1.2.3流砂防治1.2.4填土压实1.2土方工程施工辅助工程第53页1.2.1.1土壁塌方原因1.2.1.2防治塌方办法1.2.1土壁稳定第54页1.边坡过陡，土体稳定性不够。2.雨水、地下水渗透基坑，使土体泡软、重量增大及抗剪能力降地低，这是造成塌方主要原因。3.基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或因为动荷载作用，使土体中剪应力超出土体抗剪强度。1.2.1.1土壁塌方原因第55页A

弹性，塑性及弹塑性理论确定土体应力状态；B

假定土体沿着一定滑动面滑动而进行极限平衡分析；分析边坡稳定方法第56页1.放足边坡（削坡开级）边坡留设应符合规范要求，其坡度大小，应依据土壤性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期长短等原因确定。2.设置支撑（1）普通沟槽支撑方法（2）普通基坑支撑方法（3）深基坑支撑方法1.2.1.2防治塌方办法第57页A水平挡土板式：断续式

湿度小粘性土H<3m连续式

涣散、湿度大H<5mB垂直挡土板式涣散、湿度大H不限（1）普通沟槽支撑方法(横撑式支撑)第58页（2）普通基坑支撑方法斜柱支撑锚拉支撑暂时挡土墙支撑短柱横隔支撑第59页（3）深基坑支撑方法型钢桩横挡板支撑钢板桩支撑钢板桩与钢构架结合支撑第60页槽钢抗弯能力较弱，不挡水，H<4m,顶部设一道拉锚或支撑。热扎锁口钢板桩（U型拉森板桩）

软土地基打设方便，有一定挡水能力，施工快速。第61页挡土灌注桩支撑挡土灌注桩与土层锚杆结合支撑地下连续墙支护地下连续墙与土层锚杆结合支护第62页土层锚杆支护第63页喷锚网支护法土层锚杆结构第64页

高层建筑深基坑支护结构中，采取大直径灌注护坡桩占72%，其中70%为刚性悬臂桩；22%为护坡桩或地下连续墙、钢板桩墙加锚杆或内支撑。大直径灌注护坡桩惯用直径600~1000mm，配筋计算确定，做成排桩挡墙。钢度大，抗弯能力强，变形小，经济效益好。大直径灌注护坡桩第65页拱圈挡土结构第66页深层搅拌水泥土桩挡墙

第67页施工排水包含明排水法和人工降低地下水位。明排水法：采取截、疏、抽方法。截：截住水流。即支撑、集水井设置于地下水走向上游。疏：疏干积水。沟、井抽：离心泵，潜水泵1.2.2施工排水第68页井点降水：在基坑开挖前，预先在基坑四面埋设一定数量滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到基坑底以下，直至施工结束为止。人工降低地下水位第69页（1）可使土保持干燥状态，改进施工条件。（2）使动水压力方向向下，预防流砂发生，并增加土中有效应力，提升强度和密实度；（3）可适当改陡边坡，减小挖土方量，或减小支撑受力，提升经济效益。（4）基坑附近土壤会有一定沉降。人工降低地下水位作用第70页第71页1.2.2.1轻型井点轻型井点降水：就是沿基坑四面将许多直径较小井点管埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，经过总管利用抽水设备（真空泵和离心泵）将地下水从井点管内不停抽出，使原有地下水降低至基坑以下。适用范围：适合用于土壤渗透系数K=0.1~50m/d土层中；降水深度：单级轻型井点3~6m，多级轻型井点6~12m。第72页1.轻型井点设备井点管（下段为滤管），集水总管，弯联管和抽水设备。井点管:为D=38~55mm钢管，L=6~9m，下端为滤管和一个锥形铸铁塞头。集水总管：普通用D=75~100mm钢管分节连接，每节长4m，其上装有与井点管联接短接头，@0.8~1.6m。弯联管为900弯头或塑料管。抽水设备：有真空泵、射流泵和隔膜泵井点设备。第73页滤管长1.0~1.5m，管壁上钻有Ø12~18mm成梅花形排列滤孔；管壁外包两层滤网，内层为30~50孔/cm2黄铜丝或尼龙丝布细滤网，外层为3~10孔/cm2粗滤网或棕皮，为了防止滤孔淤塞，在管壁与滤网间用塑料管或梯形铅丝绕成螺旋状隔开，滤网外再绕一层粗铁丝保护网。第74页2.轻型井点布置（1）平面布置A单排线状井点布置沟槽宽度≤6m，水位降低≤5m，布置在地下水位上游一侧，两端适当延长。B双排线状井点布置沟槽宽度≥6m或土质不良。C环状井点布置(U形）面积较大基坑，井点在角点加密，距基坑壁普通≥1.0m第75页第76页（2）高程布置井管埋设深度H<6m-0.2m(不包含滤管)H≥H1+h+iL式中：H1—井管埋设面至基坑底距离(m)h—降低后地下水位至基坑中心底面距离≥0.5mi—水力坡度，环状井点为1/10，单排井点为1/4。L—井管至基坑中心水平距离(m)。第77页（3）轻型井点计算水井分类地下水分类第78页（3）轻型井点计算①井点系统涌水量计算A无压完整井环状井点系统涌水量计算B无压非完整井环状井点系统C承压完整井环状井点系统②确定井管数量及井距③

轻型井点安装与使用第79页

式中：Q—井点系统涌水量(m3/d)K—土壤渗透系数(m/d)H—含水层厚度(m)R—抽水影响半径(m)S—降水深度(m)x0—环状井点系统假想圆半径(m)A无压完整井环状井点系统涌水量计算第80页x0—环状井点系统假想圆半径(m)R—抽水影响半径(m)

第81页

H0—为有效含水层深度，H0≤H

有效深度H0值

S`/(S`+L)0.20.30.50.8H01.2(S`+L)1.5(S`+L)1.7(S`+L)1.85(S`+L)表1.16B无压非完整井环状井点系统第82页式中M－承压含水层厚度（m)。

C承压完整井环状井点系统第83页②确定井管数量及井距单根井管抽水能力：式中d—滤管直径（m）l—滤管长度（m）K—土壤渗透系数(m/d)井点管理论数量：井点管理论间距为：

D=L/n式中L—总管长度（m）第84页③轻型井点安装与使用先放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，然后安装抽水设备。步骤：A井点管埋设：水冲法、钻孔法、振动水冲法。B粗砂填灌，形成砂滤层。C粘土封口，预防漏气。D试抽水，检验是否漏水、漏气。E连续抽水，清水长流。F经常检验，堵塞严重时，逐根冲洗或拔出重埋。第85页作用:深层降水8~20m;设备：喷射井管高压水泵及进水、排水管路工作原理：喷射井管由内管和外管组成，在内管下端装有喷射扬水器与滤管相连，当高压水经内外管之间环形空间由喷嘴喷出时，地下水即被吸入而压出地面。1.2.2.2喷射井点第86页1.2.2.3电渗井点作用：利用电渗现象使软土地基易于排水,用于K<0.1m/d土层。原理：以井点管作负极，以打入钢筋或钢管作正极，当通以直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒移动称电泳现象，水移动称电渗现象，故名电渗井点。

第87页就是沿基坑每隔20~50m设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不停抽水来降低地下水位。适用K＝20~200m/d，地下水量大土层中。1.2.2.4管井井点当降水深度较大，在管井井点内采取普通离心泵或潜水泵不能满足要求时，可采取特制深井泵，其降水深度大于15m，故又称深井泵法。第88页原因：水流带走部分细微土粒，土层含水量降低，土产生固结。办法：1、采取回灌井点技术2、利用砂沟、砂井回灌3、使降水速度减缓4、预防将土粒带出1.2.2.5井点降水预防周围地面沉降办法第89页1.2.3.1流砂现象及其危害

1、流砂现象：粒径很小、无塑性土壤，在动水压力推进下，极易失去稳定，而随地下水流动现象。2、流砂危害：土完全丧失承载能力，土边挖边冒，且施工条件恶化，难以到达设计深度，严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、坍毁。1.2.3流砂防治第90页动水压力：GD=rwI

式中：GD—动水压力(KN/m3)rw—水容重I—水力坡度（I=H/L）流砂产生原因：（外因）

GD≥rw’土粒失去自重，处于悬浮状态，土抗剪强度为零，土颗粒能伴随渗流水一起流动。1.2.3.2产生流砂原因第91页易产生流砂土质（内因）（1）土颗粒组成中，粘粒含量<10%，粉粒（0.005~0.05）含量>75%；（2）颗粒级配中，土不均匀系数<5；（3）土天然空隙比>0.75；（4）土天然含水量>30%；第92页管涌冒砂现象：基坑底位于不透水层，不透水层下为承压蓄水层，基坑底不透水层重量小于承压水顶托力时，基坑底部可能发生管涌冒砂现象。即：Hrw>hr式中：H—水头压力（m）h—坑底不透水层厚度(m)rw—水容重(KN/m3）r—土容重(KN/m3）第93页预防流砂总标准：治砂必治水路径：1、减小、平衡动水压力。2、截住地下水流。（消除动水压力）3、改变动水压力方向；1.2.3.3预防流砂方法第94页预防流砂详细办法：（1）枯水期施工（2）打板桩（3）水下挖土（4）人工降低地下水位（5）地下连续墙（6）抢挖法（抛大石、抢速度施工）（7）冻结法第95页1.2.4.1土料选取与处理1.2.4.2填土方法1.2.4.3压实方法1.2.4.4影响填土压实原因1.2.4.5填土压实质量检验1.2.4填土压实第96页1.2.4.1土料选取与处理土：是由矿物颗粒、水、气组成三相体系，含有弹性、塑性和粘滞性；特点：分散性较大，颗粒间无坚强联接，水轻易入侵，易变形。为确保土强度和稳定性，须正确选择土料和填筑方法；土料要求：土料处理：第97页1.2.4.2填土方法人工填土或机械填土1）应靠近水平地分层填土、压实。2）同类土填筑，不然，透水性大在下，透水性小在上，禁止混填。3）填方地面倾斜，改斜坡为阶梯，防土体滑动。4）去除积水和杂物，如遇软土淤泥，须换土回填。第98页1.2.4.3压实方法碾压：大面积填土平碾：（压路机）羊足碾：粘性土汽胎碾：运土工具碾压：扎实：小面积填土，粘性和非粘性土，压实厚度较深。机械：夯锤，内燃夯土机，蛙式打夯机。振动压实：非粘性土振动碾压：效率高。第99页1.2.4.4影响填土压实原因1、压实功2、含水量3、铺土厚度第100页1.1.4.5填土压实质量检验检验方法：环刀法取样测定土实际干密度。实际干密度：控制干密度：压实系数：ρdmax试验室实测或计算确定第101页最大干密度：式中

:η—经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取0.96，粉土取0.97。ρw—水密度（t/m3）ds—土相对密度。wcp—最正确含水量（%），可按当地经验或取wp+2。WP—土塑限。第102页1.3.1推土机施工1.3.2铲运机施工1.3.3挖土机施工1.3.4土方工程综合机械化施工1.3土方工程机械化施工第103页1.3.1推土机装有铲刀（推土板）拖拉机。（1）类型行走方式：轮胎式履带式铲刀操作机构：索式液压式车架结构：铰接式整体式（2）特点结构简单；操作灵活；运转方便；工作面小；功率大；行驶快；易转移；能爬300缓坡。第104页3）用途场地清理和平整；开挖深度<1.5米基坑；填平沟坑；推筑H<1.5米路基、堤坝；平整其它机械卸置土堆；另外，在推土机后面可安装松土装置，破松硬土和冻土，也可拖挂羊足碾进行土方压实工作；推土机能够推挖一~三类土，推运距离宜在100米内，40~60米效率最高第105页4）生产率推土机生产率：主要决定于推土板推移土壤体积和切土、推土、回程等工作循环时间。提升生产率方法：下坡推土法<150；并列推土法；分批集中，一次推送法；槽形推土法；铲刀两侧加挡土板；第106页1.3.2铲运机由牵引机械和土斗组成，能完成挖土、运土、卸土和平土机械。（1）类型行走方式：拖式自行式土斗操作机构：索式液压式（2）特点能综合完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等全部土方施工工序；道路要求低；操作灵活；运转方便；生产率高；第107页3）用途大面积场地平整；开挖大型基坑，沟槽以及填筑路基，堤坝等工程；最宜于铲运含水量<27%松土和普通土