土木专业土方工程施工技术教学课件(PPT).ppt

土木工程施工,土木工程学院 刘艳军13705159109,（建筑工程方向）,前 言,土木工程施工是土木专业（房建方向）的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工程施工的局部规律和全局性规律。是同学们步入工作岗位后要学以致用、安身立命的主要课程之一。无论同学们毕业后在土木建筑领域从事何种职业和岗位，学好本课程的专业知识都将使你受用终生。,本课程的诸多专业术语、概念和知识点常常是求职面试时主考官信手拈来的试题，本课程是你求职的敲门砖！,本课程的施工程序、工艺流程、操作要点、质量要求等内容直接与规范的强制性条文接轨，这些知识将使你在职场受用一生！,1.建筑施工概念建筑施工是指通过有效的组织方法和技术途径，按照工程设计图纸和说明书的要求建成供使用的建筑物的过程。施工技术：以各工种工程施工的技术为研究 对象，以施工方案为核心 建筑施工 施工组织：以建筑物的施工组织设计为研究 对象，以资源的高效利用为核心,0.1 建筑施工技术课程的研究对象、任务和学习方法,2.建筑施工课程的任务了解建筑施工领域国内外的新技术和发展动态，掌握工种工程和单个建筑物施工方案的选择和施工组织设计的编制，具有解决一般建筑工程施工技术和组织计划问题的初步能力，为今后不论从事科学研究工作、结构设计工作还是从事具体的施工技术管理工作，均打下良好的基础。3.学习方法（1）理论联系实际，加强实践环节（参观、实习、课程设计等)。（2）应注意与基础课、专业基础课及相关的专业课知识的衔接与贯通，更好地理解与掌握本课程内容。（3）尽量阅读参考书籍、科技文献、专业杂志，吸取新知识、了解发展动态、扩大视野。,1.我国古代施工技术2.建国到改革开放以前3.改革开放以后,0.2 我国建筑施工技术发展概况,建筑工程在施工中按质量验收要求划分为单位（子单位）工程、分部（子分部）工程、分项工程和检验批。1.单位工程划分原则（1）具备独立施工条件并能形成独立使用功能的建筑物及构筑物为一个单位工程。（2）建筑规模较大的单位工程，可将其能形成独立使用功能的部分为一个子单位工程。,0.3 建筑工程分类,2.分部工程划分原则（1）分部工程的划分应按专业性质、建筑部位确定。（2）当分部工程较大或较复杂时，可按材料种类、施工特点、施工程序、专业系统及类别等划分为若干子分部工程。（3）单位工程包含的分部工程（九个）地基与基础工程；主体结构工程；建筑装饰装修工程；建筑屋面工程；建筑给水、排水及采暖工程；建筑电气工程；智能建筑工程；通风与空调工程；电梯工程。,3.分项工程划分原则（1）分项工程应按主要工种、材料、施工工艺、设备类别等进行划分。（2）主体工程（混凝土结构）模板、钢筋、混凝土，预应力、现浇结构，装配式结构4.检验批分项工程可由一个或若干检验批组成，检验批可根据施工及质量控制和专业验收需要按楼层、施工段、变形缝等进行划分。,5.建筑工程质量验收程序和组织（1）检验批及分项工程验收检验批及分项工程应由监理工程师（建设单位项目技术负责人）组织施工单位项目专业质量（技术）负责人等进行验收。（2）分部工程验收分部工程应由总监理工程师（建设单位项目负责人）组织施工单位项目负责人和技术、质量负责人等进行验收。（3）单位工程自检单位工程完工后，施工单位应自行组织有关人员进行检查评定，并向建设单位提交工程验收报告。,（4）单位（子单位）工程验收 建设单位收到工程报告后，应由建设单位（项目）负责人组织施工（含分包单位）、设计、监理等单位（项目）负责人进行单位（子单位）工程验收。（5）建设工程竣工验收备案 单位工程质量验收合格后，建设单位应在规定时间内将工程竣工验收报告和有关文件，报建设行政管理部门备案。,建筑规范、规程是我国建筑界常用的标准的表达形式。它以建筑科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致、由国务院有关部委批准、颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据。它分为国家、专业（部）、地方和企业四级。1.中华人民共和国国家标准（国标）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）、建筑结构荷载规范（GB50009-2001）、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）、建筑抗震设计规范（GB50011-2001）,0.4 建筑工程规范及工法知识,建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2001）、施工质量验收规范如地基与基础工程施工及验收规范（GB50202-2002）、砌体工程施工及验收规范（GB50203-2002）、混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-2002）、钢结构工程施工及验收规范（GB50205-2001）等。2.中华人民共和国行业标准（行业标准）规程（规定）比规范低一个等级，一般为行业标准，由各部委或重要的科学研究单位编制，呈报规范的管理单位批准或备案后发布试行。,高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）、建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）、钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程、整体预应力装配式板柱建筑技术规程等。3.地方标准由地方建设主管部门组织编写的标准、规程和图集等，一般是作为地方性强制性标准。江苏省住宅设计标准（DB32/380-2000）、先张法预应力混凝土管桩基础技术规程（苏JG/T011-2003）、地下工程防水做法（苏J02-2003）等。,4.工法（企业标准）工法是以工程为对象，工艺为核心，运用系统工程的原理，把先进技术与科学管理结合起来，经过工程实践形成的综合配套技术的应用方法。工法的内容一般应包括工法持点、适用范围、施工程序、操作要点、机具设备、质量标准、劳动组织及安全、技术经济指标和应用实例等。工法分为一级（国家级）、二级（地区、部门）、三级（企业级）三个等级，级工法由建设部会同国务院有关部门组织专家进行评审、认定。,第1章 土方工程,第1讲 土方规划第2讲 土方工程施工要点第3讲 机械化施工及填土压实,第1章 土方工程,【教学要求】了解土方工程特点；掌握场地设计标高的确定、调整与土方调配；掌握边坡稳定及土壁支护的基本原理及主要方法；了解施工排、降水方法及流砂防治措施；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握土方的填筑与压实的要求和方法。,【教学重点】土方调配；边坡稳定及土壁支护的方法；轻型井点降水；土方的填筑与压实。,【教学难点】表上作业法进行土方调配；轻型井点降水；边坡稳定及土壁支护；影响填土压实的因素。,【时间安排】本章共3讲、6学时。,第1讲 土方规划,1 概述 2 土方边坡3 土方量计算的方法 4 场地平整土方量计算5 土方调配,第1章 土方工程,1 概述,包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：,1.1 土方工程的内容,场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。,第1讲 土方规划,共46页 第1页,1.2 土方工程的施工要求,土方量少、工期短、费用省；因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方等事故发生，确保安全；,1 概述,共46页 第2页,要求标高、断面控制准确；,应尽可能采用先进的施工工艺、施工组织和机械化施工。,土体有足够的强度和稳定性；,基坑土方开挖,1.3 土的工程分类,1 概述,共46页 第3页,1.4 土的工程性质,天然密度-是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。干密度-是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以检验土压实质量的控制指标。,土的质量密度,取土环刀 标准击实仪,不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的,1 概述,共46页 第4页,土的含水量W,是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示，见下式：,含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量,土的含水量超过2530%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车,回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度,快速含水量测定仪,1 概述,共46页 第5页,土的渗透性,是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在土中的渗流速度 V 与土的渗透系数 K 和水头梯度 I 有关，地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算：V（m/d）=KI,土壤渗透试验仪,渗透系数K 值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性,1 概述,共46页 第6页,土的可松性,即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性用可松性系数 KS 表示。土的最初可松性系数KS=V2/V1；土的最后可松性系数K，S=V3/V1。式中：V1土在天然状态下的体积；V2土经开挖后的松散体积；V3土经回填压实后的体积。,土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参 数。,不同分类的土的可松性系数可参考下表：,1 概述,共46页 第7页,土的可松性参考值,1 概述,共46页 第8页,2 土方边坡,合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设边坡，是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m，即：,第1讲 土方规划,式中 m=b/h，称为坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。,共46页 第9页,临时性挖方的边坡值,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。临时性挖方边坡可按下表确定：,2 土方边坡,共46页 第10页,深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度（不加支撑）,当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑(槽)底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡可按下表确定：,2 土方边坡,共46页 第11页,3 土方量计算的基本方法,土方量计算的基本方法有平均高度法 和平均断面法 两种。,3.1 平均高度法,四方棱柱体法：将施工区域划分为若干个边长等于a 的方格网，每个方格网的土方体积 V 等于底面积 a2 乘四个角点高度的平均值，即：,第1讲 土方规划,共46页 第12页,方格网土方量计算则可采取平均高度法（四方棱柱体法和三角棱柱体法）,3 土方量计算的基本方法,共46页 第13页,三角棱柱体法：将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分为两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。,3.2平均断面法,基坑、基槽、管沟、路堤的土方量计算可采用平均断面法。即：,3 土方量计算的基本方法,共46页 第14页,4 场地平整土方量计算,4.1.1 H0的重要性 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。,4.1 场地设计标高H0的确定,确定场地设计标高应结合各类影响因素反复进行技术经济比较，选择一个最佳方案。,第1讲 土方规划,共46页 第15页,4.1.2 H0 的确定原则,满足生产工艺和运输的要求；充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；考虑挖填平衡，弃土运输或取土回填的土方量最少；要有合理的泄水坡度(2)，满足排水要求；考虑最高洪水位的影响。,4 场地平整土方量计算,共46页 第16页,4.1.3 H0 的确定步骤,如场地设计标高无特殊要求时，可根据挖填土方量平衡的原则确定H0,其步骤如下：,划分方格网 方格网边长a 可取1050m，常用20m、40m；,挖填平衡原则即场地内土方的绝对体积在平整前、后相等,4 场地平整土方量计算,共46页 第17页,确定各方格网角点高程 水准仪实测；利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。,4 场地平整土方量计算,共46页 第18页,用插入法求得 H13=251.70,水准仪进行高程测量,按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角点为几个方格共有的情况，确定设计标高H0的实用公式为：,按挖填平衡确定设计标高,式中：n 方格网数；H1 一个方格仅有的角点坐标；H2 两个方格共有的角点坐标；H3 三个方格共有的角点坐标；H4 四个方格共有的角点坐标。,4 场地平整土方量计算,共46页 第19页,4.2 场地设计标高H0的调整,按以上步骤求得的H0仅为一理论值，还应考虑以下因素进行调整，求出H,0：土的可松性影响填方因土的可松性引起的填方体积增加；场内挖方和填方的影响从经济观点出发，安排的挖方就近弃土和填方就近场外取土，引起的挖填土方量的变化；场地泄水坡度的影响单坡？双坡？,4 场地平整土方量计算,共46页 第20页,由于土具有可松性，一般填土需相应提高设计标高，故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：,VW,VT,H0,V,W,V,T,H,0,h,理论设计标高 调整设计标高,4.2.1 土的可松性影响,4 场地平整土方量计算,共46页 第21页,场地设计标高H0是按挖填土方量平衡的原则确定的，但从经济观点出发，常会将部分挖方就近弃于场外，或就近于场外取土用于部分填方，均会引起挖填土方量的变化，亦需调整场地设计标高。,4.2.2 场内挖方和填方的影响,式中：Q场地根据H0平整后多余或不足的土方量。,其设计标高调整值按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第22页,调整后的设计标高是一个水平面的标高，而实际施工中要根据泄水坡度的要求(单坡泄水或双坡泄水)计算出场地内各方格网角点实际设计标高。,4.2.3 场地泄水坡度的影响,场地为单坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：l 该点至设计标高H，0的距离；i 场地泄水坡度（不小于2）。,4 场地平整土方量计算,共46页 第23页,场地单向泄水坡度示意图,场地为双坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：lx、ly该点沿X-X、Y-Y方向 距场地中心线的距离；ix、iy场地沿X-X、Y-Y方向 的泄水坡度。,公式中正负号的取值：计算角点在H，0之上取“”，反之取“”,4 场地平整土方量计算,共46页 第24页,场地双向泄水坡度示意图,4.3 场地土方量的计算,4.3.1 求各方格角点的施工高度hn hn=场地设计标高Hn自然地面标高H,角点编号 施工高度 hn 1-0.72 43.24 42.52自然地面标高 H 设计标高 Hn,若hn为正值则该点为填方，hn为负值则为 挖方。,场地土方量计算步骤如下：,4 场地平整土方量计算,土方方格网图例,共46页 第25页,零线位置的确定：先求出方格网中边线两端施工高度有“+”、“”中的零点，将相邻两零点连接起来即为零线。,4.3.2 绘出零线,式中：X1、X2角点至零点的距离(m)；h1、h2相邻两角点的施工高度(m)，均用绝对值；a方格网的边长(m).,零点的位置按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第26页,零点位置计算示意,为省略计算，亦可用图解法直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。见下图：,h1,+0.30,h2,-0.20,0,5,5,10,10,h7,h8,+0.7,-0.10,用尺量出h10.3的刻度,用尺量出h20.2的刻度,两点连线与方格的交点为零点,用尺量出h80.1的刻度,用尺量出h70.7的刻度,两点连线与方格的交点为零点,两零点连线即为零线,4 场地平整土方量计算,共46页 第27页,4.3.3 计算场地挖、填土方量,“零线”求出，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法计算各方格的挖、填土方量了。,4 场地平整土方量计算,共46页 第28页,挖方施工及长距离土方调运,4.3.4 计算各挖、填方调配区之间的平均运距,先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标X0、Y0：,填方区,y,H0,H0,x,xOW,xOT,yOW,yOT,L0,挖方区,式中：xi、yi i 块方格的重心坐标；Vi i 块方格的土方量。,V1x1、y1,V5x5、y5,V19x19、y19,挖方区重心,填方区重心,4 场地平整土方量计算,共46页 第29页,则填、挖方区之间的平均运距 L0 为：,式中：x0T、y0T 填方区的重心坐标；x0W、y0W 挖方区的重心坐标。,在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。,4 场地平整土方量计算,共46页 第30页,5 土方调配,5.2 土方调配的原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原则是：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。,5.1 土方调配的步骤 划分调配区（绘出零线）计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）确定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表。,第1讲 土方规划,共46页 第31页,5.3 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。调配的步骤如下：,用“最小元素法”编制初始调配方案,最优方案判别,绘制土方调配图,最优方案判别,方案的调整,是,否,5 土方调配,共46页 第32页,5.3.1 初始调配方案,下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,60,50,70,110,80,70,40,100,90,40,100,W4,T3,W2,T2,70,挖方区编号,填方区编号,挖方区需调出土方,填方区需调进土方,调配区间的平均运距,5 土方调配,共46页 第33页,各调配区土方量及平均运距,5 土方调配,共46页 第34页,步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其尽可能大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“”,5 土方调配,共46页 第35页,步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31（C22C11C31），我们就得到了土方调配的初始方案。,1.5 土方调配,500,500,100,300,100,40,50,60,70,110,共46页 第36页,5.3.2 最优方案判别,初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数ij来判别。,首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方的假想价格系数C，ij=Cij，无调配土方的假想价格系数按下式计算：,5 土方调配,共46页 第37页,利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解未知的C，ij。步骤1：在有调配土方的方格内，C，ij=Cij，将数据填入表中；,该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。,5 土方调配,共46页 第38页,步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的C，ij；如：,5 土方调配,共46页 第39页,步骤3：引入检验数，按下式求出表中无调配土方方格的检验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中）：12 出现负数说明方案不是最佳方案，需要进行调整。,5 土方调配,共46页 第40页,步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格作900转弯(也可不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。见下表：,5.3.3 方案的调整,步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的)，本例即12，将它对应的变量 x12 作为调整对象。,5 土方调配,共46页 第41页,步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向任意）行进，在各奇数转角点的数字中挑出一个最小的（本例即X32=100）将它由 X32调到 X12方格中。,500,100,5 土方调配,共46页 第42页,步骤4：将“100”数字填入X12方格中，被调出的X32为0，同时将闭回路上其它奇数次转角（X11）方格内的数字都减去100，偶数次转角（X31）方格内的数字都增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。,400,0,100,400,5 土方调配,共46页 第43页,步骤5：对新调配方案按“最优方案判别”的方法和步骤再进行判别和检验，如仍出现负数，则重复步骤14继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。,100,70,-10,20,110,80,80,50,计算无调配土方方格的检验数，无负数，方案是最优方案。,1.5 土方调配,共46页 第44页,该优化方案的土方总运输量为：Z=400501007050040400601007040040=94000（m3m）初始方案的土方总运输量为：Z=5005050040300601001101007040040=97000（m3m）调整后的总运输量减少了3000（m3m）。,5 土方调配,共46页 第45页,绘出最终土方调配图如下所示,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,40060,10070,40040,W4,T3,W2,T2,10070,50040,40050,5 土方调配,共46页 第46页,思 考 题,1、试述土的可松性及其对土方规划的影响。2、试述土壁边坡的作用、表示方法、留设原则及影响边坡的因素。3、确定场地设计标高H0时应考虑哪些因素？4、试述按挖填平衡原则确定H0的步骤和方法。5、为什么对场地设计标高H0要进行调整？如何调整？6、如何计算沟槽和基坑的土方量？7、土方调配应遵循哪些原则，调配区如何划分，如何确定平均运距？8、试述用“表上作业法”确定土方最优调配方案的步骤及方法。,第1章 土方工程,