第1章土方工程课件.ppt
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1、土 木 工 程 施 工,第 一 章土 方 工 程,2,1.土方规划 土的分类方法;土的含水量、渗透性、可松性概念;方格网法计算土方量的方法。2.土方工程施工要点 对土方调配方案进行优化的方法;土壁稳定的原理和方法;排水原理和方式;填土压实方法和要求。3.土方工程机械化施工 土方机械化施工常用机械及合理配置。4.爆破工程 石方爆破常识。,本章主要内容,3,1、土方工程的内容 主要内容:场地平整;坑、槽开挖;土方回填与压实。辅助内容:施工排、降水;土壁支撑。2、土方工程的施工特点(1)面广量大;(2)劳动强度大;(3)施工条件复杂(受地质、水文、气侯影响大,不确定因素多)。因此,施工前应进行调查研
2、究,编制施工组织设计,拟定施工方案,以提高劳动生产率,加快工程进度,降低工程成本。,第一节 土方规划,4,3、土的工程分类 土的种类繁多,分类方法各异,在建筑安装工程定额中,按开挖的难易程度分为八类:,机械或人工开挖,爆破开挖,第一节 土方规划,5,4、土的工程性质 土的各种工程性质中,影响土方工程施工的主要为土的质量密度、含水量、渗透性和可松性等。质量密度:天然密度,土在天然状态下单位体积的质量,一般=1.62.0 g/cm3,影响土的承载力、土压力及边坡稳定性。干密度 d,单位体积土中固体颗粒的质量,是检测填土密实程度的指标。,第一节 土方规划,6,4、土的工程性质 土的各种工程性质中,影
3、响土方工程施工的主要为土的质量密度、含水量、渗透性和可松性等。含水量:土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比,以百分数表示:W=(G湿-G干)/G干 100%G湿含水状态时土的质量,G干土烘干后的质量。含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定性和回填土的质量。如含水量超过2530%,则机械化施工就困难;回填土则需要最佳含水量,方能夯实压密,获得最大干密度。,第一节 土方规划,7,4、土的工程性质 土的各种工程性质中,影响土方工程施工的主要为土的质量密度、含水量、渗透性和可松性等。渗透性:指土体被水透过的性质,土的渗透性用渗透系数K表征。渗透系数K:表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d表示。它
4、同土的颗粒级配、密实程度等有关;是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。,第一节 土方规划,8,4、土的工程性质 土的各种工程性质中,影响土方工程施工的主要为土的质量密度、含水量、渗透性和可松性等。可松性:自然状态下的土经开挖后,其体积因松散而增加,称为土的最初可松性,以后虽经回填压实,仍不能恢复到原来的体积,称为土的最终可松性。最初可松性系数 KS=V2/V1 1.081.5 最后可松性系数 KS=V3/V1 1.011.3 V1 土在自然状态下的体积。V2 土经开挖后松散状态下的体积。V3 土经回填压实后的体积。,第一节 土方规划,9,5、土方量计算的基本方法(平均高度法、平均断面法)
5、(1)平均高度法(四方棱柱体法、三角棱柱体法)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,每个方格网上的土方体积V等于底面积a2乘以四个角点高度的平均值,即 若方格四个角点部分是挖方、部分是填方时,按下列公式计算:,第一节 土方规划,10,h1,h2,h3,h4,a,全填全挖,h1,h2,h3,h4,b,c,a,两填两挖,h1,h2,h3,h4,b,c,a,三填一挖或 三挖一填,全填或全挖,两填两挖,三填一挖或全挖一填,一个角填或挖,a方格边长;bc为计算图形相应两个边长;hi方格角点施工高度;V挖方或填方体积,第一节 土方规划,11,三角棱柱体法 将每一个方格顺地形的等高线沿对角
6、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。当三角形为全挖或全填时,按公式:,a)全填或全挖,式中 V 挖方或填方体积(m3);H1、H 2、H3三角形各角点的 施工高度,均取绝对值(m)。a方格边长(m)。,第一节 土方规划,12,当三角形三个角点有填有挖时,零线将三角形分成两部分,一个是底面为三角形的锥体,一个是底面为四边形的楔体:,式中H1、H2、H3 分别为三角形各角点的施工高度(m),取绝对值,其中H3指的是锥体顶点的施工高度。,第一节 土方规划,13,5、土方量计算的基本方法(平均高度法、平均断面法)(2)平均断面法 近似计算V=(F上+F下)H/2 精确计算V=(F
7、上+4F中+F下)H/6 基坑、基槽、路堤、管沟等土方量计算,均可用平均断面法。,第一节 土方规划,14,6、场地平整土方量计算主要按以下步骤进行:(1)场地设计标高H0确定 确定原则和步骤(2)场地土方量计算 计算步骤,第一节 土方规划,15,(1)场地设计标高H0确定 场地设计标高H0确定的基本原则:a.符合规划、生产工艺和运输要求;b.充分利用地形,以减少挖方数量;c.场地内的挖方和填方能达到相互平衡,且土方量最小;d.要有一定的泄水坡度(2),使能满足排水要求;e.考虑最高洪水位的影响。,第一节 土方规划,16,(1)场地设计标高H0确定 场地设计标高H0确定的步骤 如果场地比较平缓,
8、对场地设计标高无特殊要求,可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高,即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下:1)根据场地地形图划分方格网(a=10m40m)2)根据相邻等高线,用插入法计算或实测各方格角点地面标高;3)根据挖填平衡原则计算场地设计标高;4)对场地设计标高进行调整;,第一节 土方规划,17,1)根据场地地形图划分方格网(a=10m40m),第一节 土方规划,18,2)根据相邻等高线,用插入法计算或实测各方格角点地面标高;,第一节 土方规划,19,3)根据挖填平衡原则计算场地设计标高;,一般说来,理想的设计标高,应该使场地内的土方在平整前和平整后相等而达到挖方
9、和填方的平衡,如图所示,即,第一节 土方规划,20,从图 中看出,H11 系一个方格的角点标高,H 12和 H 21均系2 个方格公共的角点标高,H 22则系4 个方格公共的角点标高。如果将所有方格的4 个角点标高相加,那么,类似 H 11这样的角点标高加了1 次,类似H 12和 H 21的标高加了2 次,而类似 H 22的标高则加了4 次。因此,,式中:H1、H2、H3、H4 分别为一个方格、二个方格、三个方格、四个方格所共有的角点标高(m)。,第一节 土方规划,21,4)场地设计标高的调整;,依据前面公式所计算的标高,纯系理论计算值,实际上还需考虑以下因素进行调整:(1)由于土具有可松性,
10、必要时应相应地提高设计标高。(2)由于设计标高以上的各种填方工程用土量影响设计标高的降低,或者设计标高以下的各种挖方工程而影响设计标高的提高。(3)由于边坡填挖土方量不等(特别是坡度变化大时)而影响设计标高的增减。(4)根据经济比较结果,将部分挖方就近弃土于场外,或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化,需增减设计标高。(5)根据泄水坡度调整设计标高。,第一节 土方规划,22,实际场地均应有一定的泄水坡度。因此,应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。,2)双向排水时,各方格角点设计标高为:,1)单向排水时,各方格角点设计标高为:,Hn=H0 l i,Hn=H0 lx ix l y
11、i y,ly,lx,ix,iy,H0,l,H11,H0,H0,i,H12,H21,Hn,第一节 土方规划,23,(2)场地土方量计算场地平整土方工程量计算步骤:场地设计标高确定后,求出平整场地各角点施工高度hn。确定“零线”的位置,了解整个场地挖、填区域分布状态。计算整个场地的填、挖土方总量。,第一节 土方规划,24,根据场地设计标高确定施工高度。,施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值。,第一节 土方规划,25,确定“零线”的位置。,1.零线即挖方区与填方区的交线,在该线上施工高度为零。2.零线的确定方法是:在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上,用插入法求出零点(0)的位置,
12、将各相邻的零点连接起来即为零线。,式中:x零点至计算基点的距离;a方格边长。,第一节 土方规划,26,计算整个场地的填、挖土方总量。零线求出后,也就划出了场地的挖方区 和填方区,便可按平均高度法分别计算出挖、填区各方格的挖、填土方量。需要指出的是,通常在场地挖方区和填方区的边沿,都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填方区的稳定,因此涉及到边坡的土方量计算。下面就该问题做一介绍。,第一节 土方规划,27,边坡的土方量计算,边坡的土方工程量可以划分成两种近似的几何形体,即三角棱锥体(如图中体积,11)和三角棱柱体(如场地边坡平面图中体积)。,第一节 土方规划,28,第一节 土方规划,29,按每个方格角
13、点的施工高度算出填、挖土方量,并计算场地边坡的土方量,这样即得到整个场地的填、挖土方总量。,第一节 土方规划,30,7、土方调配(1)调配原则 应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。合理布置挖、填方分区线,选择恰当的调配方向、运输线路,使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。,第一节 土方规划,31,(2)调配步骤 划分调配区。在平面图上划出挖、填区的分界线,并在挖方区和填方区划出若干调配区,确定调配区的大小和位置。计算各调配区的土方量,并标于图上。计算每对
14、调配区的平均运距,即挖方区土方重心至填方区重心的距离,并将每一距离标于土方平衡与运距表中。确定最优调配方案。先用“最小元素性”确定初始方案,再用“位势法”进行检查,是否总的运输量为最小值,否则用“闭回路法”进行调整。绘制土方调配图,根据以上结果,标出调配方向、土方数量及运距。,第一节 土方规划,32,(2)调配步骤 画出挖方区、填方区;划分调配区 注意:1)位置与建、构筑物协调,且考虑施工顺序;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。,第一节 土方规划,33,找各挖、填方区间的平均运距(即土方重心间的距离)可近似以几何形心代替土方体积
15、重心。列挖、填方平衡及运距表。,第一节 土方规划,34,调配 初始调配方案。方法:最小元素法就近调配。顺序:先从运距小的开始,使其土方量最大。,结果:所得运输量较小,但不一定是最优方案。(总运输量97000m3m),第一节 土方规划,35,(3)调配方案的优化(表上作业法)判别是否最优方案:位势法 1)求位势Ui和Vj:有调配数的方格开始 Cij=Ui+Vj(Cij 平均运距),设 U1=0,,U3=C31V1=6050=10;,则V1=C11U1=500=50;,V2=11010=100;,第一节 土方规划,36,2)求检验数ij,ij=Cij Ui Vj,若所有ij 0,则方案为最优解。,
16、ij=Cij Ui Vj;11=500500(有土);,13=10006040;,21=70(60)5080;,结论:表中12为负值,非最优方案。应对初始方案进行调整。,第一节 土方规划,37,方案调整(闭回路法)1)找闭回路 调整顺序:从负值最大的格开始。沿水平或垂直方向前进,遇适当的有数字的格转弯,直至回到出发点。2)调整调配值 从空格出发,在奇数次转角点的数字中,挑最小的土方数调到空格中。然后在表中左右上下各方格进行调整,以保持挖填平衡。,第一节 土方规划,38,3)再求位势及空格的检验数 从空格出发,在奇数次转角点的数字中,挑最小的土方数调到空格中。然后在表中左右上下各方格进行调整,以
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