1.11.3 土的工程分类和性质、土方工程量计算与调配、基坑支护(4学时)课件.ppt
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1、1,2023年5月21日星期日,土木工程施工,主讲人:娄永忠惠州学院建筑与土木工程系,2,前 言,1、内涵 土木工程施工是土木专业的一门实践性强、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。2、研究对象 它的研究对象是土木工程施工的建造技术规律(施工技术),和劳动组织规律(施工组织)。,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!,3,3、相关学科 力学、工程测量、工程材料、制图、混凝土结构、工程机械、项目管理、合同管理与索赔、建设法规、技术经济、概预算等等。,4,2023年5月21日
2、星期日,第1章 土方工程,1 土方开挖 2 土壁支护 3 施工排水 4 流砂的防治,5,【教学要求】熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助工作内容;常用土方施工机械的施工特点;土方边坡稳定机理、基坑支护方法;基坑排水、降水方法;掌握土方量计算方法,基坑、基槽、场地平整、开挖,土方填筑与压实的要求。【教学重点】土的工程分类;土方调配;土的回填与压实施工工艺;基坑支护方法;基坑排水、降水方法。【时间安排】6-8课时,6,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
3、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。,1、土方工程施工内容 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:,2、土方工程施工特点和要求 特点:面广量大、劳动繁重;施工复杂 施工要求:标高、断面准确;土体有足够的强度和稳定性;工程量小;期短;费用省。,土方工程施工内容与准备工作,7,踏勘现场;熟悉图纸、编制施工方案;清除现场障碍物,平整施工场地,进行地下墓探,设置排水降水设施;永久性控制坐标和水准点的引测,建立测量控制网,设置方格网、土方边坡与基坑支护控制桩等;搭设临时设施、修筑施工道路;施工机具
4、、用料准备。,3、土方施工准备工作,踏勘现场 编制方案 场地清表 场地测量,8,4、土方施工的基本流程,9,5、本章节主要相关规范 建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB502022002)中华人民共和国国家标准 建筑基坑支护技术规程(JGJ120 1999)中华人民共和国行业标准 基坑土钉支护规程(CECS:1997)中国工程建设标准化协会土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)岩土工程勘察规范(GB50021-2001),10,1.1.1 土的工程分类,土的种类繁多,从不同技术角度,分类方法各异。按施工时开挖难易程度分为八类,如表1-2所示。这也是确定土木工程劳动定额(预算定额)
5、的依据。土的开挖难易程度直接影响土方工程的施工方案,劳动量消耗和工程费用。,1.1 土的工程分类及性质,11,12,13,1.1.2 土的工程性质,土的工程性质对土方工程施工有直接影响,也是进行土方施工设计必须掌握的基本数据。土的主要工程性质有:土的可松性,原状土经机械压实后的沉降量等;此外还有渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。,14,1、土的密度,测定:环刀法,它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。,干密度是用以检验土压实质量的控制指标。,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,15,2、土的天然含水量 土的天然含水量是指土中水的质
6、量与土的固体颗粒之间的质量比,以百分数表示。,快速含水量测定仪,土的含水量测定方法:烘干法 把土样称量后放入烘箱内进行烘干(100105C),直至重量不在减少为止,称量。第一次称量为含水状态土的质量,第二次称量为烘干后土的质量,利用公式 可计算出土的天然含水量。,16,土的含水量表示土的干湿程度。土的含水量:5%以内,干土;530%以内,潮湿土;大于30%,湿土。各类土的最佳含水量如下:砂土为8%12%;粉土为16%22%;粉质粘土为12%15%;粘土为19%23%。,含水量影响土方施工方法的选择、挖土的难易、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
7、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,17,3、渗透性 表征土渗透性指标为渗透系数K。渗透性表示单位时间内水穿透土层距离的能力,以m/昼夜表示。渗透系数是降低地下水中计算涌水量的重要参数。,渗流速度,渗透流量,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,18,现场测定法,有野外注水试验和抽水试验等,是在现场钻井孔或挖试坑,在往地基中注水或抽水时,量测地基中的水头高度和渗流量,再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。,无压完整井抽水试验,无压非完整井抽水试验,19,4、土的可松性,对土方工程施工的影响:计算施工机械及土方运输量;基坑开挖时留、弃土量;计算土方调配、
8、场地设计标高调整;,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。,20,例题1-1 某场地的挖方体积为1000m3,填方体积为1500m3,ks=1.08,ks=1.03,问该场地是借土还是弃土?若用运土量为5m3/车汽车运土,问应运多少车次?解:根据公式 Q=(1000-1500/1.03)1.08=-492.8m3 结果为负,故该场地应借土 运土的车次为 n=492.8/5=99(车次),21,5、原状土经机械压实后的沉降量,22,1.2 土方工程量计算及土方调配,场地平整就是将自
9、然地面改造成人们所要求的平面。土方工程量计算主要有土方平整量、土方开挖量和调配量计算。一般情况下,将土方划分成一定的几何形状,采用具有一定精度的方法进行计算,通常有方格网法和断面法。,23,1.2.1 场地设计标高的确定,1、场地设计标高的确定(1)一般方法:如场地比较平缓,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;(2)用最小二乘法原理(线性规划方法)求最佳设计平面:应用最小二乘法的原理,不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。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
10、进度、降低工程造价有着重要意义。,24,选择设计标高,还需考虑以下因素:(1)满足生产工艺和运输的要求;(2)尽量利用地形,以减少挖方数量;(3)场地以内的挖方与填方能达到相互平衡以降低土方运输费用;(4)要有一定的泄水坡度(2),使能满足排水要求;(5)考虑最高洪水位的要求。,最佳设计平面 最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求,并做到场地内土方挖填平衡,且挖填的总土方工程量最小。,25,2、设计文件无要求时,场地的设计标高确定的步骤和方法(方格网法)(1)初步计算场地设计标高,划分方格网 方格网边长a 可取1040m,常用20m、40m;,26,确定各方格
11、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。,用插入法求得 H13=251.70,水准仪进行高程测量,27,初始场地设计标高,(1.7),按挖填平衡确定设计标高,28,考虑借土,弃土,可松性影响时,初始场地设计标高,(1.8),(2)计划平面为任意平面时的最优计划理论(略),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。,29,(3)考虑泄水坡度对设计标高的影响,1)单向泄水时,场地各点设计标高的求法,2)双向泄水时,场地各点设计标高的求法,30,1.2.2 土方工程量计算,
12、土方量计算的基本方法有方格网法和断面法 两种。,挖方施工及长距离土方调运,31,1、场地平整土方量计算(方格网法步骤),角点的自然地面标高,角点的设计标高,施工高度“”为填,“”为挖,32,(1)计算每个方格网角点的填挖高度,零线,33,零线位置的确定: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。,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:,零点位置计算示意,34,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
13、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,35,(2)计算每个方格的填挖土方量,36,37,(3)计算场地边坡土方量,38,2、基坑、基槽土方量计算(1)基坑土方量(2)基槽、路堤土方量,39,1.2.3 土方调配量的计算,土方调配,就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。好的土方调配方案,应该是使土方运输量或费用达到最
14、小,而且又能方便施工。调配步骤: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。,40,1、土方调配原则(1)应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。(2)土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。(3)土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。(4)土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。(5)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。,41,2、土方调配表的编制(1)划分调配区“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
15、格的挖、填土方量了。(2)计算各区土方量(3)求解各区之间的平均运距,42,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,43,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
16、均运距。,44,3、土方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,45,(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。,土方调配工程案例,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
17、进土方,调配区间的平均运距,46,各调配区土方量及平均运距,47,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“”,400,500,48,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。,500,500,100,300,100,40,50,60,70,110,49,(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
18、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。,50,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;,首先求出表中各方格的假想价格系数,无调配土方的方格,有调配土方的方格,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。,51,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:,50,60,40,110,70,40,-10,100,80,30,0,
19、60,52,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。,53,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(即有土方运送量的方格)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:,(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,绝对值较大的),本例即12,将它对应的变量 x12 作为调整对象。,(0),54,步骤3:从空格 X
20、12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。,500,100,55,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。,400,0,100,400,56,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。,计算无调配土方方格的检验数
21、,无负数,方案是最优方案。,50,60,40,70,40,20,70,50,30,30,60,80,57,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)。,土方调配的最优方案可以不只是一个,这些方案调配区或调配土方量可以不同,但它们总的最小运输量是相同的。,58,绘出最终土方调配图如下所示,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,40060,
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- 1.11.3 土的工程分类和性质、土方工程量计算与调配、基坑支护4学时课件 1.11 工程 分类 性质 土方 工程量 计算 调配 基坑 支护 学时 课件
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