土的工程分类和性质土方工程量计算与调配学时.pptx
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1、1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!第1页/共118页23、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。第2页/共118页315 三月 2023第1章 土方工程1土方开挖2土壁支护3施工排水4流砂的防治第3页/共
2、118页4【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课时第4页/共118页5 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
3、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第5页/共118页6 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、用料准备。3、土方施工准备工作踏勘现场编制方案场地
4、清表场地测量第6页/共118页7编制土方施工方案施工场地平整结构基础桩施工支护桩施工降水井施工并预降水土方开挖基础结构施工土方回填4、土方施工的基本流程第7页/共118页85、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)第8页/共118页91.1.1 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
5、。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)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第9页/共118页10类别类别 土的名称土的名称 开挖方法开挖方法 可松性系数可松性系数 Ks Ks 第一类第一类(松软土)(松软土)砂,粉土,冲积砂土层,种植土,泥炭(淤砂,粉土,冲积砂土层,种植土,泥炭(淤泥)泥)用锹、锄头挖掘用锹、锄头挖掘 1.081.17 1.011.04 第二类第二类(普通土)(普通土)粉质粘土,潮湿的黄土,夹有碎石、卵石的粉质粘土,潮湿的黄土,夹有碎石、卵石的砂,种植土,填筑土和粉
6、土砂,种植土,填筑土和粉土 用锹、锄头挖掘,用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松少许用镐翻松 1.141.28 1.021.05 第三类第三类(坚土)(坚土)软及中等密实粘土,重粉质粘土,粗砾石,软及中等密实粘土,重粉质粘土,粗砾石,干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土、压实的填筑土土、压实的填筑土 主要用镐,少许用主要用镐,少许用锹、锄头,部锹、锄头,部分用撬棍分用撬棍 1.241.30 1.041.07 第四类第四类(砾砂坚土)(砾砂坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土,粗卵石,密重粘土及含碎石、卵石的粘土,粗卵石,密实的黄土,天然级配砂石,软泥灰岩及实的黄土,天然级
7、配砂石,软泥灰岩及蛋白石蛋白石 先用镐、撬棍,然先用镐、撬棍,然后用锹挖掘,后用锹挖掘,部分用锲子及部分用锲子及大锤大锤 1.261.37 1.061.09 第五类第五类(软石)(软石)硬石炭纪粘土,中等密实的页岩、泥灰岩、硬石炭纪粘土,中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土,胶结不紧的砾岩,软的石灰岩白垩土,胶结不紧的砾岩,软的石灰岩 用镐或撬棍、大锤,用镐或撬棍、大锤,部分用爆破方部分用爆破方法法 1.301.45 1.101.20 第六类第六类(次坚石)(次坚石)泥岩,砂岩,砾岩,坚实的页岩、泥灰岩,泥岩,砂岩,砾岩,坚实的页岩、泥灰岩,密实的石灰岩,风化花岗岩、片麻岩密实的石灰岩,风化花岗岩、
8、片麻岩 用爆破方法,部分用爆破方法,部分用风镐用风镐 1.301.45 1.101.20 第七类第七类(坚石)(坚石)大理岩,辉绿岩,玢岩,粗、中粒花岗岩,大理岩,辉绿岩,玢岩,粗、中粒花岗岩,坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩,风化痕迹的安山岩、玄武岩石灰岩,风化痕迹的安山岩、玄武岩 用爆破方法用爆破方法 1.301.45 1.101.20 第八类第八类(特坚石)(特坚石)安山岩,玄武岩,花岗片麻岩,坚实的细粒安山岩,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、辉花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩,玢岩绿岩,玢岩 用爆破方法用爆破
9、方法 1.451.50 1.201.30 第10页/共118页11第11页/共118页121.1.2 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。第12页/共118页131、土的密度气水土粒GsGwGVsVwVVa质量G体积V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第13页/共118页14
10、2、土的天然含水量 土的天然含水量是指土中水的质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。第14页/共118页15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
11、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,获得最大干密度第15页/共118页163、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第16页/共118页17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第17页/共118页184、土的可
12、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、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。第18页/共118页19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)第1
13、9页/共118页205、原状土经机械压实后的沉降量第20页/共118页211.2 1.2 土方工程量计算及土方调配 场地平整就是将自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。第21页/共118页221.2.1 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
14、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、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。第22页/共118页23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。第23页/共118页2
15、42、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;第24页/共118页25 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。用插入法求得H13=251.70水准仪进行高程测量第25页/共118页26初始场地设计标高(1.7)按挖填平衡确定设计标高第26页/共118页27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
16、方格共有的角点坐标;H4 四个方格共有的角点坐标。第27页/共118页28(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第28页/共118页291.2.2 1.2.2 土方工程量计算 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第29页/共118页301、场地平整土方量计算(方格网法步骤)计算各方格角点的施工高度hn=HnH确定场地零线计算各方格(或局部)、边坡的土方量汇总挖(填)方区土方量=所有方格土方量+边坡土方量确定场地设计标高Hn角点的自然地面标高角点的设计标高施工高度“”为填,“”为挖第30页/
17、共118页31(1)计算每个方格网角点的填挖高度零线第31页/共118页32零线位置的确定: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:零点位置计算示意第32页/共118页33 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+0.30h2-0.200551010h7h8+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
18、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第33页/共118页34(2)计算每个方格的填挖土方量图1.18 三挖一填或三填一挖方格图1.16 全挖或全填方格图1.17 两挖和两填方格第34页/共118页35第35页/共118页36(3)计算场地边坡土方量第36页/共118页372、基坑、基槽土方量计算(1)基坑土方量(2)基槽、路堤土方量基坑基槽第37页/共118页381.2.3 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小
19、,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。第38页/共118页391、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。第39页/共118页402、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
20、方区,便可按平均高度法计算各方格的挖、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a)场地内挖、填平衡的调配图b)有弃土和借土的调配图第40页/共118页41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yH0H0 xxOWxOTyOWyOTL0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、y1V5x5、y5V19x19、y19挖方区重心填方区重心第41页/共118页42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
21、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。第42页/共118页433、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第43页/共118页44(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500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方区编号填方区编
22、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第44页/共118页45各调配区土方量及平均运距 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070100500W2704090500W36011070500W48010040400填方量填方量m38006005001900第45页/共118页46 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070100500W2704090500W36011070500W48010040400填方量填方量m38006005001900 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
23、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“”400500第46页/共118页47 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W170100500W27090500W3500W48010040040400填方量填方量m38006005001900 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。50050010030010040506070110第47页/共118页48(2)最优方案判别 初始调配方案是按“
24、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。第48页/共118页49 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。第49页/共118页50 步骤2:按任一矩形的四个方格内按任一矩形的四个方格内对角线上的C,ij之和相等,逐个求解未知的逐个求解
25、未知的C,ij;如:;如:填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15005070100500W2705004090500W33006010011010070500W48010040040400填方量m380060050019005060401107040-101008030 060第50页/共118页51 填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15070+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量m38006005001900 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
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