土木工程施工第一章土方工程

土木工程施工一、课程主要内容及学时分配：第一章：土方工程（10学时）第二章：桩基础工程（6学时）第三章：钢筋混凝土工程（12学时）第四章：预应力混凝土工程（4学时）第五章：砌筑工程（4学时）第七章：脚手架工程（4学时）第八章：结构吊装工程（8学时）二、教材土木工程施工（上册），应惠清，同济大学出版社（第二版）三、参考书建筑施工手册（第五版）建筑工业出版社土木工程施工，刘宗仁，高等教育出版社四、自学课件http:/ 4、生产影响因素多 5、知识面要求广 六、项目管理人员需具备的素质1、具备全面的专业知识2、具有较强的组织能力3、具有很好的协调能力4、具备经济核算能力第一章第一章 土方工程土方工程概概 述述土方量计算与调配土方量计算与调配土方开挖的辅助工作土方开挖的辅助工作土方工程机械化施工土方工程机械化施工土方填筑土方填筑第一节概述一、土方工程的分类、特点1、施工分类、施工分类主要：场地平整；坑、槽开挖；土方填筑。辅助：施工排、降水；土壁支撑。2、施工特点、施工特点施工条件复杂，不确定因素多。受地质、水文、气侯影响大。二、土的工程分类分类依据：按开挖的难易程度；类别：一八类；见P1表1.1一类四类土机械或人工直接开挖机械或人工直接开挖五类八类土爆破开挖爆破开挖三、土的工程性质1、土的可松性土的可松性：最初可松性系数KS=V2/V1最后可松性系数KS=V3/V12、土的渗透性、土的渗透性用渗透系数K表示。3、土的质量密度：、土的质量密度：干密度d：是检测填土密实程度的4、土的含水量：、土的含水量：最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量三、土的工程性质1、土的可松性土的可松性：自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。最初可松性系数KS=V2/V11.081.5最后可松性系数KS=V3/V11.011.3V1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。用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土例：某建筑墙基截面尺寸如图所示，地基为粘土，土方边坡坡度为10.5，已知土的最初可松性系数Ks=1.3，最终可松性系数Ks=1.05，试计算：（1）每20米长基础施工时的土方挖方量（按原始状态计）；（2）如留下回填土后，余土要求全部运走，计算预留回填量和弃土量（按堆在地面的松散状态计）。2、土的渗透性、土的渗透性土体被水透过的性质，用渗透系数K表示。K的意义的意义：水力坡度（I=h/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）Lh K的单位：m/d（或m/sec）粘土0.1，粗砂5075，卵石100200 用途用途：计算降水量3、土的质量密度：、土的质量密度：天然密度天然密度：一般=1620KN/m3干密度干密度d：是检测填土密实程度的指标。（105，烘干34h）4、土的含水量：、土的含水量：天然含水量天然含水量 W=（G湿-G干）/G干开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定最佳含水量最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量（击实试验、手握经验确定）。第二节第二节 土方量计算与调配土方量计算与调配一、基坑、基槽、路一、基坑、基槽、路堤土方量计算堤土方量计算1 1、基坑土方量、基坑土方量：按拟柱体法按拟柱体法 V V=(=(F F下下+4+4F F中中+F F上上)H H/6/6F下F上上F中中HHIIFi2 2、基槽（路堤）土方量、基槽（路堤）土方量：沿长度方向分段计算Vi，再 V V=V Vi i断面尺寸不变的槽段：V Vi i=F Fi iL Li i断面尺寸变化的槽段：V Vi i=(=(F Fi i1 1+4+4F Fi i0 0+F Fi i2 2)L Li i/6/6 槽段长L Li：外墙槽底中中，内墙槽底净长IIL2L1L5二、场地平整土方量二、场地平整土方量 方格网法方格网法（一）确定场地设计标高（一）确定场地设计标高场地设计标高场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：如无规定：(1)小型场地挖填平衡法(2)大型场地最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）1、初步标高、初步标高（按（按挖填平衡）挖填平衡）方法方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法）。aaaaaaH11H12H21H22则场地初步标高：场地初步标高：H0=（H11+H12+H21+H22）/4n或：或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4n2、场地设计标高的调整、场地设计标高的调整按泄水坡度调整各角点设计标高按泄水坡度调整各角点设计标高：(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：Hn=H0L iHn=H0Lx ixL yi y(1)单向排水时，各方格角点设计标高为:LyLxixiyH0LH11H0H0iH12H21Hn【例例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高。解：解：（1）初步设计标高）初步设计标高（场地平均标高）H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M=70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（70.17+70.70+69.81+70.38）/（49）=70.29（m）70.0970.09（2）按泄水坡度调整设计标高：）按泄水坡度调整设计标高：Hn=H0LxixLyiyH1=70.29302+303=70.3270.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26 H070.29H2=70.29102+303=70.36H3=70.29+102+303=70.40其它见图（二）场地土方量计算（二）场地土方量计算1、计算各方格角点的施工高度、计算各方格角点的施工高度hn：hn=HnHn即：hn=该角点的设计标高自然地面标高（m）h1=70.3270.09=0.23（m）；正值为填方高度。70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.09+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2=70.3670.40=0.04（m）；负值为挖方高度2、确定零线、确定零线（挖填分界线）（挖填分界线）比例法找零点零点连线70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.4470.09003、场地土方量的计算：、场地土方量的计算：分别按方格求出挖、填方量，再求整个场地总挖方量、总填方量四角棱柱体法四角棱柱体法1）全挖、全填格）全挖、全填格：V挖（填）=a2(h1+h2+h3+h4)/4h1h4方格角点施工高度绝对值V挖（填）挖方或填方的体积。2）部分挖、部分填格：）部分挖、部分填格：V挖（填）=a2h挖（填）2/4hh挖（填）方格角点挖或填施工高度绝对值之和；h方格四个角点施工高度绝对值总和。方格1-2-5-6（一挖三填）V挖=20200.04/4（0.23+0.04+0.55+0.13）=4.21m3V填=2020（0.23+0.55+0.13）/4（0.23+0.04+0.55+0.13）=95.79m3方格6-7-10-11（二挖二填）V挖=2020（0.36+0.10）/4（0.13+0.36+0.43+0.10）=45.10m3V填=2020（0.13+0.43）/4（0.13+0.36+0.43+0.10）=54.90m3方格9-10-13-14（全填）V填=2020（0.83+0.43+1.04+0.56）/4=286.0m3将所有方格的挖方相加，填方相加三、土方的调配：三、土方的调配：在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。1 1、要求：、要求：总运输量最小；土方施工成本最低。2、步骤：、步骤：（1 1）找出零线，画出挖方区、填方区；）找出零线，画出挖方区、填方区；（2）划分调配区）划分调配区 （3）找各挖、填方区间的平均）找各挖、填方区间的平均运距运距（即土方重心间的距离）可近似以几何形心代替土方体积重心挖填B1B2B3挖方量A150 70100500A2704090500A36011070500A48010040400填方量8006005001900划分调配区示例：划分调配区示例：（4）列挖、填方平衡及运距表）列挖、填方平衡及运距表B1A1A2A3A4B2B30000（5）调配方案的优化）调配方案的优化（线性规划中表上作业法）（a）确定初步调配方案）确定初步调配方案按最小元素法：最小运距（或运费）取最大土方量。要求：要求：有几个独立方程土方量要填几个格，即应填m+n-1个格，不足时补“0”。如例中：m+n1=3+41=6，已填6个格，满足。（b）判别是否最优方案）判别是否最优方案用位势法求检验数ij，若所有ij0，则方案为最优解。1）求位势数）求位势数Ui和和Vj：2）求空格的检验数）求空格的检验数 ij挖填B1B2B3挖方量A15070100500A2704090500A36011070500A48010040400填方量8006005001900500400500300100100初方案总运输量总运输量97000m3-m求位势数：位势数：位势数就是在运距表的行或列中用运距（或单价）同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。计算方法：平均运距（或单方费用）Cij=Ui+Vj设U1=0，则V1=C11U1=500=50；U3=C31V1=6050=10；V2=11010=100；挖挖 填填位势数位势数B1B2B3位势数位势数Ui VjA1500 5070100A2705004090A3300 60 10011010070A480100400 40U1=0V1=50U3=10V2=100U2=60V3=60U4=20求空格的检验数求空格的检验数 ijij=CijUiVj;11=500500（有土）;-30+40+80+90+50+2013=10006040;挖挖 填填B1B2B3UiVjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070090A3U3=10000A4U4=-20801000位势数位势数5060110404070求检验数表21=70(60)5080;12=70010030检验数检验数 12为负值，方案不是最优，需调整为负值，方案不是最优，需调整（c）方案调整）方案调整调整方法：闭回路法。调整顺序：从负值最大的格开始。1）找闭回路找闭回路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。且将其它奇数次转角的土方数都减、偶数次转角的土方数都加这个土方量，以保持挖填平衡。3）再求位势及空格的检验数再求位势及空格的检验数若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij0而得到最优解。（C）方案调整）方案调整调整方法：闭回路法。调整顺序：从负值最大的格开始。找闭回路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。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。且将其它奇数次转角的土方数都减、偶数次转角的土方数都加这个土方量，以保持挖填平衡。填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 500A2 500A3 500A4 400800600 5001900400500500300100100X12(100)(0)(400)(400)调整后的方案挖填B1B2B3挖方量A15070100500A2704090500A36011070500A48010040400填方量8006005001900500400400400100100总运输量总运输量94000m3-m（5）求出最优方案的总运输量：求出最优方案的总运输量：40050100705004040060100704004094000m3-m。（E）绘出调配图）绘出调配图：（包括调运的流向、数量、运距）。（包括调运的流向、数量、运距）。A1A2A3A4B1B2B3m3m（D）重新计算位势数和检验数）重新计算位势数和检验数。检验数全大于等于零。检验数全大于等于零。方案最优方案最优第三节第三节 土方开挖的辅助工作土方开挖的辅助工作一、降低地下水位（一）降水目的降水目的 防止地下水进入基坑、基槽，保证施工的正常进行1、保证在基本干燥的条件开挖土方2、保证混凝土工程的正常施工3、保证混凝土浇筑质量25排水沟排水沟集水井集水井水泵水泵（二）降水方法（二）降水方法1、集水井法用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者（1）普通明沟排水法）普通明沟排水法（2）分层明沟排水法）分层明沟排水法（4）集水井的基本参数1）直径：0.60.8m；2）井底高度：开挖时低于挖土面0.71.0m，挖至设计标高后1.02.0m；3）间距：2040m。（5）集水井降水的优缺点1）优点：方法简单，费用小，对周围影响小；2）缺点：基坑土方比较潮湿，影响挖土效率；易出现流砂、管涌、边坡塌方等问题。（3）排水沟的基本参数：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。2、流砂现象流砂现象（2）流砂的防治减小动水压力改变动水压力的方向平衡动水压力当动水压力大于或等于土的浸水重度（GD）时，土粒被水流带到基坑内。（1）流砂原因3、井点降水法、井点降水法 （1）特点：）特点：效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工；可能引起周围地面和建筑物沉降。（2）井点类型及适用范围：）井点类型及适用范围：见P31表1-12井点类型渗透系数降水深度最大井距主要原理单级轻型井点0.120m/d36m1.62m地上真空泵或喷射嘴真空吸水多级轻型井点620喷射井点0.12082023m地下喷射嘴真空吸水电渗井点1.1n6井点管的埋设与使用井点管的埋设与使用（1）埋设方法：水冲法钻孔法（2）使用要求：开挖前25天开泵降水；连续抽水不间断，防止堵塞。（3）注意问题：水量先大后小，先混后清注意真空度大小注意检查观测井中水位（五）降水对基坑周边建筑物的不良影响及预防措施1、不良影响：抽水影响半径范围内的地基因水位降低而固结，造成建筑或管道等产生不均匀沉降2、预防措施（1）设置回灌井点（砂井）；（2）设置止水帷幕；（3）减缓降水速度。二、边坡稳定（一）条件与因素一）条件与因素 T CT土体下滑力。1、边坡稳定的条件C土体抗剪力。2、确定边坡大小的因素土质、开挖深度、开挖方法、留置时间、排水情况、坡上荷载（动、静、无）（二）放坡与护面二）放坡与护面1、直壁（不加支撑）的允许深度：密实、中密的砂土和砂填碎石土：1.00m；硬塑、可塑的粉质粘土及粉土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土：1.50m；坚硬的粘土：2m。2、放边坡（1）边坡坡度）边坡坡度（2）边坡形式：）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式斜坡、折线坡、踏步（台阶）式（3）临时性挖方边坡值）临时性挖方边坡值：开挖深度对软土不超过4m，对硬土不超过8m。具体略。HB1:mi=tg=H/B=1:(B/H)=1:mm坡度系数。mB/H3、基坑边坡护面措施：、基坑边坡护面措施：覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法基坑边坡护面方法示意图基坑边坡护面方法示意图（d）土袋或砌石压坡护面）土袋或砌石压坡护面（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面（a）薄膜或砂浆覆盖）薄膜或砂浆覆盖（b）挂网或挂网抹砂浆护面）挂网或挂网抹砂浆护面三、三、支护结构支护结构1横撑式支撑（1）水平衬板式：）水平衬板式：断续式深度3m内；连续式深度5m内；（2）垂直衬板式：）垂直衬板式：深度不限适用于：较窄且施工操作简单的管沟、基槽（a）（b）图 1.21 横撑式支撑（a）间断式水平挡土板支撑 （b）垂直挡土板支撑 1水平挡土板，2立柱，3工具式横撑 4垂直挡土板，5横楞木，6调节螺栓2支护桩挡墙支护桩挡墙（1）挡墙类型）挡墙类型1）钢板桩2）H型钢桩3）钻孔灌注桩4）人工挖孔桩5)深层水泥搅拌桩6)旋喷桩7）以上桩型的组合形式8）其他桩型（2）锚固形式）锚固形式1)悬臂式基坑深度5m；2)斜撑式基坑内有支设位置；3)锚拉式在滑坡面外设置锚碇(桩)；4)锚杆式地面上有障碍或基坑深度大；5)水平支撑式土质较差或坑周围地上、地下有障碍等（对撑、角撑、桁架支撑、圆形支撑等）。H5m(0.330.5)HH12mH30mH20m45o+/245o/2（3 3）支护桩失稳方式支护桩失稳方式 主要有：1）板桩下部走动；2）拉锚破坏；3）支撑破坏；4）拉锚长度不足；5）板桩失稳弯曲；6）板桩变形及桩背土体沉降。（4）钢板桩施工）钢板桩施工1）单独打入法：每根板桩一打到底，从一端直到另一端为止。优点：桩机行走路线短，施工简便速度快；缺点：易产生累计误差，垂直度难控制，适用于10m左右要求不高的工程。2）围檩插桩法在地面上作好围令架，将钢板先插入放好，然后将板桩逐块打入设计标高。分为单面围令和双面围令优点：保证平面尺寸，准确和板桩垂直度缺点：施工速度慢，费用高3）分段复打法将1020块钢板桩作为一组，沿单层围令插入土中，先将两端两板桩打入土中，并严格控制其垂直度，打好后，用电焊固定在围令上，然后将其他板桩以1/2或1/3高度来回打入优点：防止板桩过大倾斜和扭转，防止累计误差，且分段打设不影响临近板桩施工。3土钉墙支护土钉墙支护边坡坡度70工艺过程：工艺过程：按设计要求自上而下分段、分层开挖工作面，修整坡面埋设喷射混凝土厚度控制标志，喷射第一层混凝土钻孔，安设土钉钢筋注浆，安设连接件绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。若土质较好亦可采取如下顺序：开挖工作面、修坡绑扎钢筋网成孔安设土钉注浆、安设连接件喷射混凝土面层。支架支架台座台座垫板垫板锚具锚具拉杆拉杆横梁横梁套管套管拉杆拉杆锚固体锚固体挡墙挡墙土层锚杆的构土层锚杆的构造及长度划分造及长度划分钢绞线及灌浆管的固定钢绞线及灌浆管的固定水泥搅拌桩施工水泥搅拌桩施工施工方法：浆喷法、粉喷法施工设备：单轴、双轴、三轴施工工艺：两喷两搅、两喷四搅影响搅拌桩施工质量的三个关键因素：喷浆量、搅拌杆下沉及提升速度、搅拌次数4地下连续墙地下连续墙作用：作用：防渗、挡土，最好是作为地下室外墙的一部分；适用于：适用于：坑深大，土质差，地下水位高；邻近有建（构）筑物，常结合逆作法施工。（二）支护结构计算（二）支护结构计算 三种计算模型：三种计算模型：板式支护结构计算：采用相当梁法计算模型板式支护结构计算：采用相当梁法计算模型 重力式支护结构计算：挡土结构计算模型，验算重力式支护结构计算：挡土结构计算模型，验算整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性；计整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性；计算位移量算位移量 土钉墙计算：土层锚杆计算模型土钉墙计算：土层锚杆计算模型（三）支护结构监测（三）支护结构监测 测斜、测位移、测水位测斜、测位移、测水位第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工一、土方机械的类型一、土方机械的类型1.挖掘机械挖掘机械2.挖运机械挖运机械3.运输机械运输机械4.密实机械密实机械二、常见土方机械的特点，适用范围及作二、常见土方机械的特点，适用范围及作业方法业方法1推土机推土机：用途多，费用低；适用于：适用于：（1）平整场地；（2）坑槽开挖深度在1.5m内、一三类土。提高效率的作业方法：提高效率的作业方法：下坡推士，并列法等。液压履带式推土机液压履带式推土机液压轮胎式推土机液压轮胎式推土机铲刀可回转的液压履带式推土机铲刀可回转的液压履带式推土机并列推土法并列推土法下坡推土法下坡推土法2、铲运机：、铲运机：工作特点：工作特点：运土效率高；适用于：适用于：一二类土的大型场地平整或大型基坑开挖等3、单斗挖土机、单斗挖土机 （类型）（类型）正铲挖掘机正铲挖掘机反铲挖掘机反铲挖掘机拉铲挖掘机拉铲挖掘机抓铲挖掘机抓铲挖掘机三、自卸汽车与挖土机的配套三、自卸汽车与挖土机的配套原则：原则：（1）保持挖土机的持续操作）保持挖土机的持续操作 （2）注意提高挖掘机时间利用系数。）注意提高挖掘机时间利用系数。四、开挖方式与注意问题四、开挖方式与注意问题1基坑开挖方式基坑开挖方式（1）下坡分层开挖1：78的坡道（2）墩式开挖用于无修坡道的场地，搭设栈桥时（3）盆式开挖用于逆作法施工下坡挖土和运土示意图下坡挖土和运土示意图分层开挖方案分层开挖方案墩式开挖示意图墩式开挖示意图盆式开挖示意图盆式开挖示意图2深基坑开挖注意问题深基坑开挖注意问题（1）先撑后挖，分层开挖，严禁超挖。（2）坑边防止超载。（3）防止桩位移和倾斜（4）注意围护结构监测情况（5）注意施工安全、文物保护等第五节第五节 土方填筑土方填筑一、土料选择和填筑方法一、土料选择和填筑方法 1土料选择土料选择(1)不能用的土：冻土、淤泥、膨胀性土、含有机物8的土、含可溶性硫酸盐5的土（2）不宜用的土：含水量过大的粘性土 2、填筑方法、填筑方法（1）分层回填，分层压实（2）透水性不同的土，应将透水性好的填在下部二、压实方法与要求二、压实方法与要求1压实方法：压实方法：碾压法碾压法夯实法夯实法振动法振动法（a）两轮两轴式）两轮两轴式（b）三轮两轴式）三轮两轴式（c）三轮三轴式）三轮三轴式钢轮压路机碾轮与轴数简图钢轮压路机碾轮与轴数简图1机身；机身；2碾轮碾轮YL9/16型自行式轮胎碾型自行式轮胎碾YT-3.5型双筒羊脚碾外形图型双筒羊脚碾外形图H8-25A型蛙式夯实机型蛙式夯实机土的密度与压实功的关系示意图土的密度与压实功的关系示意图压实作用沿深度的变化压实作用沿深度的变化2影响压实质量的因素影响压实质量的因素压实功压实功铺土厚度铺土厚度含水量含水量应为最佳含水量3要求要求（1）每层铺士厚度与压实遍数）每层铺士厚度与压实遍数（2）含水量调整与橡皮土处理）含水量调整与橡皮土处理三、压实质量检查三、压实质量检查1内容内容：密实度；指标：干密度d；方法：环刀法或灌砂法2要求要求：dDy dmax 式中：Dy压实系数。（基础回填0.9；填土作地基，在地基主要持力层范围内0.96，在地基主要持力层范围以下0.930.96）dmax该类土的最大干密度（击实试验确定）3要求要求（1）每层铺士厚度与压实遍数）每层铺士厚度与压实遍数（2）含水量调整与橡皮土处理）含水量调整与橡皮土处理