土方工程详解学习教案

土方工程土方工程(t fn n chn)详解详解第一页，共69页。第一节 土的分类(fn li)和工程性质一、土的工程分类(fn li)二、土的工程性质1、土的含水量2、土的可松性3、土的渗透性第二节 土方(tfng)量计算一、基坑（槽）、管沟土方(tfng)量计算二、场地平整土方(tfng)量计算主要(zhyo)内容第1页/共69页第二页，共69页。一、土的工程分类 在土方工程施工和工程预算定额中，根据土的开挖难易程度(chngd)，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等八类。前四类为一般土，后四类为岩石。第一节 土的分类(fn li)和工程性质土的工程分类 土的可松性 土的分类 土的名称 Ks Ks 现场鉴别方法 一类土 （松软土） 砂，亚砂土，冲击砂土层，种植土，泥炭（淤泥） 1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘 二类土 （普通土） 亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1.141.28 1.021.05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土 （坚土） 软及中等密实土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土，亚粘土，压实的填筑土 1.241.30 1.041.07 主要用镐，锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土 （砂砾坚土） 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，软泥灰岩及蛋白石 1.261.32 1.061.09 整个用镐， 撬棍， 然后用锹挖，部分用楔子及大锤 五类土 （软石） 硬石灰，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 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破 六类土 （次坚石） 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实石灰岩，风化花岗岩，片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖， 部分用风镐 七类土 （坚石） 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗中粒花岗岩，坚实白云岩，砂岩，砾岩，片麻岩，石灰岩，风化痕迹的安山岩，玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土 （特坚石） 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，辉绿岩，玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖 第2页/共69页第三页，共69页。二、土的工程性质 1、土的含水量（w） 土中水的质量与固体(gt)颗粒质量之比，以百分率表示： 式中， m1含水状态时土的质量(zhling)（kg）； m2烘干后土的质量(zhling)（kg）； mw土中水的质量(zhling)（kg）； ms固体颗粒的质量(zhling)（kg）。第一节 土的分类和工程(gngchng)性质sw221mmmmmw第3页/共69页第四页，共69页。第一节 土的分类(fn li)和工程性质二、土的工程性质 2、土的可松性： 自然状态下的土经开挖后，内部组织破坏，其体积因松散而增加以后虽经回填(hutin)压实仍不能恢复其原来的体积，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示：式中 Ks土的最初可松性系数； Ks 土的最终可松性系数； V 1土在自然状态下的体积； V 2土挖出后的松散(sngsn)状态下的体积； V 3土经回填压实后的体积。1312;VVKVVKss第4页/共69页第五页，共69页。砂土的渗透(shntu)实验kILkhV第5页/共69页第六页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算一、基坑（槽）、管沟土方量计算 基坑土方量的计算可近似按立体几何中拟柱体（由两个平行的平面做底的一种(y zhn)多面体）体积公式计算。 基槽和管沟在土方量计算时，可沿长度方向分段计算，将各段土方量相加，即得总土方量。 )4(6201AAAHV 基坑(j kn)土方量计算 基槽土方量计算)4(612011niiiiAAAlV第6页/共69页第七页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算二、 场地设计标高的确定 场地平整土方量的计算思路是先确定一个场地设计标高，以此标高为基准分别计算标高以下的填方(tin fn)量和标高以上的挖方量。 l、初步确定场地设计标高H0（1）在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10m40m的若干方格如图所示；（2）确定各小方格的角点高程。可根据地形图上相邻两等高线的高程，用插值法求得。在无地形图的情况下，也可以在地面用木桩或钢钎(n qin)打好方格网，然后用仪器直接测出方格同角点标高。 场地设计标高计算第7页/共69页第八页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算二、场地(chngd)设计标高的确定 （3）按填挖方平衡原则(yunz)确定设计标高； 场地设计标高计算)4(22211211220HHHHaNaHNHHHHH4)(222112110 由图 可看出，H11只属于一个方格的角点标高，H12和H21则属于两个方格公共的角点标高，H22则属于四个方格公共的角点标高，它们分别在上式中要加一次、二次、四次。因此，上式可改写成下列形式： NHHHHH443243210第8页/共69页第九页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算二、场地(chngd)设计标高的确定2、场地设计标高H0的调整 按上述公式所计算(j sun)的设计标高H0系一理论值，实际上还需要考虑以下因素进行调整：（1）由于土的可松性，会使填土有剩余 H0（2）考虑场地泄水坡度对角点设计标高的影响；（3）设计标高以上的各种填方工程（如场区上填筑路堤） H0 ；或者由于设计标高以下的各种挖方工程（如挖河道、水池、基坑等） H0 ；（4）根据经济比较的结果，将部分挖方就近弃于场外，或部分填方就近取于场外而引起挖、填土方量的变化后，需增减设计标高。 上述四方面因素对H0的影响同时出现的机会较小，可根据现场情况适当考虑。第9页/共69页第十页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算三、场地平整(pngzhng)土方量的计算 场地平整(pngzhng)土方量的计算一般采用方格网法。 （1）计算场地各方格(fn )角点的施工高度 nnnHHh 式中，hn为角点施工高度，即挖填高度，以“”为填，“”为挖；Hn为角点的设计标高；Hn为角点的自然地面标高。（2）确定“零线” 平面网格中，相邻两个零点相连成的一条折线，就是方格网中的挖填分界线零线。 设h1为填方角点的填方高度，h2为挖方角点的挖方高度，O为零点位置。则O点与A点的距离为：211hhahx 求零点的图解法BACODxah1h2第10页/共69页第十一页，共69页。第二节 土方(tfng)量计算三、场地平整土方(tfng)量的计算（3）计算方格挖填土方(tfng)量 零线求出后，场地的挖填区即随之标出，可按“四方棱柱体法” 计算出各方格的挖填土方(tfng)量。 全挖全填方格 两挖两填方格挖全填方格 三挖一填或三填一挖方格aaaaaah1h1h1h2h3h4h2h2h3h3h4h4)(443212hhhhaV ； )(43222412122, 1hhhhhhaV)(43223412424,3hhhhhhaV4)22(6)(6432123 , 2, 143413424VhhhhaVhhhhhaV第11页/共69页第十二页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土1、推土机 施工特点：灵活、功率大、爬30坡、40-60m时效率最高。（1）种类：索式、液压（2）应用条件：挖深（填高）1.5m 运距100m 坡度(pd)30 1 3类土 （3）作业方式：目的是提高效率 下坡推土，提高30-40% 槽形推土 并列推土，提高15-20% 分批集中，一次推送 推土机外形(wi xn)第12页/共69页第十三页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土下坡(xi p)推土槽形推土并列(bngli)推土第13页/共69页第十四页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、铲运机、铲运机（1）类型）类型(lixng)：自：自行、拖式行、拖式（2）特点：更灵活；）特点：更灵活； 运距：运距：（拖式）（拖式）200350m；（自行）（自行）8001500m；（3）适用条件：）适用条件： 13类土类土 大面积大面积 w27%C3-6型自行式铲运机C6-2.5型拖式铲运机第14页/共69页第十五页，共69页。（1）铲土方式：下坡铲土；挖近填远，挖远填近；推土机助铲；双联铲运；挂大斗铲运（2）开行路线(lxin)： 环形路线(lxin)；8字型路线(lxin)第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、铲运机、铲运机 铲运机开行路线(lxin)a)、b)、c) 环形路线(lxin)； d） 8字形路线(lxin) 第15页/共69页第十六页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机 常用挖土机主要常用挖土机主要(zhyo)为单斗挖土机，只用于挖为单斗挖土机，只用于挖土，运土由自卸式汽车完土，运土由自卸式汽车完成。根据挖土方式单斗挖成。根据挖土方式单斗挖土机铲斗类型可分为：土机铲斗类型可分为：（1）正铲；）正铲；（2）反铲）反铲 ；（3）抓铲；）抓铲；（4）拉铲。）拉铲。正铲反铲抓铲拉铲第16页/共69页第十七页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机（1）正铲）正铲 特点：只能挖土、挖土机必须在工作面、挖土深度特点：只能挖土、挖土机必须在工作面、挖土深度(shnd)大、效率高；大、效率高；条件：条件：14类土、大型工程、工作面无涌水类土、大型工程、工作面无涌水 技术参数 符号 单位 WY100 WY60 铲斗容量 q m3 1.0 0.6 最大挖土半径 R m 8.0 7.78 最大挖土高度 H m 7.0 6.34 最大挖土深度 h m 2.9 4.36 最大卸土高度 H1 m 2.5 4.05 正铲挖土机的主要技术(jsh)性能第17页/共69页第十八页，共69页。正铲作业挖土和卸土方式：正向卸土、后方(hufng)卸土；正向 挖土、侧向卸土第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机 正铲挖土机挖土和卸土方式a)正向挖土后方(hufng)卸土；b)正向挖土侧向卸土第18页/共69页第十九页，共69页。正铲作业(zuy)工作面及开行通道第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机 正铲开挖(ki w)基坑工作面及开行通道a)一层通道多次开挖(ki w)；b)之字开行加宽工作面；c)多层通道开挖(ki w)第19页/共69页第二十页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机（2）反铲）反铲特点：挖土机可在地面、边坡留土、挖土深度比正铲小；特点：挖土机可在地面、边坡留土、挖土深度比正铲小； 条件：小型基坑条件：小型基坑(j kn)、基槽、独立柱基、水下挖土；、基槽、独立柱基、水下挖土； 技术参数 符号 单位 W2-40 W4-60 铲斗容量 最大挖土半径 最大挖土高度 最大挖土深度 最大卸土高度 q R H h H1 m3 m m m m 0.4 7.03 5.98 3.74 4.52 0.6 7.3 6.4 3.7 4.7 反铲挖土机的主要反铲挖土机的主要(zhyo)(zhyo)技术性能技术性能第20页/共69页第二十一页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机（2）反铲）反铲 作业方式作业方式(fngsh)开行方式开行方式(fngsh)： 沟端开行；沟端开行； 沟侧开行：稳定性差、但弃土较远；沟侧开行：稳定性差、但弃土较远；反铲开行(kixng)方式a)沟端开行(kixng)；b)沟侧开行(kixng)第21页/共69页第二十二页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 一、挖土挖土2、挖土机、挖土机（3）抓铲）抓铲 抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢索装一抓斗，可挖抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢索装一抓斗，可挖12类土，特别类土，特别(tbi)适合独立基坑适合独立基坑水下挖土。水下挖土。（4）拉铲）拉铲 拉铲挖土机的铲斗悬挂在钢丝绳下，土斗借重力切入土中，可用于开挖拉铲挖土机的铲斗悬挂在钢丝绳下，土斗借重力切入土中，可用于开挖12类土，开挖深度类土，开挖深度和宽度较大。由于开挖的精确性较差，边坡要留更多的土，且大多用于将土弃于土堆。和宽度较大。由于开挖的精确性较差，边坡要留更多的土，且大多用于将土弃于土堆。 第22页/共69页第二十三页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 W1W2W3T1 T2？问题的实质：已知各挖土区和填土区的位置和土方量及各挖土区和填土区之间的运距，求各挖土区向各填土区调配的土方量是多少时，总的运输问题的实质：已知各挖土区和填土区的位置和土方量及各挖土区和填土区之间的运距，求各挖土区向各填土区调配的土方量是多少时，总的运输(ynsh)费用最低费用最低第23页/共69页第二十四页，共69页。求解方法：线性规划法中的求解方法：线性规划法中的“表上作业法表上作业法”求解步骤求解步骤(bzhu)（一）准备工作（一）准备工作1、划分调配区、划分调配区2、计算调配区之间的平均运距、计算调配区之间的平均运距（二）建立土方调配的数学模型（二）建立土方调配的数学模型1、土方平衡与运距表、土方平衡与运距表2、数学模型、数学模型3、求解分析、求解分析（三）用（三）用“表上作业法表上作业法”进行土方调配进行土方调配1、初始方案的确定、初始方案的确定2、方案是否最优的判别、方案是否最优的判别3、方案的调整、方案的调整（四）土方调配图的绘制（四）土方调配图的绘制第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 第24页/共69页第二十五页，共69页。划分调配区划分调配区（l）调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期分批施工的要求，用）调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期分批施工的要求，用近期施工与后期利用相结合。近期施工与后期利用相结合。（2）调配区的大小应使上方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。）调配区的大小应使上方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。（3）当土方运距较大或场区内土方平衡时，可根据附近地形，考虑就近借土或就近弃土，每一个）当土方运距较大或场区内土方平衡时，可根据附近地形，考虑就近借土或就近弃土，每一个(y )借土区或弃土区均可作为一个借土区或弃土区均可作为一个(y )独立的调配区。独立的调配区。（4）平整场地工程，划分调配区时要与场地设计标高结合起来，使填挖平衡。）平整场地工程，划分调配区时要与场地设计标高结合起来，使填挖平衡。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 第25页/共69页第二十六页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 土方平衡与运距表 填方区 挖方区 B1 B2 Bj Bn 挖方量 A1 c11 x11 c12 x12 c1j x1j c1n x1n a1 A2 c21 x21 c22 x22 c2j x2j c2n x2n a2 Ai ci1 xi1 ci2 xi2 cij xij cin xin ai Am cm1 xm1 cm2 xm2 cmj xmj cmn xmn am 填方量 b1 b2 bj bn njmiiba1 第26页/共69页第二十七页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 数学模型数学模型求一组求一组xij的值，使目标的值，使目标(mbio)函数函数为最小值，并满足下列约束条件minjijijxcz11injijax 1jmiijbx 1 i=1,2,m j=1,2,n njmiiba1xij0 第27页/共69页第二十八页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 （1）根据约束条件知道，未知量有m*n个，而方程数为mn个。由于填挖平衡，因此独立(dl)方程的数量实际上只有m+n-l个。（2）由于独立(dl)方程只有m+n-1个，而未知量有m*n个，无法计算。在求解线性规划问题时，可以先命m*n-（m+n-1）个未知量为零（可以任意假定。但为了减少运算次数，可以按照就近分配的原则，把运距较远或运费较大的那些未知量假定为零），这样就能够解出第一组m+n-1个未知量的值。这个解是不是最优解，还需要用检验数进行检验。如果在解中换一个未知量（使解中的一个未知量的值为零，并把不在解中的一个未知量引入解中），能使求得的一组新解的目标函数下降，那么新解就比前一个解合理。这样一次次调整，直到使目标函数值为最小，此时的一组解就是最优解。 关于线性规划的理论及计算方法可以详见有关的专著。求解分析求解分析第28页/共69页第二十九页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 各调配区土方(tfng)量和平均运距图第29页/共69页第三十页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 初始方案的确定初始方案的确定(qudng)就近分配法就近分配法初始方案表 填 挖 B1 B2 B3 挖方量 A1 50 400 70 100 400 A2 70 40 400 90 400 A3 60 100 110 200 70 100 400 A4 80 100 40 500 500 填方量 500 600 600 1700 第30页/共69页第三十一页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 最优方案的判别最优方案的判别（1）求位势数）求位势数列出初始方案中有调配数方格的列出初始方案中有调配数方格的cij由公式由公式 cij = ui + vj 求位势数并列入表中求位势数并列入表中（2）计算检验数）计算检验数 ij= cij ui - vj 只要出现负的检验数，就说明方案不是最优，需要只要出现负的检验数，就说明方案不是最优，需要(xyo)进进一步调整一步调整第31页/共69页第三十二页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 求位势求位势(wi sh)数数由由 cij = ui + vj 求位势求位势(wi sh)数数 ui 、vj 初始方案的位势数 B1 B2 B3 vj ui 50 100 60 A1 0 0 70 -30 100 +40 A2 -60 70 +80 0 90 +90 A3 10 0 0 0 A4 -20 80 +50 100 +20 0 第32页/共69页第三十三页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 第一步：在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），本例中第一步：在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），本例中是是12，把它所对应的变量，把它所对应的变量x12作为调整对象。作为调整对象。 第二步：找出第二步：找出x12的闭回路。其做法是：从的闭回路。其做法是：从x12格出发，沿水平与竖直格出发，沿水平与竖直方向前进方向前进(qinjn)，遇到适当的有数字的方格作，遇到适当的有数字的方格作90转弯，然后继续前进转弯，然后继续前进(qinjn)，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，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的、用水平和竖直线联起来的闭合回路，见表方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭合回路，见表1-8。 第三步第三步:从空格从空格x12出发，沿着闭合回路（方向任意）一直前进出发，沿着闭合回路（方向任意）一直前进(qinjn)，在各奇数次转角点的数字中，挑出最大运距对应的在各奇数次转角点的数字中，挑出最大运距对应的xij（本例中（本例中c32=110最大，最大，它对应的它对应的x32=200），将它由），将它由x32调到调到x12方格中。方格中。 第四步：将第四步：将“200”填入填入x12方格中，被调出的方格中，被调出的x32为为0（该格变为空格）；（该格变为空格）；同时将闭合回路上其它的奇数次转角上的数字都减去同时将闭合回路上其它的奇数次转角上的数字都减去“200”，偶数次转角上数，偶数次转角上数字都增加字都增加“200”，使得填挖方区的土方量仍然保持平衡。这样调整后，便可得，使得填挖方区的土方量仍然保持平衡。这样调整后，便可得到表中的新调配方案。到表中的新调配方案。 第五步：对新调配方案，仍用第五步：对新调配方案，仍用“位势法位势法”进行检验，看其是否是最优方案。进行检验，看其是否是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。案为止。 第33页/共69页第三十四页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 闭合回路法 填 挖 B1 B2 B3 挖方量 A1 400 400 A2 400 400 A3 100 200 100 400 A4 500 500 填方量 500 600 600 1700 第34页/共69页第三十五页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 调整后的方案 填 挖 B1 B2 B3 挖方量 A1 50 200 70 200 100 400 A2 70 40 400 90 400 A3 60 300 110 70 100 400 调整后方案的检验 B1 B2 B3 vj ui 50 70 60 A1 0 0 0 100 +40 A2 -30 70 +50 0 90 +60 110 表中所有(suyu)检验数均为正号，故该方案为最优方案。Z=20050+20070+40040+30060+10070+50040=85000（m3m） 最优土方调配方案的土方总运输量为：第35页/共69页第三十六页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 二、运土土方(tfng)调配 土方(tfng)调配图第36页/共69页第三十七页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、挖土设备和运土设备数量三、挖土设备和运土设备数量(shling)(shling)的计算的计算（一）挖土设备数量（一）挖土设备数量(shling)(shling)的计算的计算台）(1dTCKQQN式中， Q土方量（m3）;Qd挖土机生产率（m3/台班）；T工期（工作日）；C每天工作班数；K工作时间(shjin)利用系数（0.80.9）。 第37页/共69页第三十八页，共69页。（二）运土设备数量的计算(j sun)当用挖土机挖土时，运土设备数量应与挖土设备数量配套。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、挖土设备和运土设备数量三、挖土设备和运土设备数量(shling)(shling)的计算的计算一台挖土机配备的自卸汽车台数N为： /PPN 式中 P和 分别为挖土机生产率和自卸汽车生产率（m3/台班）。或按：PttN 式中 t 和 分别为每一循环车辆运输时间和运输车辆装满一车土的时间（min)。t第38页/共69页第三十九页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、填土压实 填土料应慎重选择，含有(hn yu)大量有机质、含水溶性硫酸盐大于5%、淤泥、膨胀土、冻土等不宜用作填方土料。 （一）压实方法（一）压实方法(fngf)填土压实方法图a)碾压 b)夯实 c)振动 第39页/共69页第四十页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、填土压实填土压实 （二）作业参数（二）作业参数1、密实、密实(m shi)度（或压实系数）度（或压实系数） 土的要求密实度，通常以压实系数（压实度）表示。压实系数为土的控制（实际）干密度0与最大干密度max（最大干密度是在最佳含水量的状态下，通过标准压实方法确定的）的比值。 压实系数一般由设计确定，例如，砌块承重(chngzhng)结构和框架结构，在地基持力层范围内的应大于0.96，在地基的持力层范围以下应在0.930.97之间。高等级公路路床应大于0.95、上路堤应大于0.93、下路堤应大于0.90。 第40页/共69页第四十一页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、填土压实填土压实 2、土的含水量土的含水量 土的含水量不同，在同样土的含水量不同，在同样(tngyng)(tngyng)压实功作用下，土的压实压实功作用下，土的压实质量不同，如图所示，对应最大干重质量不同，如图所示，对应最大干重度的含水量称为最佳含水量。施工时度的含水量称为最佳含水量。施工时应尽量保证在最佳含水量时压实。应尽量保证在最佳含水量时压实。土的含水量对压实质量(zhling)的影响图第41页/共69页第四十二页，共69页。第三节 土方(tfng)机械化施工 三、填土压实填土压实 3、铺土厚度、铺土厚度 压实作用压实作用(zuyng)沿深度变化如图所示，因此压实施工时分层铺土沿深度变化如图所示，因此压实施工时分层铺土厚度应在压实设备作用厚度应在压实设备作用(zuyng)深度范围内，见表。深度范围内，见表。 压实作用(zuyng)沿深度的变化图分层铺土厚度和压实遍数压实机具每层铺土厚度（mm）每层压实遍数平碾20030068羊足碾200350812蛙式打夯机20030034人工打夯20034第42页/共69页第四十三页，共69页。分层铺土厚度和压实遍数压实机具每层铺土厚度（mm）每层压实遍数平碾20030068羊足碾200350812蛙式打夯机20030034人工打夯20034第三节 土方(tfng)机械化施工 三、填土压实填土压实 4、压实遍数、压实遍数 压实功与压实机具、压实遍数、作用时间压实功与压实机具、压实遍数、作用时间(shjin)等因素有关，压实功与土的密实度的关等因素有关，压实功与土的密实度的关系如图所示，因此压实遍数也应合理确定，见表。系如图所示，因此压实遍数也应合理确定，见表。土的密实(m shi)度与压实功的关系图第43页/共69页第四十四页，共69页。第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 一、边坡工程(gngchng)（一）放坡（二）支护 二、排、降水工程(gngchng) （一）流沙 （二）排水 （三）降水第44页/共69页第四十五页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （一）（一）放坡放坡 式中，m=B/H为边坡系数(xsh)。BH边坡坡度图v坡度(pd)表示：如图，设i为边坡坡度(pd)，则：mB/HBHi:11v直壁开挖直壁开挖 根据土方工程相关规范的规定：对于土质均匀且地下水位低于基坑（槽）底或管沟底面标高，开挖土层湿度适宜且敞露时间不长时，其挖方边坡可作成直壁，不加支撑，但挖方深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石土（充填物为砂土）密实、中密的砂土和碎石土（充填物为砂土）- 1.0（m）硬塑、可塑的粉质粘土及粉土硬塑、可塑的粉质粘土及粉土 -1.25（m）硬塑、可塑的粘土和碎石类土（充填物为粘性土）硬塑、可塑的粘土和碎石类土（充填物为粘性土） 1.50（m）坚硬的粘土坚硬的粘土 - 2.0（m）第四节 土方工程的辅助工程 第45页/共69页第四十六页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （一）（一）放坡放坡 v 按规定坡度开挖(ki w)v 深度超过以上数值的基坑边坡，开挖(ki w)时可按相应规范选取，对于5m以内基坑可按表选取。 v 通过计算确定坡度v 对地下水、开挖(ki w)深度、荷载、土质复杂等开挖(ki w)条件超过规范的规定时，可采用土力学原理计算边坡坡度。 第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 边坡坡度 土的类别 坡顶无荷载 坡顶有 静载 坡顶有 动载 密砂土 中密碎石土（充填物为砂土） 硬塑的轻亚粘土 中密碎石土（充填物为粘土） 硬塑的亚粘土、粘土 老黄土 软土（经井点降水后） 1：1.00 1：0.75 1：0.67 1：0.50 1：0.33 1：0.10 1：1.00 1：1.25 1：1.00 1：0.75 1：0.67 1：0.50 1：0.25 - 1：1.50 1：1.25 1：1.00 1：0.75 1：0.67 1：0.33 - 深度在5m以内的基坑（槽）、管沟边坡最陡坡度第46页/共69页第四十七页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护(zh h) 横撑式支撑横撑式支撑 开挖较窄的基坑或沟槽时多采用横撑式支撑，如图所示。水平挡土板适用于湿度开挖较窄的基坑或沟槽时多采用横撑式支撑，如图所示。水平挡土板适用于湿度小、开挖深度小、开挖深度H3m的条件；垂直挡土板适用于松散、湿度大的土质条件，而且开挖的条件；垂直挡土板适用于松散、湿度大的土质条件，而且开挖深度不限。深度不限。 第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 沟槽横撑式支撑图a) 水平挡土板b) 垂直挡土板1-水平挡土板;2-垂直支撑;3-工具式支撑；4-垂直挡土板；5-水平支撑；6-连接件 第47页/共69页第四十八页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 板桩式支护结构板桩式支护结构 深基坑可采用短桩深基坑可采用短桩隔墙板支撑、锚拉支隔墙板支撑、锚拉支撑、斜柱支撑、临时撑、斜柱支撑、临时挡土墙支撑、钢板桩、挡土墙支撑、钢板桩、挡土灌注桩、型钢构挡土灌注桩、型钢构架架(u ji)横撑、土横撑、土层锚杆、挡土灌注桩层锚杆、挡土灌注桩与土层锚杆相结合等与土层锚杆相结合等多种支护形式支撑。多种支护形式支撑。这些支护都属于板桩这些支护都属于板桩式结构，由挡墙系统式结构，由挡墙系统和支撑（或拉锚）系和支撑（或拉锚）系统两部分组成，其破统两部分组成，其破坏形式如图。坏形式如图。 第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 板桩事故图a)入土深度不足导致板桩下部走动； b)拉锚强度不足导致板桩倾覆；c)拉锚长度、板桩入土深度不足导致整体滑移；d)刚度不足导致板桩侧向弯曲第48页/共69页第四十九页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 重力式支护结构重力式支护结构 水泥土重力式围护结构水泥土重力式围护结构如图所示，利用柱状水泥如图所示，利用柱状水泥土搅拌桩，彼此土搅拌桩，彼此(bc)搭搭接形成重力式挡墙。它没接形成重力式挡墙。它没有支撑或拉锚结构，费用有支撑或拉锚结构，费用较低。较低。该支护结构适用于深度该支护结构适用于深度h0=46m的基坑，其面的基坑，其面积置换率（加固土面积积置换率（加固土面积/总面积）约为总面积）约为0.60.8，墙体宽度墙体宽度B=（0.60.8）h0，墙体插入深度，墙体插入深度D=(0.81.2)h0。水泥土重力式围护结构设水泥土重力式围护结构设计应计算整体稳定性、抗计应计算整体稳定性、抗渗性、抗倾性、抗滑移和渗性、抗倾性、抗滑移和墙体抗剪强度等。墙体抗剪强度等。第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 水泥土重力式围护结构图1水泥土搅拌桩；2插筋；3混凝土面层第49页/共69页第五十页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 单支点单支点(zhdin)、嵌固支撑板桩、嵌固支撑板桩计算计算第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 计算模型图第50页/共69页第五十一页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 单支点单支点(zhdin)、嵌固支撑板、嵌固支撑板桩计算桩计算第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 计算方法图相当梁法第51页/共69页第五十二页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 单支点单支点(zhdin)、嵌固支撑板桩计算步骤、嵌固支撑板桩计算步骤第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 板墙部分计算 a.计算板桩的主动土压力和被动土压力；计算板桩上土压力强度为零的点D至地面的距离；b.将板桩在D点截断，X=0, M=0 求AD的支座反力RD和拉锚力RA；c.由MC=0计算板桩入土深度t0d.板桩总的入土深度t=u+1.2t0e.在剪力为零处求得最大弯矩MmaxapaKKHKu)(60apDKKrRt第52页/共69页第五十三页，共69页。一、边坡工程(gngchng) （二）支护（二）支护 单支点、嵌固支撑板桩计算步骤单支点、嵌固支撑板桩计算步骤(bzhu) 拉锚系统计算拉锚系统计算第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 拉锚长度拉锚长度 应保证锚座板桩位于它本身引起的被动土楔滑移线、板桩位移引起的主动土楔滑移线和静土楔滑移线之外（阴影区），按下列两式计算，取其中大值。)90tan()245tan()245tan()(121HLhuHLLL第53页/共69页第五十四页，共69页。二 、排、降水(jingshu)工程 （一）排水（一）排水 排水方法如图所示，采排水方法如图所示，采用集水沟、集水井集水，然用集水沟、集水井集水，然后由水泵排出。排水沟截面后由水泵排出。排水沟截面为为0.3m0.5m、坡度为、坡度为3；集水井直径集水井直径0.60.8m、间距、间距2040m；所用水泵有离心泵、；所用水泵有离心泵、潜水泵、软轴泵等。潜水泵、软轴泵等。 排水适用条件为粗粒土层排水适用条件为粗粒土层(t cn)或粘性土层或粘性土层(t cn)。 第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 集水井降水图1-排水沟；2-集水井；3-水泵第54页/共69页第五十五页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水流沙流沙概念：当基坑（槽）挖土到地下水位以下，而土质又是细砂和粉砂，若采用明排水的方法概念：当基坑（槽）挖土到地下水位以下，而土质又是细砂和粉砂，若采用明排水的方法疏干开挖，则坑（槽）底下面的土会形成流动状态，并随地下水涌入基坑，这种现象叫流疏干开挖，则坑（槽）底下面的土会形成流动状态，并随地下水涌入基坑，这种现象叫流砂。砂。危害：流砂可造成边坡塌方、附近建筑物（构筑物）下沉、倾斜、倒塌等。危害：流砂可造成边坡塌方、附近建筑物（构筑物）下沉、倾斜、倒塌等。流砂产生的原因：是单位体积颗粒流砂产生的原因：是单位体积颗粒(kl)所受的向上动水压力所受的向上动水压力GD大于颗粒大于颗粒(kl)浸水容重，浸水容重，即：即：GDw ，土颗粒，土颗粒(kl)处于悬浮状态，土的抗剪强度为零，土颗粒处于悬浮状态，土的抗剪强度为零，土颗粒(kl)随水流一起流随水流一起流入基坑形成流砂。可见，产生流砂的条件是细砂或粉砂且颗粒入基坑形成流砂。可见，产生流砂的条件是细砂或粉砂且颗粒(kl)较均匀；外因是动水压较均匀；外因是动水压力力GD。防治流砂的原则：可概括为防治流砂的原则：可概括为“治砂先治水治砂先治水”，途径包括减少和平衡动水压力的大小和改变，途径包括减少和平衡动水压力的大小和改变动水压力的方向。施工中采取的具体措施包括：动水压力的方向。施工中采取的具体措施包括：1）枯水期施工；）枯水期施工；2）打板桩增加地下水的）打板桩增加地下水的渗流长度，减小动水压力；渗流长度，减小动水压力；3）水下挖土，平衡动水压力；）水下挖土，平衡动水压力；4）地下连续墙截住地下水；）地下连续墙截住地下水；5）人工降水等。人工降水等。 第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 第55页/共69页第五十六页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 降水的含义降水的含义 基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落在坑底以下，直至施工结束。降水效果降水效果 优点：工作面保持干燥，改善施工条件改变动水压力方向，防止流砂形成提高土的强度和密实度 缺点：基坑附近土壤会沉降第56页/共69页第五十七页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v降水方法：轻型井点轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点各种井点适用范围井点类型土的渗透系数(m/d)降水深度(m)一级轻型井点多级轻型井点喷射井点电渗井点 0.1- 500.1- 500.1- 5015轻型井点 管井类第57页/共69页第五十八页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点的设备轻型井点的设备滤管：1.01.2m、3857mm、2050%井点管：57m、 3857mm集水总管和弯联管：100127mm、4m/节抽水设备 真空泵（每台负担 100200m）、离心水泵、水气分离器第58页/共69页第五十九页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 v轻型井点轻型井点轻型井点轻型井点降水全貌降水全貌 轻型井点降水全貌图1井点管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵房；6原有地下水位线；7降水后的水位线第59页/共69页第六十页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点布置轻型井点布置平面布置平面布置单排：B6m 、S 5m环形: 大面积（B15m）单环形：L/B5、S 5m、B5 分段布置成多个环形高程布置高程布置 HH1+h+ILH1井点埋设面至坑底距离(m)；h坑底至降水后地下水位的距离(m)；I地下水降落坡度，环形、双排布置时取1/10，单排布置时取1/4；L井点管至基坑中心的距离（单排井点为井点管至基坑另一侧的水平距离）(m)。 环形井点布置图(1) 平面布置；(2)高程布置1总管；2井点管；3泵站第60页/共69页第六十一页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点布置轻型井点布置单排线状基坑布置图（a）平面布置；（b）高程布置1总管；2井点管；3泵站第61页/共69页第六十二页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算井点系统涌水量计算（Q)井点管数量计算(n)井距计算(D)井距和井点管数量的调整(D、n)抽水设备的选择第62页/共69页第六十三页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 2、降水、降水(jingshu)第四节 土方工程的辅助(fzh)工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算井点系统涌水量计算（井点系统涌水量计算（Q)确定水井种类计算公式 (无压完整井）无压完整井） 第63页/共69页第六十四页，共69页。x0环状井点系统(xtng)的假想半径(m)，当矩形基坑的长宽比不大于5时，可按下式计算：F环状井点系统(xtng)所包围的面积(m2)。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算环形井点无压完整井涌水量计算公式：0lglg)2(366. 1xRSSHkQ式中，Q井点系统涌水量(m3/d)；K土壤渗透系数(m/d)；H含水层厚度(m)；S降水深度(m)；R抽水影响半径(m)，常按下式计算：KHR95. 1Fx 0水井分类a)无压完整井; b)无压非完整井; c)承压完整井; d)承压非完整井 第64页/共69页第六十五页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算确定井点管数量需要先确定单根井点管的出水量q(m3/d)，这取决于滤管的构造、尺寸及土的渗透系数K ，按下式计算： 式中，d滤管直径(内径）(m)；l滤管长度(m)；由此得井点管数量n为： 式中，1.1备用系数。井点管间距井点管间距(D)的计算的计算 式中，L总管长度(m)；n井点管数量。365KdlqqQn1 . 1nLD 井点管数量井点管数量(n)计算计算 第65页/共69页第六十六页，共69页。井距和井点管数量(shling)的调整 井点管间距经计算后，在确定时还应注意以下几点： 井点管间距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减小，一般取滤管周长的5倍10倍，即 5d10d。 在渗透系数小的土中，井距不应完全按计算取值，还要考虑抽水时间，否则井距较大时水位降落时间很长，因此在此类土中井距宜取得较小些。 在基坑（槽）周围拐角和靠近地下水流方向（河边）一边的井点管应适当加密(ji m)。 井距应与总管上的接头间距相配合（取接头间距的整数倍）。 当采用多级井点排水时，下一级井距应小于上一级井距。 根据综合考虑确定了实际井点管间距后，再确定所需的井点管根数和总管长度。 二、排、降水(jingshu)工程 （二）（二）降水降水第四节 土方工程的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算第66页/共69页第六十七页，共69页。 抽水设备一般都已固定型号，选择的主要设备是真空泵（或射流器）和离心泵。真空泵的选用：常用干式真空泵，根据集水总管的长度(chngd)确定型号：总管长度(chngd)小于100m时可选用W5型，总管长度(chngd)小于200m可选用W6型泵。离心泵的选用：根据流量（1.2Q)、吸水扬程、总扬程选型号。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算抽水设备的选择抽水设备的选择第67页/共69页第六十八页，共69页。二、排、降水(jingshu)工程 （二）降水（二）降水(jingshu)第四节 土方工程(t fn n chn)的辅助工程 v轻型井点轻型井点轻型井点计算轻型井点计算轻型井点的安装和使用轻型井点的安装和使用程序程序：总管-井点管-弯联管-抽水设备井点管埋设井点管埋设：射水法、冲孔法、钻孔法等使用使用：连续抽水（停抽会引起堵塞和塌方）井点管的埋设(a）冲孔；(b)埋管1冲管；2冲嘴；3胶皮管；4高压水泵；5压力表；6起重机吊钩；7井点管；8滤管；9填砂；10粘土封口第68页/共69页第六十九页，共69页。