est1.第1讲.土方规划.ppt

建筑施工技术 土建类 陈伟2010 08广州 绪论 一 建筑施工技术课程的研究对象和任务研究对象 研究的是工业与民用房屋建筑施工技术的学科 其研究内容是建筑工程各主要工种工程施工中的一般施工技术和施工规律 研究任务 掌握建筑工程施工原理和施工方法 以及保证工程质量和施工安全的技术措施 二 我国施工技术的发展概况1 我国古代建筑技术具有很高的水平2 我国现代建筑技术水平落后3 我国现代建筑技术水平飞跃发展在地基处理方面 推广了强夯法 振冲法 深层搅拌地基新技术 在基础工程施工中 推广和应用了钻冲孔灌注桩 旋喷桩 地下连续墙等深基础技术 大模板 滑升模板 钢筋气压焊 钢筋冷压连接 钢筋锥螺纹连接 泵送混凝土 高强度混凝土等新工艺和新技术得到了广泛地应用和推广 总结 土木工程施工是土木专业 房建方向 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 是同学们步入工作岗位后要学以致用 安身立命的主要课程之一 无论同学们毕业后在土木建筑领域从事何种职业和岗位 学好本课程的专业知识都将使你受用终生 本课程的诸多专业术语 概念和知识点常常是求职面试时主考官信手拈来的试题 本课程是你求职的敲门砖 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 第一章土方工程 第1章土方工程 教学要求 了解土方工程特点 掌握场地设计标高的确定 调整与土方调配 掌握边坡稳定及土壁支护的基本原理及主要方法 了解施工排 降水方法及流砂防治措施 熟悉常用土方机械的性能和使用范围 掌握土方的填筑与压实的要求和方法 教学重点 土方调配 边坡稳定及土壁支护的方法 轻型井点降水 土方的填筑与压实 教学难点 表上作业法进行土方调配 轻型井点降水 边坡稳定及土壁支护 影响填土压实的因素 时间安排 本章共8小节 预计8 10课时 第一节概述 一 土方工程特征1 土方工程的种类常见土方工程的种类有平整场地 挖基坑 挖基槽 挖土方 回填土等 2 土方工程的特点土石方工程的工程量大 施工工期长 劳动强度大 土方工程施工条件复杂 又多为露天作业 受地区气候条件 地质和水文条件的影响很大 难以确定的因素较多 3 土方工程的施工要求 土方量少 工期短 费用省 因地制宜编制合理的施工方案 预防流砂 管涌 塌方等事故发生 确保安全 要求标高 断面控制准确 土体有足够的强度和稳定性 应尽可能采用先进的施工工艺 施工组织和机械化施工 4 土方工程的施工内容 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 填土压实的方法及密实度检验等 二 土的基本性质 土的基本组成土一般由土颗粒 固相 水 液相 空气 气相 组成 这三部分比例关系随着周围环境的改变而随之改变 三者比例的改变 土的物理性质随之改变 如土的干 湿 密 松 这些基本物理性质指标对评价土的工程性质具有非常重要的意义 一般可以由三相图来表示 土的物理性质按土开挖的难易程度将土分为 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚硬石等八类 土的工程分类与现场鉴别方法见表1 1所示 表1 1土的工程分类与现场鉴别 1概述 1 土的可松性 即自然状态下的土 经过开挖后 其体积因松散而增加 以后虽经回填压实 仍不能恢复其原来的体积 土的可松性用可松性系数KS表示 土的最初可松性系数KS V2 V1 土的最后可松性系数K S V3 V1 式中 V1 土在天然状态下的体积 V2 土经开挖后的松散体积 V3 土经回填压实后的体积 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 不同分类的土的可松性系数可参考下表 1概述 共46页第7页 土的可松性参考值 1概述 土的天然含水量W 是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比 反映土的干湿程度以百分数表示 见下式 含水量影响土方施工方法的选择 边坡的稳定和回填土的质量 土的含水量超过25 30 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 快速含水量测定仪 1概述 天然密度 是指土在天然状态下单位体积的质量 它影响土的承载力 土压力及边坡的稳定性 干密度 是指单位体积中固体颗粒的质量 它是用以检验土压实质量的控制指标 3 土的质量密度 取土环刀标准击实仪 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 1概述 共46页第4页 4 土的渗透性 是指水流通过土中孔隙的难易程度 地下水在土中的渗流速度V与土的渗透系数K和水头梯度I有关 地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算 V m d K I 土壤渗透试验仪 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 1概述 第二节土方工程量计算及土方调配 1土方边坡2土方量计算的方法3场地平整土方量计算4土方调配 第1章土方工程 基坑土方开挖 第二节土方工程量计算及土方调配 土方量计算的基本方法 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 每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值 即 将每一个方格顺地形的等高线沿对角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 方格网土方量计算则可采取平均高度法 四方棱柱体法和三角棱柱体法 三角棱柱体法 基坑 基槽 管沟 路堤的土方量计算可采用平均断面法 即 3 平均断面法 2场地平整土方量计算 2 1 1H0的重要性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 2 1场地设计标高H0的确定 确定场地设计标高应结合各类影响因素反复进行技术经济比较 选择一个最佳方案 2 1 2H0的确定原则 满足生产工艺和运输的要求 充分利用地形 分区或分台阶布置 分别确定不同的设计标高 考虑挖填平衡 弃土运输或取土回填的土方量最少 要有合理的泄水坡度 2 满足排水要求 考虑最高洪水位的影响 2场地平整土方量计算 2 1 3H0的确定步骤 如场地设计标高无特殊要求时 可根据挖填土方量平衡的原则确定H0 其步骤如下 划分方格网方格网边长a可取10 50m 常用20m 40m 挖填平衡原则即场地内土方的绝对体积在平整前 后相等 2场地平整土方量计算 按填挖方平衡确定设计标高H0 4 自然地面与设计标高平面的交线 零线 a 地形图上划分方格 b 设计标高示意图 1 等高线 2 自然地面 3 设计标高平面 场地设计标高计算简图 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 2场地平整土方量计算 用插入法求得H13 251 70 水准仪进行高程测量 按每一个方格的角点的计算次数 权数 即方格的角点为几个方格共有的情况 确定设计标高H0的实用公式为 按挖填平衡确定设计标高 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 2场地平整土方量计算 2 2场地设计标高H0的调整 按以上步骤求得的H0仅为一理论值 还应考虑以下因素进行调整 求出H0 土的可松性影响 填方因土的可松性引起的填方体积增加 场内挖方和填方的影响 从经济观点出发 安排的挖方就近弃土和填方就近场外取土 引起的挖填土方量的变化 场地泄水坡度的影响 单坡 双坡 2场地平整土方量计算 由于土具有可松性 一般填土需相应提高设计标高 故考虑土的可松性后 场地设计标高调整为 VW VT H0 V W V T H 0 h 理论设计标高调整设计标高 2 2 1土的可松性影响 2场地平整土方量计算 场地设计标高H0是按挖填土方量平衡的原则确定的 但从经济观点出发 常会将部分挖方就近弃于场外 或就近于场外取土用于部分填方 均会引起挖填土方量的变化 亦需调整场地设计标高 2 2 2场内挖方和填方的影响 式中 Q 场地根据H0平整后多余或不足的土方量 其设计标高调整值按下式计算 2场地平整土方量计算 调整后的设计标高是一个水平面的标高 而实际施工中要根据泄水坡度的要求 单坡泄水或双坡泄水 计算出场地内各方格网角点实际设计标高 2 2 3场地泄水坡度的影响 场地为单坡泄水时 场地内任意点的设计标高则为 式中 l 该点至设计标高H 0的距离 i 场地泄水坡度 不小于2 2场地平整土方量计算 场地单向泄水坡度示意图 场地为双坡泄水时 场地内任意点的设计标高则为 式中 lx ly 该点沿X X Y Y方向距场地中心线的距离 ix iy 场地沿X X Y Y方向的泄水坡度 公式中正负号的取值 计算角点在H 0之上取 反之取 2场地平整土方量计算 场地双向泄水坡度示意图 2 3场地土方量的计算 2 3 1求各方格角点的施工高度hnhn 场地设计标高Hn 自然地面标高H 角点编号施工高度hn1 0 7243 2442 52自然地面标高H设计标高Hn 若hn为正值则该点为填方 hn为负值为挖方 场地土方量计算步骤如下 2场地平整土方量计算 土方方格网图例 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 2 3 2绘出零线 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 2场地平整土方量计算 零点位置计算示意 常用方格网点计算公式 按方格网底面积图形和方格网点计算公式计算每个方格内的挖方和填方 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 30 h2 0 20 0 5 5 10 10 h7 h8 0 7 0 10 用尺量出h1 0 3的刻度 用尺量出h2 0 2的刻度 两点连线与方格的交点为零点 用尺量出h8 0 1的刻度 用尺量出h7 0 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 2场地平整土方量计算 2 3 3计算场地挖 填土方量 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格的挖 填土方量了 2场地平整土方量计算 挖方施工及长距离土方调运 2 3 4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 2场地平整土方量计算 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均运距 2场地平整土方量计算 3土方调配 5 2土方调配的原则土方调配是土方规划中的一个重要内容 其原则是 力求挖填平衡 运距最短 费用最省 考虑土方的利用 以减少土方的重复挖填和运输 3 1土方调配的步骤划分调配区 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 3 3最优调配方案的确定 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 3土方调配 3 3 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 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 填方区需调进土方 调配区间的平均运距 3土方调配 各调配区土方量及平均运距 3土方调配 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 步骤2 重复步骤1 按平均运距由小到大依次计算X22 X11 X31 C22 C11 C31 我们就得到了土方调配的初始方案 3 5土方调配 500 500 100 300 100 40 50 60 70 110 3 3 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 首先求出表中各方格的假想价格系数 有调配土方的假想价格系数C ij Cij 无调配土方的假想价格系数按下式计算 3土方调配 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 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 3土方调配 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 3土方调配 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 5土方调配 共46页第40页 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 5 3 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 本例即 12 将它对应的变量x12作为调整对象 步骤3 从空格X12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 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 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1 4继续调整 如不出现负数 方案即是最优方案 100 70 10 20 110 80 80 50 计算无调配土方方格的检验数 无负数 方案是最优方案 1 5土方调配 共46页第44页 该优化方案的土方总运输量为 Z 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000 m3 m 初始方案的土方总运输量为 Z 500 50 500 40 300 60 100 110 100 70 400 40 97000 m3 m 调整后的总运输量减少了3000 m3 m 绘出最终土方调配图如下所示 500 500 800 600 500 500 400 W1 T1 W3 40060 10070 40040 W4 T3 W2 T2 10070 50040 40050 思考题 1 试述土的可松性及其对土方规划的影响 2 试述土壁边坡的作用 表示方法 留设原则及影响边坡的因素 3 确定场地设计标高H0时应考虑哪些因素 4 试述按挖填平衡原则确定H0的步骤和方法 5 为什么对场地设计标高H0要进行调整 如何调整 6 如何计算沟槽和基坑的土方量 7 土方调配应遵循哪些原则 调配区如何划分 如何确定平均运距 8 试述用 表上作业法 确定土方最优调配方案的步骤及方法 第1章土方工程