-第一章-土方工程课件.ppt
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- 第一章 土方工程 课件
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1、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 土方规划一、土方工程的内容、特点 1、土方工程的内容、土方工程的内容 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(1)量大面广;(2)劳动强度大,人力施工效率低、工期长;(3)施工条件复杂,受地质、水文、气侯影响大,不确定因素多。二、土的工程分类按开挖的难易程度分为八类(见表 1.1)一类土(松软土)、二类土(普通土)三类土(坚土)、四类土(砂砾坚土)机械或人工直接开挖机械
2、或人工直接开挖五类土(软石)、六类土(次坚石)七类土(坚石)、八类土(特坚石)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: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/V1 1.081.5 最后可松性系数 KS=V3/V1 1.011.3 V1 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,留回填松土三、土的工程性质三、土的工程性质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:当水力坡度(I=h/L)为1时,土体内水渗透
3、的速度(V=KI),K的单位:m/d 。L粘土 0.1,粗砂5075,卵石100200用途用途:降水方案的选择,涌水量的计算。h3、土的质量密度:、土的质量密度:天然密度天然密度:一般=1620 KN/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:用百分数表示。:用百分数表示。含水量含水量 W=(G湿-G干)/G干 100%式中 G湿、G干为土的质量 用于:开挖、回填压实、行车(2530%陷车)、边坡稳定四、四、土方量计算土方量计算(一)(一)基坑、基槽、基坑、基槽、路堤、管沟等土方路堤、管沟等土方量计算量计算 (平均断面平均断面法法)(1
4、1)近似计算)近似计算V V=(=(F F上上+F F下下)H H/2/2(2 2)精确计算)精确计算V V=(=(F F上上+4+4F F中中+F F下下)H H/6/6F下F上上F中中H(二)(二)场地平整土方量计算(场地平整土方量计算(平均高度法平均高度法)即即方格网法方格网法:将场地划分方格,求各方格角点的施工高将场地划分方格,求各方格角点的施工高度度h=设计平面标高设计平面标高地面标高。再求各方格挖填方量。地面标高。再求各方格挖填方量。1、确定场地设计平面标高、确定场地设计平面标高 一般考虑的因素:一般考虑的因素:满足生产工艺和运输的要求;尽量利用地形,减少挖填方数量;争取在场区内挖
5、填平衡,降低运输费;有一定泄水坡度,满足排水要求。中、小型场地挖填平衡法 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)场地设计标高的确定(H0)H0=(1H12H23H34H4)/4N式中N方格数H1、H2、H3、H4方格角点地面标高;1、2、3、4为角点方格共用的数字,如3H3为第7角点,、共用的地面标高之和。(2)场地设计标高的调整)场地设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。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:LyLxixiyH02)双向排水时,各方格角点设计标高为:LH11H0H0iH12H21 Hn=H0 L i Hn
6、=H0 Lx ix L yi y1)单向排水时,各方格角点设计标高为:Hn【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)/4N =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=H0 Lx ix L yi
7、y;H1=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70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.092、场地土方量计算、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
8、 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。+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)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1)四角棱柱体法四角棱柱体法A、全挖、全填格、全挖、全填格:V挖(填)=a2(h1+h2+h3+h4)/4 h1 h4 方格角点施工高度绝对值 V挖(填)挖方或填方的体积。B、
9、部分挖、部分填格:、部分挖、部分填格:V挖(填)=a2 h挖(填)2 /4 h h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。2)四)四方方棱柱体棱柱体(要先找出零线,见教材)3)三角棱柱体法)三角棱柱体法(见教材)均见教材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+0.02-0.4470.09(4)确定零
10、线)确定零线(挖填分界(挖填分界线)线)插入法、比例法找零点零点连线h10 0五、土方的调配五、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、原则:、原则:挖填平衡、总运输量最小,即土方施工成本最低。2、步骤步骤:(1 1)画出挖方区、填方区画出挖方区、填方区;(2)划分调配区划分调配区 注意:注意:1)位置与建、构筑物协调,且考虑施工顺序;2)大小满足主导施工机械的技术要求;3)与方格网协调,便于确定土方量;4)借、弃土区作为独立调配区。B1A1A2A3A4B2B30000(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
11、方体积重心 挖 填B1B2B3挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70 500A4 80 100 40400填方量800600500 1900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 (5)调配调配 初始调配方案初始调配方案 方法方法:最小元素法就近调配。:最小元素法就近调配。顺序顺序:先从运距小的开 始,使其土方量最大。n 列列填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70500A4 80 100 4040080060
12、0 500 1900m 行行400500500300100100结果结果:所得运输量较小,但不一定是最优方案。:所得运输量较小,但不一定是最优方案。(总运输量(总运输量97000m3-m)3、调配方案的优化调配方案的优化(线性规划中表上作业法)(1)判别是否最优方案)判别是否最优方案:位势法 1)求位势)求位势Ui和和Vj:有调配数的方格开始:有调配数的方格开始 Cij=Ui+Vj 2)求检验数ij,ij=Cij Ui Vj 若所有ij 0,则方案为最优解。下面进行位势法进行判别(1)求位势 绘位势表 Cij =Ui+Vj 设 U1=0,挖挖 填填位势数位势数B1B2B3位势数位势数Ui Vj
13、A1500 50 70 100A2 70 500 40 90 A3300 60 100 110100 70 A4 80 100 400 40U1=0V1=50U3=10V2=100U2=60V3=60U4=20U3=C31V1=6050=10;则V1=C11U1=500=50;V2=11010=100;(2)制检验表求检验数求检验数 ij(无调配数方格的空格)(无调配数方格的空格)ij=Cij Ui Vj ;11=500500(有土);结论:结论:表中12为负值负值,非最优方案。应对初始方案进行调整。-30+40+80+90+50+2013=10006040;挖挖 填填 B1B2B3 Ui V
14、jV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070 090 A3U3=10000A4U4=-2080100 0位势数位势数5060110404070检验表21=70(60)5080;12=70010030(3)方案调整方案调整(闭回路法)1)找闭回路 调整顺序:从负值最大的格开始。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 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。然后在表中左右上下各方格进行调整,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 400800
15、600 500 1900400500500300100100X12(100)(0)(400)(400)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ij 0而得到最优解。+40+50+60+50+50U1=0V1=50V2=70U2=30U3=10V3=60U4=20位势数位势数挖挖 填填 B1B2B3Ui VjA1A2 A3A4 506011040407080100707010090+30 0 0 0 0 0 0 由于所有的检验数 ij 0,故该方案已为最优方案。(5)求出最优方案的总运输量:求出最优方案的总运输量:400501007050040
16、40060100704004094000m3-m。(4)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有借、弃土时的土方调配图有借、弃土时的土方调配图第二节第二节 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 1、防止涌水、冒砂,保证在较干燥的状态下施工;2、防止滑坡、塌方、坑底隆起;3、减少坑壁支护结构的水平荷载。地下含水构造的种类地下含水构造的种类滞水层滞水层不透水层不透水层潜水层潜水层不透水层不透水层承压水层承压水层不透水层不透水层(二)流砂现象流砂现象1动水压力地下水在渗流过程中受到
17、土颗粒的阻力,使水流对土颗粒产生的一种压力。动水压力的大小与水力坡度成正比,方向同渗流方向。GDIw=(h/L)w 2流砂原因4流砂的防治减小动水压力(板桩等增加L);平衡动水压力(抛石块、水下开挖、泥浆护壁);改变动水压力的方向(井点降水)。Q F GD 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,这现象称之为流砂现象。3.流砂的危害主难以施工、塌方、影响临近建筑物安全亚粘土25排水沟排水沟集水井集水井水泵水泵(三)(三)降排水方法降排水方法1集水井法(明排水法)用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位时,挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井(当土质为砂土类时
18、,可能产生流砂现象)2井点降水法(人工降低地下水位法)井点降水法(人工降低地下水位法)(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0.120 m/d36 m1.62 m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 0.156极距1m钢筋阳极加速渗流管井井点20200352050单井真空泵、离心泵深井井点1025025303050单井潜水泵排水水平辐射井点大面积降水平管引水至大口井排出引渗
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