大学课程《水利水电工程施工技术（第三版）》教学PPT课件：9.1_9.3土方工程施工工艺

第九章 土石建筑物施工1分类与特点工程类型：挖方：渠道、基坑 填方：拦河坝、河堤、填方渠道 半填半挖：渠道施工方法：人力施工、机械施工、爆破施工、水力机械施工特点：工程量大，受外界干扰较多。2内容提要第一节 土的工程性质第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量的计算第三节 土方工程施工工艺第四节 土石坝施工第五节 面板堆石坝施工第六节 砌石坝施工第七节 渠道施工3第一节 土的工程性质一、土的分类 按土开挖的难易程度将土分为四级。4土质级别土质级别 土质名称土质名称 自然湿密度自然湿密度(g/cm3)外形特征外形特征 开挖方法开挖方法 沙土、种植土1.651.75疏松、粘着力差或易透水，略有黏性用锹或略加脚踩开挖壤土、淤泥、含壤种植土1.751.85开挖时能成块，并易打碎用锹需用脚踩开挖粘土、干燥黄土、干淤泥、含少量砾石粘土1.801.95粘手、看不出砂粒或干硬用镐、三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开挖坚硬粘土、砾质粘土、含卵石粘土1.902.10土壤结构坚硬，将土分裂后成块状或含粘粒、砾石较多用镐、三齿耙开挖5表9-2 土石方的松实系数项目自然方松方实方土方11.330.85石方11.531.31砂11.070.94混合料11.190.88土的可松性：自然状态的土在挖掘后变松散的性质工程性质主要有：密度、含水量、渗透性、可松性第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算6一、土石方平衡调配原则一、土石方平衡调配原则（一）土石方平衡调配的方法 土石方平衡调配是否合理的主要判断指标是运输费用，费用花费最少的方案就是最好的调配方案。土石方调配可按线性规划进行。对于基坑和弃料场不太多时，可用简便的“西北角分配法”求解最优调配数值。第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算7一、土石方平衡调配原则一、土石方平衡调配原则（二）土石方平衡调配原则 1料尽其用开挖的土石料可用来作堤坝的填料、混凝土骨料或平整场地的填料等。2时间匹配土石方开挖应与用料在时间上尽可能相匹配，以保证施工高峰用料。3容量适度堆料场和弃料场的设置应容量适度，以尽可能少占地。第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算8二、场地平整土方量计算、场地平整土方量计算场地平整就是将施工现场平整为满足施工布置要求的一块施工场地。场地平整前，应确定场地的设计标高，计算挖、填土方工程量，进行挖、填方的平衡调配。1.场地平整土方量的计算9场地平整土方量的计算，一般采用方格网法，计算步骤如下：(1)在地形图上将需要平整的施工场地划分成边长为1040m的方格网；(2)计算各方格角点的自然地面标高；(3)确定场地设计标高，并根据泄水坡度要求计算各方格角点的设计标高；(4)确定各方格角点的挖填高度；(5)确定零线，即挖、填方的分界线；(6)计算各方格内挖、填土方量和场地边坡土方量，最后求得整个场地挖、填总方量。第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算二、场地平整土方量计算、场地平整土方量计算1.场地平整土方量的计算基坑的土方量可近似按拟柱体体积公式计算V(A14A0A2)H/6式中H基坑深度，m；A、A基坑上、下底面积，m；A0基坑深H/2处的面积，m。2.基坑、基槽土方量的计算第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算二、场地平整土方量计算、场地平整土方量计算11基槽是一狭长沟槽，其土方量计算可沿其长度方向分段进行，然后相加求得总方量。当基槽某段内横截面尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该段基槽长度；当某段内横截面的尺寸、形状有变化时，仍可按式(9-1)计算该段土方量。第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算二、场地平整土方量计算、场地平整土方量计算2.基坑、基槽土方量的计算12堤坝工程为狭长形，工程量一般采用断面法计算，即每隔一定长度(形状变化较小时取大值，反之取小值)取一断面，每一段的方量用两端的断面面积的平均值乘以段长即可，各段方量之和即为总方量。第二节 土石方平衡调配原则和土方工程量计算二、场地平整土方量计算、场地平整土方量计算2.基坑、基槽土方量的计算第三节 土方工程施工工艺一、土方开挖1.推土机 2.铲运机 3.装载机 4.单斗挖掘机二、土方运输1.有轨运输 2.无轨运输 3.皮带机运输三、土方压实1.压实理论 2.压实方法 3.压实机械4.压实机械的选择 5.压实参数与压实试验13一、土方开挖（一）推土机在拖拉机上装上推土铲刀而成 索式推土机：铲刀是借刀具自重切入土中，切土深度较小液压推土机：能强制切土，推土板的切土角度可以调整，切土深度较大两种。14（一）推土机特点：构造简单，操作灵活，运转方便，所需作业面小，功率大，能爬30左右的缓坡。适用：施工场地清理和平整，开挖深度不超过1.5m的基坑以及沟槽的回填土，堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝等。1516水中清碴平整场地土方推送移挖作填（一）推土机提高挖掘效率的方法：(1)下坡推土 借推土机自重，增大铲刀的切土深度和运土数量，以提高推土能力和缩短运土时间。一般可提高效率30%40%。(2)并列推土(3)沟槽推土178-4推土机施工（二）铲运机（1）分类拖式由拖拉机牵引，工作时靠拖拉机上的操作机构进行操作 自行式行驶和工作都靠本身的动力设备，不需要其它机械的牵引和操作 18（二）铲运机(2)特点能独立完成铲土、运土、卸土和平土作业，对行驶道路要求低，操作灵活，运转方便，生产效率高(3)适用大面积场地平整，开挖大型基坑、沟槽以及填筑路基、堤坝等，最适合开挖含水量不大于27%的松土和普通土，不适合在砾石层和沼泽区工作。19（三）铲运机(4)经济运距拖式铲运机的运距以不超过800m为宜，当运距在300m左右时效率最高自行式铲运机经济运距为8001500m。20（三）装载机(1)用途铲取散粒材料并装上车辆，可用于装运、挖掘、平整场地和牵引车辆等，更换工作装置后，可用于抓举或起重等作业，因此在工程中被广泛应用。21228-2装载机施工（三）装载机(2)分类按行走装置：轮胎式和履带式；按卸料方式：前卸式、后卸式和回转式三种；按载重量：小型(1t)、轻型(13t)、中型(48t)、重型(10t)四种。23（四）单斗挖掘机单斗挖掘机是一种循环作业的施工机械，在土石方工程施工中最常见。按其行走机构：履带式和轮胎时；按其传动方式：机械传动和液压传动两种；按工作装置不同：正铲、反铲、拉铲和抓铲等。24（四）单斗挖掘机1.正铲单斗挖掘机正铲每一工作循环包括挖掘、回转、卸料、返回四个过程。2526正铲挖掘机（四）单斗挖掘机1.正铲单斗挖掘机正铲挖掘机主要用于停机面以上的掌子开挖。根据掌子面挖掘机的工作面称为掌子面布置的不同，正铲挖掘机有不同的作业方式：正向挖土，侧向卸土（尽量布置成该型式）正向挖土，后方卸土27正铲挖掘机施工28（1）特点：前进向上，强制切土。开挖停机面以上类土。（2）适用范围：开挖高度3m以上的干燥基坑。（3）作业方式。A.正向挖土，侧向卸土B.正向挖土，后方卸土（4）工作面:停机面以上的掌子开挖。1.正铲单斗挖掘机（四）单斗挖掘机（四）单斗挖掘机2.反铲单斗挖掘机适用于停机面以下土方开挖。挖土时后退向下，强制切土，挖掘力比正铲挖掘机小，主要用于小型基坑、基槽和管沟开挖。反铲挖土时，可用自卸汽车配合运土，也可直接弃土于坑槽附近。反铲挖掘机工作方式分为以下两种：沟端开挖 沟侧开挖298-3反铲挖掘机施工302）反铲挖掘机31（1）特点：后退向下，强制切土。开挖停机面以下类土。（2）适用范围：开挖高度4m左右的基坑、基槽和管沟及含水量大的土。（3）作业方式。A.沟端开挖后退向下，强制切土B.沟侧开挖2.反铲单斗挖掘机（四）单斗挖掘机32拉铲挖掘机 （1）特点：后退向下，自重切土。挖土深度和半径较大，开挖停机面以下、类土。（2）适用范围：开挖大型基坑及水下挖土。（四）单斗挖掘机33抓铲挖掘机 （1）特点：直上直下，自重切土。开挖停机面以下、类土。（2）适用范围：开挖窄而深的基坑、沉井，特别是水下挖土。（四）单斗挖掘机（四）单斗挖掘机3.单斗挖掘机生产效率的计算 挖掘机的生产率是指在单位时间内从掌子中挖取并卸入土堆或车箱的土方量。影响挖掘机生产率的主要因素有：土壤性质、掌子的高度、旋转角度、工作时间的利用程度、运输车辆的大小、司机的操作水平和挖掘机的技术状况等。34P=60nqK充K修K时K延/K松(m3/h，自然方)其中K修1/(0.4K土+0.6)n设计每分钟循环次数，60/T，T挖掘机一个工作循环时间(s)；q铲斗平装容量，即铲斗的几何容积，3；K充铲斗充盈系数，与土质有关，一般取0.801.10；K修工作循环时间修正系数；K土土壤级别修正系数,可采用1.01.2；转角修正系数，转角90时取1.0，100135时取1.081.37；K时时间利用系数，取0.80.9；K延联合工作系数，卸入弃土堆时取1.0，卸入车箱时取0.9；K松土壤的可松性系数。353.单斗挖掘机生产效率的计算（四）单斗挖掘机（四）单斗挖掘机提高挖掘机生产效率的措施合理布置掌子面，缩短挖掘机工作循环时间；合理配套挖运设备；规范施工方法和步骤，提高机械设备操作水平；加强施工管理，提高时间利用系数；加强机械维修保养，保证机械正常运转。36二、土方运输土方运输机械可分为：有轨运输、无轨运输和皮带机运输。371.有轨运输(1)标准轨运输标准轨轨距1435mm，工程量一般不少于30万m3，运距不少于1km，坡度不宜大于2.5%，转弯半径不小于200m。(2)窄轨运输窄轨轨距有1000 mm、762 mm、610mm三种。窄轨运输设备简单，线路要求比准轨低，能量消耗少，在工程中得到广泛使用。382.无轨运输(1)自卸汽车运输(2)拖拉机运输(3)皮带机运输 39三、土方压实（一）压实理论 压实目的提高土体密度，提高土方承载能力；加大土坝或土堤坡角，减小填方断面面积，减少工程量，从而减少工程投资，加快工程进度；提高土方防渗性能，提高土坝或土堤的渗透稳定性。40三、土方压实黏性土的主要压实阻力是土体内的凝聚力。在铺土厚度不变的条件下，黏性土的压实效果(即干密度)随含水量的增大而增大，当含水量增大到某一临界值时，干密度达到最大，如此时进一步增加土体含水量，干密度反而减小，此临界含水量值称为土体的最优含水量，即相同压实功能时压实效果最大的含水量。41三、土方压实（一）压实理论 非黏性土，压实的主要阻力是颗粒间的摩擦力。由于土料颗粒较粗，单位土体的表面积比黏性土小得多，土体的空隙率小，可压缩性小，土体含水量对压实效果的影响也小，在外力及自重的作用下能迅速排水固结。黏性土颗粒细，孔隙率大，可压缩性也大，由于其透水性较差，所以排水固结速度慢，难以迅速压实。42三、土方压实（一）压实理论（二）压实方法静压碾压：作用在土体上的荷载不随时间变化震动碾压：作用在土体上的荷载随时间呈周期性变化夯击：作用在土体上的外力是瞬间冲击力，大小随时间变化43（三）压实机械 1.平碾 平碾钢铁空心滚筒侧面设有加载孔，加载大小根据设计要求而定。平碾碾压质量差，效率低，较少采用。44（三）压实机械 2.肋碾 肋碾一般采用钢筋混凝土预制。肋碾单位面积压力较平碾大，压实效果比平碾好，用于黏性土的碾压。45（三）压实机械 3.羊脚碾 羊脚碾的羊脚插入土中，不仅使羊脚底部的土体受到压实，而且使其侧向土体受到挤压，从而达到均匀压实的效果。碾筒滚动时，表层土体被翻松，有利于上下层间结合。不适用非黏性土。46（三）压实机械 4.气胎碾 压实土料时，充气轮胎随土体的变形而发生变形。气胎的荷重可以增加到很大的数值。既适宜于压实黏性土，又适宜于压实非黏性土，适用条件好，压实效率高，是一种十分有效的压实机械。47（三）压实机械 5.震动碾 一种振动和碾压相结合的压实机械。粗细颗粒由于惯性力差异发生相对位移，细颗粒填入粗颗粒间空隙，使土体密实。宜非黏性土。4849（三）压实机械 6.蛙夯 利用冲击作用来压实土方，具有单位压力大、作用时间短的特点，既可用来压实黏性土，也可用来压实非黏性土。蛙夯作业采取夯击套压法。一般用于施工场