建筑施工技术与机械课件

建筑施工技术与机械课件,第一章 土方工程,本章提要： 本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点，土方工程机械化施工。在土方规划中，涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实，是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。,第一节 土的工程分类及工程物理性质,一：土石方工程的施工特点 土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。 土石方施工的特点： 1：土石方施工工程量大、面广。 2：施工条件极为复杂。 3：劳动强度较大 。,二：土的工程分类 1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)和粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)； ·2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土； 3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响，才能选择正确的施工方法。 4：开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土，后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表11。,三：土的工程性质 土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。 1.土的质量密度 分天然密度和干密度。土的天然密度，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。土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。 2.土的可松性 土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，即： 。,式中 KS最初可松性系数； KS最后可松性系数； V1土在天然状态下的体积(m3)； V2土经开挖后的松散体积(m3)； V3土经回填压实后的体积(m3)； 在土方工程中，KS是计算土方施工机械及运土 车辆等的重要参数，KS是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。不同类型土的可松性系数可参照表11。 3.土的压缩性 移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见表12。在松土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加1020计算松土方数。,土的压缩率 表12,4.土的含水量 土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：,式中 G1含水状态时土的质量； G2土烘干后的质量。 土的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，如土的含水量超过2530，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。土的最佳含水量和最大干密度参考值见表13。,土的最佳含水量和最大干密度 表13,5.土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。从达西公式VKI可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。 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，一般应通过抽水试验确定，表14所列数据可供参考。 土的渗透系数参考值 表14 土的种类 K(m/d) 土的种类 K(m/d) 亚粘土、粘土 0.1 含粘土的中砂及纯细砂 2025 亚粘土 0.10.5 含粘土的细砂及纯中砂 3550 含亚粘土的粉砂 0.51.0 纯粗砂 5075 纯粉砂 1.55.0 粗砂夹砾石 50100 含粘土的细砂 1015 砾石 100200,第二 节基坑的土方开挖,一：土方边坡 1：放坡开挖 土方边坡坡度以其高度H与其底宽B之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏步形(图11) 式中 mB /H，称为坡度系数。,(c)踏步形,(b)折线形,(a)直线形,图11 土方边坡,二：土石方工程量的计算,土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算，综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工顺序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。同时，土方平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合将余土一次性运送到指定弃土场，做到文明施工。,土石方量计算的基本方法 土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。 1.平均高度法 (1） 四方棱柱体法。 四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为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(图118)，即,图118 四方棱柱体法,若方格四个角点部分是挖方，部分是填方时，可按表19中所列的公式计算。,三个角挖(或填),（2）：三角棱柱体法。 三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。,(,(a)全挖或全填,b)有填有挖,图119 三角棱柱体法,当三角形为全挖或全填时图119(a)：,当三角形有填有挖时图119(b)，则其零线将三角形分成两部分， 底面为三角形的锥体：,底面为四边形的楔体：,简化计算：,2.平均断面法 平均断面法(图120)，可按近似公式和较精确的公式进行计算。,图120 平均断面法,（1）近似计算：,（2）较精确计算：,式中 V土方体积(m3)； F1,F2两端的断面面积(m2) F0L/2处的断面面积(m2)。,三：场地平整 1.场地设计标高H0的确定 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。合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。 如图123所示，当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理； 当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场外大量取土回填；当 设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土。 因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是： （1）应满足生产工艺和运输的要求； （2）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； （3）使挖填平衡，土方量最少； （4）要有一定泄水坡度(2)，使能满足排水要求； （5）要考虑最高洪水位的影响。,图123 场地不同设计标高的比较,如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下 ：,（1）在地形图上将施工区域划分成边长为10 50m的若干个方格网(图124)。 （2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；也可用一条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5m或1m(等高线的高差)分成五等分，于是便可直接读得H13点的地面标高，如图125所示，H13251.70。,图124 场地设计标高计算图,（3）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,式中：H0场地设计标高的初步计算值（m）； a方格边长（m）； N方格个数； H11H22任一方格的四个角点的标高。,因为场地平整前后，土方量相等,从图124中可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系,两个方格公共角点，,它们分别在上式中要加一次、二次、,四次。因此，上式直接可改写成下列形式,2.场地设计标高H0的调整,原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需考虑以下因素进行调整。,(1):土的可松性影响。 由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。设h为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积VW应为 (2): 场内挖方和填方的影响。 由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方量的变化。必要时.亦需调整设计标高。 为了简化计算，场地设计标高的调整值H0´，可按下列近似公式确定， (3):泄水坡度的影响。 当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还得根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水)，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。,第三节 土方的填筑与压实,一：填土的要求 最好采用同类土壤填筑 填方土料应符合设计要求，如设计无要求时，应符合下列规定： 1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可用于表层下的填料； 2）含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料； 3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方； 4）淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理使含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位； 5）有水溶性硫酸盐大于5%的土，不能用作回填土，在地下水作用下，硫酸盐会逐渐溶解流失，形成孔洞，影响土的密实性。 6）冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。,二：填土的压实方法 1：填土压实方法有碾压、夯实和振动三种(图145)。 1）：填土压实方法(a)碾压 b)夯实 c)振动 a)碾压法。 (1) 碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤。一切拖动和自动的碾压机具，如平滚碾、羊足碾和气胎碾等的工作都属于同一原理。 (2)碾压法主要用于大面积的填土，如场地平整、路基、堤坝等工程。平滚碾适用于碾压粘性和非粘性土壤；羊足碾只能用来压实粘性土壤；气胎碾对土壤压力较为均匀，故其填土质量较好。 (3)按碾轮重量，平滚碾又分为轻型(重5t以下)、中型(重8t以下)和重型(重10t)三种。轻型滚碾压实土层的厚度不大，但土层上部变得较密实，当用轻型滚碾初碾后，再用重型滚碾碾压，就会取得较好的效果。如直接用重型滚碾碾压松土，则由于强烈的起伏现象，其碾压效果较差。 (4) 用碾压法压实壤土时，铺土应均匀一致，碾压遍数要一样，碾压方向应从填土区的两边逐渐压向中心，每次碾压应有1520cm的重叠。,b) 夯实法。 (1) 夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积的回填土。夯实机具的类型较多，有木夯、石硪、蛙式打夯机、火力夯以及利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等。其中蛙式打夯机轻巧灵活，构造简单，在小型土方工程中应用最广。 (2) 夯实法的优点是，可以夯实较厚的土层，如重锤夯的夯实厚度可达11.5m，强力夯可对深层土壤夯实。但对木夯、石硪或蛙式打夯机等机具，其夯实厚度则较小，一般均在20cm