土木工程概论 教学课件 ppt 作者 任建喜 10土木工程施工技术

1、第10章,土木工程 施工技术,土木工程的建筑施工范围广泛，内容极为丰富。例如，土石方工程、基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、防水工程及装饰装修工程等。 进行施工时，必须做好组织设计。,10 土木工程施工技术,10.1 土方工程,土方工程是土木工程中的重要内容之一，涉及的面十分广，包括建筑工程、道路工程、隧道工程等。道路工程等在其他章节已有讲述，本章以建筑工程为主。常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填等。 土方工程施工的特点是面大量大、劳动繁重、工期长，施工条件复杂。有些大型建设项目的场地平整，土方施工面积可达数十平方公里；有些大型基坑的开挖深度达2030米。土方工程多为露天作业，土、石是一种天然物质，成分较为复杂，施工中直接受到气候、水文和地质、地上和地下环境的影响，且难以确定的因素较多。因此，在施工前应做好调查研究，并根据本地区的工程及水文地质情况以及气候、环境等特点，制订合理的施工方案组织施工。,10.1.1 排水、降水施工,开挖低于地下水位的基坑时，地下水会不断渗入坑内；雨季施工时，地面水也会流入坑内。如果不及时排出坑内的水，不但会使施工条件

2、恶化，而且更严重的是会造成边坡塌方和坑底地基土承载能力下降。因此，在基坑开挖前和开挖时，做好施工排水和降低地下水位工作，保持土体干燥十分必要。 基坑降水的方法有集水坑降水法和井点降水法。集水坑降水法一般用于降水深度较小且地层中无细砂、粉砂；如降水深度较大，或地层中有流砂，或在软土地区，应尽量采用井点降水法。,1 .集水坑降水,集水坑降水是目前一种常用的降水方法。它是在基坑开挖过程中，在基坑底设置集水坑并沿基坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走。如图10-1所示。 图10-1 集水坑降水 (a) 平面图； (b)剖面图 1排水沟；2集水坑；3水泵；4基础外缘线；5地下水位线,2 .井点降水,井点降水，就是在基坑开挖前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备抽水，使地下水位降落至基坑底以下，并在基坑开挖过程中不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态。如图10-2所示。 图10-2 轻型井点示意图 1井点管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵房； 6原地下水位线；7降低后的地下水位线；8基坑；9不透水层,10.1.2 土方边坡与土壁支护,土方工程施工过程中，土壁

3、的稳定，主要是依靠土体的内摩擦力和内聚力(粘结力)来保持平衡，一旦土体在外力作用下失去平衡，就会出现土壁坍塌，即塌方事故，不仅妨碍土方工程施工，造成人员伤亡事故，还会危及附近建筑物、道路及地下管线的安全，后果严重。 为了防止土壁坍塌，保持土体稳定，保证施工安全，在土方工程施工中，对挖方或填方的边缘，应做成一定坡度的边坡。由于条件限制不能放坡或为了减少土方工程量而不放坡时，可设置土壁支护结构，以确保施工安全。,1 .土方边坡,土方边坡的大小，应根据土质条件、挖方深度或填方高度、地下水位、排水情况、施工方法、边坡留置时间、边坡上部荷载情况、相邻建筑的情况等因素综合考虑确定 土方边坡坡度用挖方深度(或填方高度)H与其边坡宽度B之比来表示。边坡可以做成直线形边坡、阶梯边坡及折线边坡，见图10-3。 图10-3 土方边坡 (a)直线形； (b)折线形； (c)阶梯形 土方边坡坡度=1/m=H/B，m称为坡度系数，m= B/H。,2 .土壁支护,当开挖基坑(槽)受地质或场地条件的限制而不能放坡，或为减少放坡土方量，以及有防止地下水渗入基坑(槽)要求时，可采用加设支撑的方法，以保证施工的顺利和安全，

4、并减少对相邻已有建筑物的不利影响。支撑方法有多种，一般按基坑(槽)开挖的宽度、深度或土质情况来选择。 （1）横撑式支撑。如图10-4所示，横撑式支撑多用于开挖较窄的基槽，根据挡土板的不同，分为水平挡土板式(图10-4(a)和垂直挡土板式(图10-4(b)两类。,图10-4 横撑式支撑 (a)断续式水平挡土板支撑；(b)垂直挡土板支撑 1-水平挡土板；2-立柱；3-工具式横撑；4-垂直挡土板；5-横楞木,（2）锚桩式支撑。当开挖宽度较大的基坑时，如用横撑会因其自由长度大而稳定性差，此时可用锚桩式支撑，如图l0-5所示。 图10-5 锚桩式支撑 1-桩柱；2-挡土板；3-锚桩；4-拉杆；5-回填土,（3）板桩支撑。在土质差、地下水位高的情况下，开挖深且大的基坑时，常采用板桩作为土壁的支护结构。它既可挡土也可挡水，又可避免流砂的产生，防止临近地面下沉。板桩结构分为板桩墙与拉杆两部分，见图10-6。 图10-6板桩结构 1-钢构架；2-斜撑；3-拉杆；4-土锚杆；5-先施工的基础；6-板桩墙,（4）地下连续墙。在地质、水文条件不良的地区，或在城市开挖很深的基坑时放坡即受限制，如用直壁开挖(如用

5、钢板桩支护)和井点降水的方法，打钢板桩会使邻近地面受到震动而增大地基荷载；井点降水会使土中的孔隙水排出，孔隙水压力下降或消散，都能产生地面的附加沉降。而地下连续墙既可挡土护壁，截水防渗，也可用作承受上部结构荷载。地下连续墙作为临时性支护措施不经济，常用作永久性结构，目前在高层建筑或地下结构的深基础工程中选用较多。,3.流砂,采用集水坑降水法开挖基坑，当基坑开挖到地下水位以下时，有时坑底土会进入流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。此时，基底土完全丧失承载能力，土边挖边冒，施工条件恶化，严重时会造成边坡塌方，甚至危及临近建筑物。流砂现象易发生在细砂、粉砂及亚砂土中。 流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。,10.1.3 土方填筑与压实,为了保证填土的强度和稳定性，必须正确选择回填土料和填筑方法，以满足填土压实的质量要求。 1 填土压实质量标准 填土压实后要达到一定密实度要求。填土的密度要求和质量指标通常以压实系数c表示。压实系数是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。压实系数一般根据工程结构性质、使用要求以及土的性质确定。 施工前，应求出现场各种填料的最大干

6、密度，然后乘以设计的压实系数，求得施工控制干密度，作为检查施工质量的依据。 填土压实后土的实际干密度，可采用环刀法取样，其取样组数为：基坑回填每2050 立方米取样一组（每个基坑不少于一组）；基槽或管沟回填每层按长度2050 米取样一组；室内填土每层按100500平方米取样一组；场地平整填方每层按400900平方米取样一组。取样部位应在每层压实后的下半部。,2 填方土料的选择和填筑要求 含水量大的粘土、冻土、有机物含量大于8%的土和水溶性硫酸盐含量大于5%的土均不得用作回填土料。 填土应分层进行，尽量采用同类土回填。换土回填时，必须将透水性较小的土置于透水性较大的土层之上，不得将各类土料任意混杂使用。填方土层应接近水平地分层压实。,3 填土压实方法 填土压实方法有碾压法、夯实法和振动压实法。 平整场地等大面积土工程采用碾压法，较小面积的填土工程采用夯实法和振动压实法。,4 影响填土压实质量的因素,影响填土压实质量的因素很多，其中主要有：土的含水量、压实功及铺土厚度。 （1）压实功 压实功指压实机械对被压实的土所施加的功，其大小由压实机械的一次施压能量和压实遍数决定。同一种碾压或夯实机械

7、施工时，一般以选择碾压或巷击遍数来确定压实功的大小。 当土的含水量一定，随着所耗压实功的增加，土的密度增加量逐渐变小。因此，施工中保证基本的压实遍数是必要的，而过多增加遍数则耗工多，效果却不明显。,（2）含水量 土的含水量对其压实效果起着重要作用。当土较干燥时，由于土颗粒之间的摩阻力较大，颗粒间不易挤压密实；当适当增加土的含水量时，水分在土颗粒间起到润滑作用，使摩阻力减小而易压实；当土的含水量过大时，由于土压实后并不能挤出土中水分，同样也会降低土的密度。当含水量为某一值时，在同样的压实功下所得到的密度最大，此含水量称为土的最优含水量。即处于最优含水量的土最容易压实。,（3）虚铺土厚度 铺土厚度指分层填土压实时，每层虚铺土的厚度。土在压实功的作用下，其应力随深度增加而逐渐减小。铺土过厚，要压很多遍才能达到规定的密实度；铺土过薄，则也要增加机械的总压实遍数。最优的铺土厚度应能使各层土均满足压实要求的情况下而总的机械功耗费最小。,10.1.4 土方工程机械化施工,土方工程工程量大，人工挖土不仅劳动繁重，而且劳动生产率低，工期长，成本较高。因此，在土方工程施工中应尽量采用机械化、半机械化的施工

8、方法，以减轻繁重的体力劳动，加快施工进度，降低工程成本。 土方机械常用的有推土机、铲运机、单斗挖土机等。推土机能单独地进行挖土、运土和卸土工作。铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序的机械。,单斗挖土机常用的有正铲、反铲、拉铲和抓铲四种，见图10-7。 图10-7 挖土机的工作简图 (a)正铲挖土机；(b) 反铲挖土机；(c) 拉铲挖土机；(d) 抓铲挖土机,10.2 基础工程,在土木工程建设中，当天然地基的强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要。地基处理方法很多，要根据工程的具体情况加以选用。当上部结构对变形与稳定的要求较高或有特殊要求时，或因技术或经济的原因，则必须采用深基础。常用的深基础有：桩基础、墩基础、沉井基础、地下连续墙等，其中桩基础应用最广。 桩基础是一种常用的深基础形式，它由桩和桩顶的承台组成。 按桩的受力情况，桩分为摩擦桩和端承桩两类。前者桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受；后者桩上的荷载主要由桩端阻力承受。 按桩的施工方法，桩分为预制桩和灌注桩两类。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩（如木桩、钢筋混凝土方桩、预

9、应力钢筋混凝土管桩等），而后用沉桩设备将桩打入（压入、旋入或振入）土中。灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。,10.2.1钢筋混凝土预制桩,钢筋混凝土预制桩能承受较大的荷载、施工速度快，可以制作成各种需要的断面及长度，桩的制作及沉桩工艺简单，不受地下水位高低变化的影响。 1 桩的预制、起吊、运输、堆放 较短的桩(10米以下)，多在预制厂预制。较长的桩，一般情况下在打桩现场附近设置露天预制厂进行预制。钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计强度标准值的75方可起吊，达到100方能运输和打桩。桩的运输应根据打桩进度和打桩顺序确定，一般情况采用随打随运的方法以减少二次搬运。堆放时场地应平整，坚实，排水良好，桩应按规格、桩号分层叠置；堆放层数不宜超过4层。,2 锤击沉桩 锤击沉桩也称打入桩，是靠打桩机的桩锤下落到桩顶产生的冲击能而将桩沉入土中的一种沉桩方法，是预制钢筋混凝土桩最常用的沉桩方法。 （1）打桩机具 打桩用的机具主要包括桩锤、桩架及动力装置三部分。 （2）打桩施工 打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地；定位放线；设置供电、供水系统；安装打桩机具；确定打桩顺序等。 桩基轴线的定位点应设置在不受打桩影响的地点，打桩地区附近需设置不少于2个水准点。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。,为了使桩能顺利地达到设计标高，保证质量和进度，减少因桩打入先后在邻桩造成的挤压和变位，防止周围建筑物破坏，打桩前应根据桩的规格、入土深度、桩的密集程度和桩架在场地内的移动方便来拟定打桩顺序。打桩顺序合理与否，影响打桩速度和打桩质量，当桩的中心距小于四倍桩径时，打桩顺序尤为重要。根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：自一侧向单一方向进行（图10-8a）；自中间向两个方向对称进行(图10-8b)；自中间向四周进行(图10-8c)。 图10-8 打桩顺序 (a)自一侧向单一方向进行；(b)自中间向两个方向对称进行；(c)自中间向四周进行,打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起来固定在桩架上，后吊桩并送入桩架导杆内，使桩尖对准桩位缓慢松下插入土中，这时桩的垂直度偏差不得超过0.5%。桩就位后在桩顶放上弹性衬垫，扣上桩帽，后将桩锤缓慢落在桩帽上。这时要求桩

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