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高教版《建筑施工技术》全册电子教案

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第一章土方工程

第一节概述

土方工程是建筑工程中主要分部工程之一,它包括开挖、填筑和运输等主要施工过程,以及排水、降水和土壁等准备工作与辅助工作.

一、土方工程的特点与分类

1、特点:

工程量大,施工工期长,劳动强度大.条作复杂.

2、分类及要求

(1)场地平整;

(2)基坑(槽)、管沟开挖;

(3)大型挖方工程;

(4)土方填筑。

辅助:施工排、降水;土壁支撑。

二、土的工程分类

按土坚实程度(开挖的难易程度)分为八类.

按开挖的难易程度分为八类

一类土(松软土)、二类土(普通土)

三类土(坚土)、四类土(砂砾坚土)

——属一般土,机械或人工直接开挖

五类土(软石)、六类土(次坚石)

七类土(坚石)、八类土(特坚石) ——属岩石,爆破开挖 三、土的工程性质 1、土的可松性

定义 : 天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,仍不能恢复到原来 的体积的性质。

最初可松性系数 1.08~1.5 最后可松性系数 1.01~1.3 V 1 ——土在天然状态下的体积,m3; V 2 ——土经开挖后松散状态下的体积,m3; V 3 ——土经回填压实后的体积,m3。 V2>V3>V1 ; K S > K S’ >1 可松性用途:

开挖、运输、存放,挖土回填,留回填松土 注意:分类级别越小的土则可松性就越小;

可松性越小的土就越好挖。 2、土的渗透性

由达西定律可得水在土中的渗透速度:

ki

L

h k L H H k ==-=21υ

V 与i 成正比,与L 成反比

土渗透性比较:粘土﹤粉土﹤砂土﹤砾石 3、土的天然含水量

土的天然含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比,以百分数表示:

土的含水量表示土的干湿程度。

工程意义:含水量对于挖土的难易,施工时边坡稳定及回填土的夯实质量都有影

响。

%

100?=s

m m ωω

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第二节土方量计算

一、基坑、基槽土方量计算

1、基坑土方量计算

基坑土方量的计算,可近似地按拟柱体体积公式计算

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图1—2基坑土方量计算

H ——基坑深度(m)。

A1、A2——基坑上下两底面积(m2)。

A0——基坑中截面面积(m2)。

2、基槽土方量计算

基槽土方量可沿长度方向分段计算

式中V1——第一段的土方量,m3;

L1 —第一段的长度,m。

A2

A1

A0

H 1102

(4)

6

L

V A A A

=++

总土方量为各段土方量之和。

V1、V2、……、Vn —各分段的土方量(m 3) 二、场地平整的土方工程量的计算

场地平整将天然平面改造成要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。 场地平整土方量计算方法通常采用方格网法,也称挖填平衡法。 (1)划分场地方格网

方法:将场地划分为每格边长10~40m 的方格网。

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(a)地形地图方格网 (b)设计标高示意图 1—等高线; 2—自然地面; 3—设计标高平面 4—零线

(2)确定方格角点自然标高

找出每个方格各个角点的地面标高(实测法、等高线插入法)。 (3)确定方格点设计标高

12n

V V V V =++???+()∑∑∑∑+++=

4321043241

H H H H N

H

H 1--一个方格所仅有角点的标高;m ;

H 2、H 3、H 4--分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高,m ; N ——方格格数,个。 上图中N=5

按泄水坡度调整各角点设计标高 : ①单向排水时,各方格角点设计标高为: Hn = H0 ± L? i

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②双向排水时,各方格角点设计标高为: Hn = H 0 ± L x i x ± L y i y

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(4)计算场地各个角点的施工高度

施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差,是以角点设计标高

H 0 H 11 H 12

H 13

为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算:

hn

= H n — H

h —— 该角点的挖填高度,“+” 值表示填方“,—”值表示挖方。 H n —— 该角点设计标高。 H —— 该角点自然地面标高。 (5)确定零线(挖填分界线)

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(均用绝对值),m ; a —方格网的边长,m 。 (6)计算各方格挖填土方 每个方格一般有以下几种情况 a 四个角点全挖(或全填) b 一个角点为挖(或填), 另三个角点为填 (或挖) c 两个角点为挖(或填), 另两个角点为填(或挖)

常用方格网点计算公式见课本表,本表公式是按照各计算图形底面积乘以平均高度而得出。

1

112

h x a h h =+2

212

h x a

h h =+

(三)土方调配

1.土方调配原则

(1)挖、填平衡和运距最短。

(2)近期施工与后期利用相结合。

(3)分区与全场相结合考虑。

(4)尽可能与大型地下建筑的施工相结合。

(5)选择恰当地调配方向、运输路线,充分发挥功效。

2、土方调配的步骤和方法:

(1)找出零线,画出挖方区、填方区;划分调配区。

(2)计算各调配区的土方量,并表明在图上。

(3)找各挖、填方区间的平均运距(即土方重心间的距离)。

(4)确定土方最优方案。

(5)绘制土方调配图。

在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距。下图中的土方调配,仅考虑场内挖方、填方平衡。W为挖方,T为填方。

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第三节施工准备与辅助工作

一、施工准备工作

(1)场地调查(地质、地貌、水文等)

(2)场地清理(拆除施工区内的一切地上及地下构筑物);

(3)地面水排除(采用排水沟引出场外);

(4)修好临时道路及临时用水,用电,临时宿舍;

(5)技术资料准备(地形图、地下管线图、当地气象资料等)。

二、土方工程排水和降低地下水位

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。

(一)、集水坑降水法(明沟排水法)

集水坑降水法是在基坑开挖过程中,沿坑底的周围或中央开挖排水沟,并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内,用水泵抽走(下图)。这种方法可用于基坑排水,也可用于降水。

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1.排水沟与集水坑的设置

排水沟:沿基坑底四周设置,底宽≮300mm,沟底低于坑底500mm,坡度1%。集水井:沿基坑底边角设置,间距20~40m,直径0.6~0.8m,井底低于坑底1~2m。长期用,有护壁和碎石压底。

2、排水沟与集水坑的施工

集水坑降水法缺点:当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂,有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。

(二)井点降水法

井点降水原理:井点降水就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)。在基坑开挖前和开挖过程中,利用真空原理,不断抽出地下水,使地下水位降低到坑底以下。

适用范围:

1)土壤的渗透系数K=0.1~50m/d的土层中;

2)降水深度一般为:单级轻型点为3-6m;多级轻型点为6~12m。

井点降水的作用:

1)防止地下水涌入坑内;

2)防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方;

3)使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力,

因此防止了坑底的管涌;

4)降水后,使板桩减少了横向荷载;

5)消除了地下水的渗流,也就防止了流砂现象;

6)降低地下水位后,还能使土壤固结,增加地基土的承载能力。

井点有两大类:轻型井点和管井。一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定,可参照下表选择。

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轻型井点(下图)就是沿基坑四周围或一侧将井点管(下端为滤管)埋入含水层内,井点管上端与集水总管连接,集水总管再与水泵连接,利用抽水设备将地下水经滤管进入井管,经总管不断抽出,从而将地下水位降至坑底以下。

轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1~50m/d的土层中;降低水位深度:一级轻型井点3~6m,二级井点可达6~9m。

1.轻型井点设备

管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。

井点管:φ38~φ50,长5~7m(常用6m),无缝钢管,丝扣连滤管;

滤管:φ38~φ50,长1~1.7m,开孔φ12,开孔率20~25%,包滤网;

总管:内φ75~100无缝钢管,每节4m,每隔0.8、1或1.2m有一短接口;

连接管:使用透明塑料管、胶管或钢管,宜有阀门;

抽水设备:真空泵――真空度高,体形大、耗能多、构造复杂射流泵(常用)――简单、轻小、节能

隔膜泵(少用)

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轻型井点降水全貌图

2.轻型井点布置

(1)平面布置

单排:在沟槽上游一侧布置,每侧超出沟槽≮B。

用于沟槽宽度B≤6m,降水深度≤5m。

双排:在沟槽两侧布置,每侧超出沟槽≮B。

用于沟槽宽度B>6m,或土质不良。

环状:在坑槽四周布置。

用于面积较大的基坑。

(2)高程布置(下图)

井管埋深:H≥H1+h+iL。

式中:

H1——井点管埋设面至基坑底的距离,m;

h——基坑中心处坑底面(单排井点时,为远离井点侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离,一般为0.5~1.0m;

i——地下水降落坡度;环状井点为1/10,单排线状井点为1/4;

L——井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水

平距离),m。

当H>6m时:降低埋设面;采用二级井点;改用其它井点。

单排井点布置简图

(a)平面布置;(b)高程布置

1一集水总管;2-点管;3一抽水设备

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环形井点布置简图

(a)平面布置;(b)高程布置

1一集水总管;2一井点管;3一抽水设备(3)轻型井点计算

1)涌水量计算Q:(环状井点系统)

①判断井型(下图)

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井的形式

②无压完整涌水量(群井)

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环状井点系统涌水量计算简图

(a)无压完整井;

式中 H —含水层厚度(m);

K —渗透系数(m /d),应由实验测定 S —水位降低值(m);

R —抽水影响半径(m), 取: x0—环形井点的假想半径(m):

当长宽比A/B ≯5时,

当长宽比A/B >5时,分块计算涌水量再累加。 F —基坑周围井点管所包围的面积(m2)。

0lgx )x lg(R S)S (2H K

366.1Q --+=π

F

x 0=

HK S 95.1R =

③无压非完整井涌水量(群井)

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环状井点系统涌水量计算简图

(b)无压非完整井

s ’/(s ’+l ) 0.2 0.3

0.5 0.8 H 0 1.3 (s ’+l )

1.5 (s ’+l )

1.7 (s ’+l )

1.85 (s ’+l )

表中S’为井管内水位降低深度;l 为滤管长度。 注意:1、当H 0值超过H 时,取H 0=H ; 2、计算R 时,也应以H 0代入。 2) 井点管数量与井距的确定 ①单井最大出水量q

单井的最大出水量,主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸,按下式确定:

式中 d —滤管直径(m);

00lgx )x lg(R S)S

(2H K

366.1Q --+=3K

l d 65q ??=π

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