緒論及土方工程上.pptVIP

1,土木工程施工,周 曉 敏 土木與環(huán)境工程學(xué)院 2010年4月,2,緒 論,課程知識:在施工條件和產(chǎn)品預(yù)期狀態(tài)為已知的前提下，根據(jù)施工過程與施工效果的關(guān)系，合理確定施工過程方面的知識。 講授對象土木工程的施工過程 講授內(nèi)容施工過程和施工效果的關(guān)系 講授目的確定合理的施工過程 施工過程的描述：把施工過程作為一個系統(tǒng)，由工序構(gòu)成，分為施工技術(shù)和組織管理兩個層次描述。 施工技術(shù)：是從具體對象出發(fā)，采用的施工設(shè)備、工藝過程、工藝標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)措施； 施工組織：是以對象總體出發(fā)，以施工技術(shù)為基礎(chǔ)，將整個施工任務(wù)進行分解、分工、在空間和時間上進行關(guān)系協(xié)調(diào)和按計劃完成。,3,土木工程課程的課程體系,4,課程特點：專業(yè)知識的運用與拓展,內(nèi)容多、課時少； 論述多、推導(dǎo)少； 圖表數(shù)據(jù)多、計算少； 各章間既獨立、又關(guān)聯(lián)； 講授施工經(jīng)驗多、生產(chǎn)體驗少； 在校學(xué)的內(nèi)容多、深度淺； 出去用的專、內(nèi)容精；,教與學(xué)： 1、多媒體-照片、錄象; 2、知識-外延、貫通、啟發(fā)、互動式; 3、知識的貫通；過程的建立； 專業(yè)信念之建立；安全意識的增強；,信息參考,網(wǎng)頁： 筑龍網(wǎng)；土木在線；隧道網(wǎng)；學(xué)校網(wǎng)頁（同濟、重大等） 期刊：建筑施工；施工技術(shù)，隧道工程，公路建設(shè) 參考書籍： 毛鶴琴 主編：土木工程施工； 穆靜波 主編：土木工程施工習(xí)題集,5,信息參考,規(guī)范：國標(biāo)，行標(biāo)（建設(shè)部、冶金部 等） GB5007-2002: 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB50086-2001:錨桿噴射混凝土支護規(guī)范 GB50202-2002:建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 JGJ 120-99 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程（建設(shè)部） JGJ 94-94 建筑樁基技術(shù)規(guī)范 YB 9258-97 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范（冶金部） CECS96:97 基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程（工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）,6,考查和考試,考試（百分制） 60% 平時成績（百分制度）：40%； 出勤率：32%（8周，16節(jié)課） 準(zhǔn)時率：8%（0.5分）5分鐘 作業(yè):60%（優(yōu)、良、一般、差） 課堂表現(xiàn)：加分（5）,7,8,本章提要：土方問題；4學(xué)時 關(guān)聯(lián)學(xué)科；土力學(xué)、線性規(guī)劃；工程機械 1-1: 土方工程概述（1.1，1.2） 一、土方工程內(nèi)容和施工特點 二、土的分類 三、土的工程性質(zhì) 1、土的含水量；2、土的可松性；3、土的滲透性 4、土的休止角 1-2: 土方計算與調(diào)配（1.3場地開挖） 一、基坑（槽）、管溝土方量計算 二、場地平整土方量計算 三、土方調(diào)配 四、表上作業(yè) 1-3:土方施工 一、施工準(zhǔn)備 二、土壁穩(wěn)定,第一章 土方工程,9,本章提要：土方問題；4學(xué)時 關(guān)聯(lián)學(xué)科；土力學(xué)、線性規(guī)劃； 三、基坑開挖與支護 四、施工降排水 五、土方壓實 1-4:土方機械化施工 一、土方機械的主要性能 二、土方機械的選擇 1-5：爆破工程 一、爆破的基本知識； 二、藥包量計算 三、爆破方法 四、爆破安全措施,第一章 土方工程,10,1-1 土方工程概述,一、土方工程內(nèi)容和特點 常見類型： 場地平整：設(shè)計標(biāo)高、挖方量確定、土方調(diào)配、 土方開挖：基坑（槽）及管溝開挖、地坪填土、路基填筑、隧道 土方填筑：基坑回填、路基填筑等等。 施工過程： 包括土或石的挖掘、填筑和運輸?shù)纫约芭潘⒔邓屯帘谥蔚葴?zhǔn)備和輔助過程。 施工的特點： 工程量大、勞動強度高； 施工條件復(fù)雜；易受地區(qū)氣候條件影響； 場地受限。 施工總的要求：根據(jù)工程自身條件，制定合理施工方案，盡可能采用新技術(shù)和機械化施工,11,二、土的工程分類與鑒別 在土方工程施工和工程預(yù)算定額中，根據(jù)土的開挖難易程度，將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石等八類。前四類為一般土，后四類為巖石。,1-1 土方工程概述,表1.1 土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法,12,表1.1 土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法,13,表1.1 土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法,14,GB5007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：6類（1巖石（堅硬、較堅硬、較軟巖、軟巖），2碎石類土、3砂土類、4粉土、5粘性土、6人工填土) 塑性和成因 其他特殊類土：凍土、濕陷性黃土、淤泥、膨脹土 土的分類標(biāo)準(zhǔn)GBJ145-90（有機含量、塑性指標(biāo)）,15,三、土的工程性質(zhì) 1、土的含水量（w）天然含水量 土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比，以百分率表示：,式中， m1含水狀態(tài)時土的質(zhì)量（kg）； m2烘干后土的質(zhì)量（kg）； mw土中水的質(zhì)量（kg）； ms固體顆粒的質(zhì)量（kg）。,1-1 土方工程概述,注：土的含水量隨天氣和地下水流動有關(guān)，影響到土方邊坡穩(wěn)定、填方密實度、施工方法等,16,1-1 土方工程概述,2、土的可松性： 自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，內(nèi)部組織破壞，其體積因松散而增加以后雖經(jīng)回填壓實仍不能恢復(fù)其原來的體積，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示：,式中： Ks 土的最初可松性系數(shù)； Ks 土的最終可松性系數(shù)； V 1 土在自然狀態(tài)下的體積； V 2 土挖出后的松散狀態(tài)下的體積； V 3 土經(jīng)回填壓實后的體積。,3、土的休止角：指天然狀態(tài)下的土體可以穩(wěn)定的坡度。,17,4、土的滲透性 土體被水透過的性質(zhì)，常用滲透系數(shù) K 表示。 滲透系數(shù) K：在水力坡度為1的滲流作用下，水從土中滲出的速度，它同土的顆粒級配，密實程度等有關(guān)。,1-1 土的分類和工程性質(zhì),砂土的滲透實驗,18,表1.2 土的滲透系數(shù)參考表,19,四、土方坡度,直壁開挖 根據(jù)土方工程相關(guān)規(guī)范的規(guī)定：對于土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑（槽）底或管溝底面標(biāo)高，開挖土層濕度適宜且敞露時間不長時，其挖方邊坡可作成直壁，不加支撐，但挖方深度不宜超過下列規(guī)定： 密實、中密的砂土和碎石土（充填物為砂土）- 1.00（m） 硬塑、可塑的粉質(zhì)粘土及粉土 -1.25（m） 硬塑、可塑的粘土和碎石類土（充填物為粘性土） 1.50（m） 堅硬的粘土 - 2.0（m）,式中，m=B/H為邊坡系數(shù)。 稱為坡度系數(shù),20,放坡,按規(guī)定坡度開挖：深度超過以上數(shù)值的基坑邊坡，開挖時可按相應(yīng)規(guī)范選取，對于5m以內(nèi)基坑可按下表選取，對于山地條件較好深10米以內(nèi)。超過10米，且土性變化的，其坡度可采取折形布置，見圖 通過計算確定坡度：對地下水、開挖深度、荷載、土質(zhì)復(fù)雜等開挖條件超過規(guī)范的規(guī)定時，可采用土力學(xué)原理計算邊坡坡度。,深度在5m以內(nèi)的基坑（槽）、管溝邊坡最陡坡度,21,（a）,（b）,（c）,（d）,圖140 土方邊坡 (a)直線邊坡；(b)不同土層折線邊坡；(c)不同深度折線邊坡；(d)階梯邊坡,一、邊坡工程 影響邊坡穩(wěn)定的主要因素: 1)坡度與土性 2)雨水 3)附近地表負荷 4)時間 采取的措施 1)放足坡度;2)加固和支撐 放坡形式,22,1-2 土方量計算與調(diào)配,一、基坑（槽）、管溝土方量計算 基坑土方量的計算可近似按立體幾何中擬柱體（由兩個平行的平面做底的一種多面體）體積公式計算。 基槽和管溝在土方量計算時，可沿長度方向分段計算，將各段土方量相加，即得總土方量。,基坑土方量計算,基槽土方量計算,23,共有三種方案選擇 1、先平整整個場地，后開挖基坑 2、先開挖基坑（槽），后平整場地 3、邊平整場地，邊開挖基坑（槽）,二、場地平整施工方案,三、場地平整土方量計算步驟,1、在具有等高線圖上，劃分網(wǎng)格10m40m 2、計算各方格角點的自然標(biāo)高 3、設(shè)計場地標(biāo)高和泄水坡度 4、計算施工高度，各個挖填方角點的施工高度 5、確定零線 6、計算各個方格內(nèi)土方量、邊坡土方量，并匯總；,24,二、 場地平整土方量計算 場地平整土方量的計算思路根據(jù)給定的場地設(shè)計標(biāo)高，以此標(biāo)高為基準(zhǔn)分別計算標(biāo)高以下的填方量和標(biāo)高以上的挖方量。,l、初步確定場地設(shè)計標(biāo)高H0 （1）在具有等高線的地形圖上將施工區(qū)域劃分為邊長a=10m40m的若干方格如圖所示； （2）確定各小方格的角點高程?？筛鶕?jù)地形圖上相鄰兩等高線的高程，用插值法求得。在無地形圖的情況下，也可以在地面用木樁或鋼釬打好方格網(wǎng)，然后用儀器直接測出方格同角點標(biāo)高。,場地設(shè)計標(biāo)高計算,25,（3）按填挖方平衡原則確定設(shè)計標(biāo)高；挖=填,場地設(shè)計標(biāo)高計算,由右圖 可看出，H11只屬于一個方格的角點標(biāo)高，H12和H21則屬于兩個方格公共的角點標(biāo)高，H22則屬于四個方格公共的角點標(biāo)高，它們分別在上式中要加一次、二次、三次、四次。因此，上式可改寫成下列形式：,26,27,(4)按最小二乘法確定場地最佳設(shè)計標(biāo)高 施工高度 計算土方施工高度方差平方和： Pi應(yīng)用次數(shù)(1,2,3,4) 最小二乘法求解：（1，挖=填，2，最小工程量）,28,最小二乘法確定場地最佳設(shè)計標(biāo)高計算表,29,H0H0+h 式中：Vw 按理論標(biāo)高計算出的總挖方體積； FW，F(xiàn)T 按理論設(shè)計標(biāo)高計算出的挖方區(qū)、填方區(qū)總面積； Ks 土的最后可松性系數(shù)。,2場地設(shè)計標(biāo)高的調(diào)整 (1)土的可松性影響,30,(2)場內(nèi)挖方和填土的影響(場區(qū)上填筑路堤,H下降；挖河道、水池等H上升); (3)場地泄水坡度的影響; 1）單向泄水時各方格角點的設(shè)計標(biāo)高 HnH0li,31,1-2 土方量計算,2）雙向泄水時各方格角點的設(shè)計標(biāo)高 HnH0lxixlyiy,32,二、場地平整土方量的計算 4. 場地平整土方量的計算一般采用方格網(wǎng)法。,（1）計算場地各方格角點的施工高度,式中，hn為角點施工高度，即挖填高度，以“”為填，“”為挖；Hn為角點的設(shè)計標(biāo)高；Hn為角點的自然地面標(biāo)高。,（2）確定“零線” 平面網(wǎng)格中，相鄰兩個零點相連成的一條折線，就是方格網(wǎng)中的挖填分界線零線。 設(shè)h1為填方角點的填方高度，h2為挖方角點的挖方高度，O為零點位置。則O點與A點的距離為：,求零點的圖解法,33,二、場地平整土方量的計算,（3）計算方格挖填土方量 零線求出后，場地的挖填區(qū)即隨之標(biāo)出，可按“四方棱柱體法” 和“三角棱柱法”計算出各方格的挖填土方量。,全挖全填方格,兩挖兩填方格挖全填方格,三挖一填或三填一挖方格,a,a,a,a,a,a,h1,h1,h1,h2,h3,h4,h2,h2,h3,h3,h4,h4,四方棱柱體法。,34,表1.3 常用方格網(wǎng)點計算公式,35,二、場地平整土方量的計算,(1)全挖全填 式中 a方格邊長(m)； hl，h2，h3三角形各角點的施工高度(m)，用絕對值代入。,按地形將方格劃分成三角形,三角棱柱體法,36,1-2 土方量計算,(2)有挖有填 其中:錐體部分的體積為:,楔體部分的體積為:,37,斷面法。,（1）沿場地取若干平行斷面，將每個斷面分解成若干三角形和梯形 （2）段面積求出后，各個段面之間的間距為l：即可取出土方體積；,38,1） 三角棱錐體邊坡體積,2） 三角棱柱邊坡體積,39,問題的實質(zhì)：已知各挖土區(qū)和填土區(qū)的位置和土方量及各挖土區(qū)和填土區(qū)之間的運距，求各挖土區(qū)向各填土區(qū)調(diào)配的土方量是多少時，總的運輸費用最低。,四、土方調(diào)配,40,土方調(diào)配的原則： 應(yīng)力求達到挖填平衡和運距最短的原則； 考慮近期施工與后期利用相結(jié)合的原則； 應(yīng)采取分區(qū)與全場相結(jié)合來考慮的原則； 應(yīng)考慮與大型地下建筑施工相結(jié)合的原則； 選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)配方向、運輸路線，使土方機械和運輸車輛的功效能得到充分發(fā)揮。,41,求解方法：線性規(guī)劃法中的“表上作業(yè)法” 求解步驟 （一）準(zhǔn)備工作 1、劃分調(diào)配區(qū) 2、計算調(diào)配區(qū)之間的平均運距 （二）建立土方調(diào)配的數(shù)學(xué)模型 1、土方平衡與運距表 2、數(shù)學(xué)模型 3、求解分析,42,求解方法：線性規(guī)劃法中的“表上作業(yè)法” （三）用“表上作業(yè)法”進行土方調(diào)配 1、初始方案的確定-最小元素法 2、方案是否最優(yōu)的判別 3、方案的調(diào)整 （四）土方調(diào)配圖的繪制,43,各調(diào)配區(qū)土方量和平均運距圖,2、平均運距的確定,44,3、土方施工單價的確定見圖,45,數(shù)學(xué)模型 求一組xij的值，使目標(biāo)函數(shù),為最小值，并滿足下列約束條件,i=1,2,m,j=1,2,n,xij0,康-希問題：上世紀(jì)30年代康脫洛維奇提出，1941年希奇柯克又提出：,46,（1）根據(jù)約束條件知道，未知量有m*n個，而方程數(shù)為mn個。由于填挖平衡，因此獨立方程的數(shù)量實際上只有m+n-l個。見圖 （2）由于獨立方程只有m+n-1個，而未知量有m*n個，無法計算。在求解線性規(guī)劃問題時，可以先命m*n-（m+n-1）個未知量為零（可以任意假定。但為了減少運算次數(shù)，可以按照就近分配的原則，把運距較遠或運費較大的那些未知量假定為零見圖），這樣就能夠解出第一組m+n-1個未知量的值。這個解是不是最優(yōu)解，還需要用檢驗數(shù)進行檢驗。如果在解中換一個未知量，能使求得的一組新解的目標(biāo)函數(shù)下降，那么新解就比前一個解合理。這樣一次次調(diào)整，直到使目標(biāo)函數(shù)值為最小，此時的一組解就是最優(yōu)解。,求解分析,47,（1）找出判據(jù)，確定是否最優(yōu)？ （2）如何優(yōu)化？即如何調(diào)配？,如何找到最優(yōu)解？即，如何優(yōu)化？,S為常數(shù),48,1、計算檢驗數(shù) ij= cij ui - vj （ui，vj- 位勢數(shù)；cij-單價） （有運方的方格檢驗數(shù)ij=0） 2、最優(yōu)方案的判別 （1）求位勢數(shù) 列出初始方案中有調(diào)配數(shù)的方格的單價cij,，見圖 第一個位勢數(shù)是任意給定的，但之后就是唯一解 有運方的方格的檢驗數(shù)=0：由cij = ui + vj公式(ij=0)求位勢數(shù)并列入表中見圖； （2）只要出現(xiàn)負的檢驗數(shù)，就說明方案不是最優(yōu)，需要進一步調(diào)整,49,初始方案的確定就近分配法（經(jīng)驗最低成本法）,目標(biāo)函數(shù)： Z=40050+40040+40060+10060+200110+10070+50050 =120000（m3m）,Cij,50,求位勢數(shù) 由 cij = ui + vj 求位勢數(shù) ui 、vj,v1=50 u1=50-50=0 u3=60-50=10 v2=110-10=100 v3=70-10=60 u2=40-100=-60 u4=40-60=-20,Cij,ij= cij ui vj=0,ij= cij ui vj,51,第一步：在所有負檢驗數(shù)中選一個（一般可選最小的一個），本例中是12，把它所對應(yīng)的變量x12作為調(diào)整對象。見圖 第二步：找出x12的閉回路。其做法是：從x12格出發(fā)，沿水平與豎直方向前進，遇到適當(dāng)?shù)挠型谔罘搅繑?shù)字的方格作90轉(zhuǎn)彎，見圖，然后繼續(xù)前進，如果路線恰當(dāng)，有限步后便能回到出發(fā)點，形成一條以有數(shù)字的方格為轉(zhuǎn)角點的、用水平和豎直線聯(lián)起來的閉合回路，見圖。 第三步:從空格x12出發(fā)，沿著閉合回路（方向任意）一直前進，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點的數(shù)字中，挑出最小運方量（最大運距對應(yīng)的xij（本例中c32=110最大，它對應(yīng)的x32=200），將它由x32調(diào)到x12方格中，見圖。,52,第四步：將“200”填入x12方格中，被調(diào)出的x32為0（該格變?yōu)榭崭瘢?；同時將閉合回路上其它的奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去“200”，偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加“200”，使得填挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡。這樣調(diào)整后，便可得到表中的新調(diào)配方案。 第五步：對新調(diào)配方案，仍用“位勢法”進行檢驗，看其是否是最優(yōu)方案。如果檢驗數(shù)中仍有負數(shù)出現(xiàn)，那就仍按上述步驟繼續(xù)調(diào)整，直到找出最優(yōu)方案為止。,53,54,表中所有檢驗數(shù)均為正號，故該方案為最優(yōu)方案。 Z=20050+20070+40040+30060+10070+50040=85000（m3m）,最優(yōu)土方調(diào)配方案的土方總運輸量為：,55,調(diào)配方案的注意事項： 1、合理的調(diào)整方案不是唯一的。 2、初始方案提出后，或者在調(diào)整方案中，有時也會出現(xiàn)無法繼續(xù)判斷和調(diào)整的情況。關(guān)鍵要確保：有運量的方格數(shù)=m+n-1, 不足補上（在無法填位勢數(shù)的行和列上選擇最小運距的方格中添上運距，該格的運量用0添入） 多了消掉(閉回路法，消掉成本高的),56,二、運土土方調(diào)配,土方調(diào)配圖