建筑工程施工技術(shù)課件

第1章土方工程施工1.1

土的工程分類及其工程性質(zhì)1.2基坑（槽）的土方開挖1.3土方填筑與壓實(shí)1.5

人工降低地下水位1.4土方工程機(jī)械化施工本章內(nèi)容按土開挖的難易程度將土分為：松軟土、普通土、堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土、軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石、特堅(jiān)硬石等八類。松土和普通土可直接用鐵鍬開挖，或用鏟運(yùn)機(jī)、推土機(jī)、挖土機(jī)施工；堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土和軟石要用鎬、撬棍開挖，或預(yù)先松土，部分用爆破的方法施工；次堅(jiān)石、堅(jiān)石和特堅(jiān)硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法見表1.1所示。

1.1土的分類及工程物理性質(zhì)1.1.1土的分類與鑒別

表1.1土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法土的分類土的名稱可松性系數(shù)現(xiàn)場鑒別方法KSK’s一類土(松軟土)砂，亞砂土，沖積砂土層，種植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03能用鍬、鋤頭挖掘二類土(普通土)亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土，填筑土及亞砂土1.14～1.281.02～1.05用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土(堅(jiān)土)軟及中等密實(shí)粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實(shí)的填筑土1.24～1.301.04～1.07要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土(砂礫堅(jiān)土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實(shí)的黃土，天然級配砂石，軟泥灰?guī)r及蛋白石1.26～1.321.06～1.09整個(gè)用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘土的分類土的名稱可松性系數(shù)現(xiàn)場鑒別方法KSK’s五類土(軟石)硬石炭紀(jì)粘土，中等密實(shí)的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土，膠結(jié)不緊的礫巖，軟的石炭巖1.30～1.451.10～1.20用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅(jiān)石)泥巖，砂巖，礫巖，堅(jiān)實(shí)的頁巖，泥灰?guī)r，密實(shí)的石灰?guī)r，風(fēng)化花崗巖，片麻巖1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖,部分用風(fēng)鎬七類土(堅(jiān)石)大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中?；◢弾r，堅(jiān)實(shí)的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r，風(fēng)化痕跡的安山巖、玄武巖1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖八類土(特堅(jiān)硬石))安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅(jiān)實(shí)的細(xì)粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖1.45～1.501.20～1.30用爆破方法開挖土的含水量：土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率。1.1.2土的工程性質(zhì)一、土的含水量式中：m濕——含水狀態(tài)土的質(zhì)量，kg；m干——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。

土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對土方邊坡的穩(wěn)定性及填方密實(shí)程度有直接的影響。(1.1)土的天然密度:

在天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量。它與土的密實(shí)程度和含水量有關(guān)。土的天然密度按下式計(jì)算：

二、土的天然密度和干密度

式中ρ——土的天然密度，kg/m3；m——土的總質(zhì)量，kg；

V—土的體積，m3。

(1.2)干密度:土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值，用下式表示：

式中ρd——土的干密度，kg/m3；mS——固體顆粒質(zhì)量，kg；

V—土的體積，m3。

在一定程度上，土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度。土的干密度愈大，表示土愈密實(shí)。土的密實(shí)程度主要通過檢驗(yàn)填方土的干密度和含水量來控制。

(1.3)三、土的可松性系數(shù)

土的可松性：天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動(dòng)夯實(shí)，仍然不能完全復(fù)原，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，即(1.4)(1.5)土的最初可松性系數(shù)KS是計(jì)算車輛裝運(yùn)土方體積及挖土機(jī)械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)是計(jì)算填方所需挖土工程量的主要參數(shù)，各類土的可松性系數(shù)見表1.1所示。

四、土的滲透性土的滲透性：指土體被水透過的性質(zhì)。土的滲透性用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)：表示單位時(shí)間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示；它同土的顆粒級配、密實(shí)程度等有關(guān)，是人工降低地下水位及選擇各類井點(diǎn)的主要參數(shù)。土的滲透系數(shù)見表1.2所示。

表1.2土的滲透系數(shù)參考表

土的名稱

滲透系數(shù)(m/d)土的名稱滲透系數(shù)(m/d)粘土

＜0.005中砂

5.00～20.00亞

粘

土

0.005～0.10均質(zhì)中砂

35～50輕亞粘土

0.10～0.50粗砂

20～50黃土

0.25～0.50圓

礫

石

50～100粉砂

0.50～1.00卵石

100～500細(xì)砂

1.00～5.00粗砂夾卵石50～1001.2土方計(jì)算1.2.1基坑與基槽土方量計(jì)算

基坑土方量可按立體幾何中擬柱體(由兩個(gè)平行的平面作底的一種多面體)體積公式計(jì)算(圖1.1)。即

(1.6)基槽土方量計(jì)算可沿長度方向分段計(jì)算(圖1.2)：

將各段土方量相加即得總土方量：

(1.7)(1.8)1.2.2場地平整土方計(jì)算場地挖填土方量計(jì)算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種。橫截面法是將要計(jì)算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計(jì)算公式逐段計(jì)算，最后將逐段計(jì)算結(jié)果匯總。橫截面法計(jì)算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區(qū)。對于地形較平坦地區(qū)，一般采用方格網(wǎng)法。

方格網(wǎng)法計(jì)算場地平整土方量步驟為：(1)讀識(shí)方格網(wǎng)圖方格網(wǎng)圖由設(shè)計(jì)單位(一般在1/500的地形圖上)將場地劃分為邊長a=10～40m的若干方格，與測量的縱橫坐標(biāo)相對應(yīng)，在各方格角點(diǎn)規(guī)定的位置上標(biāo)注角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高(H)和設(shè)計(jì)標(biāo)高(Hn)，如圖1.3所示。(2)計(jì)算場地各個(gè)角點(diǎn)的施工高度

施工高度為角點(diǎn)設(shè)計(jì)地面標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之差，是以角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為基準(zhǔn)的挖方或填方的施工高度。各方格角點(diǎn)的施工高度按下式計(jì)算：(1.9)(3)計(jì)算“零點(diǎn)”位置，確定零線方格邊線一端施工高程為“+”，若另一端為“-”，則沿其邊線必然有一不挖不填的點(diǎn)，即為“零點(diǎn)”(圖1.4)。零點(diǎn)位置按下式計(jì)算：

(1.10)(4)計(jì)算方格土方工程量按方格底面積圖形和表1.3所列計(jì)算公式，逐格計(jì)算每個(gè)方格內(nèi)的挖方量或填方量。(5)邊坡土方量計(jì)算場地的挖方區(qū)和填方區(qū)的邊沿都需要做成邊坡，以保證挖方土壁和填方區(qū)的穩(wěn)定。邊坡的土方量可以劃分成兩種近似的幾何形體進(jìn)行計(jì)算，一種為三角棱錐體(圖1.6中①～③、⑤～?)，另一種為三角棱柱體(圖1.6中④)。

A

三角棱錐體邊坡體積(1.11)B

三角棱柱體邊坡體積

兩端橫斷面面積相差很大的情況下，邊坡體積

C

計(jì)算土方總量將挖方區(qū)(或填方區(qū))所有方格計(jì)算的土方量和邊坡土方量匯總，即得該場地挖方和填方的總土方量。

(1.12)(1.13)1.2.4土方邊坡與土壁支撐

土壁穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就會(huì)塌方。造成土壁塌方的主要原因有：

邊坡過陡，使土體本身穩(wěn)定性不夠，尤其是在土質(zhì)差、開挖深度大的坑槽中，常引起塌方。雨水、地下水滲入基坑，使土體重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因?；?槽)邊緣附近大量堆土，或停放機(jī)具、材料，或由于動(dòng)荷載的作用，使土體產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強(qiáng)度

一、土方邊坡

土方邊坡的坡度以挖方深度(或填方深度)

h與底寬b之比表示(圖1.11)，即

土方邊坡坡度=

h/b=1/(b/h)=1∶m式中m=b/h稱為邊坡系數(shù)。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標(biāo)高時(shí)，挖方邊坡可做成直立壁不加支撐，但深度不宜超過下列規(guī)定：密實(shí)、中密的砂土和碎石類土(充填物為砂土)：1.0m；

硬塑、可塑的粉土及粉質(zhì)粘土：1.25m；

硬塑、可塑的粘土和碎石類土(充填物為粘性土)：

1.5m；

堅(jiān)硬的粘土：2m。

挖土深度超過上述規(guī)定時(shí)，應(yīng)考慮放坡或做成直立壁加支撐。

二、土壁支撐

土壁支撐形式應(yīng)根據(jù)開挖深度和寬度、土質(zhì)和地下水條件以及開挖方法、相鄰建筑物等情況進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。橫撐式支撐由擋土板、楞木和工具式橫撐組成，用于寬度不大、深度較小溝槽開挖的土壁支撐。根據(jù)擋土板放置方式不同，分為水平擋土板和垂直擋土板兩類(見圖1.12)。

(1)橫撐式支撐(2)板樁式支撐板樁式支撐特別適用于地下水位較高且土質(zhì)為細(xì)顆粒、松散飽和土的支護(hù)，可防治流砂現(xiàn)象產(chǎn)生。

板樁支撐作用：使地下水在土中的滲流路線延長，減小了動(dòng)水壓力，從而可預(yù)防流砂的產(chǎn)生；板樁支撐既擋土又防水，特別適于開挖較深、地下水位較高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基礎(chǔ)下沉。

鋼板樁又可分平板樁和波浪式板樁兩類。平板樁(圖1.13(a))防水和承受軸向壓力性能良好，易打入地下，但長軸方向抗彎強(qiáng)度較??；波浪式板樁（圖1.13(b)）的防水和抗彎性能都較好，施工中多采用。鋼板樁施工1.3填土與壓實(shí)1.3.1填土的要求填土的土料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。含有大量有機(jī)物、石膏和水溶性硫酸鹽(含量大于5%)的土以及淤泥、凍土、膨脹土等，均不應(yīng)作為填方土料；以粘土為土料時(shí)，應(yīng)檢查其含水量是否在控制范圍內(nèi)，含水量大的粘土不宜作填土用；一般碎石類土、砂土和爆破石渣可作表層以下填料，其最大粒徑不得超過每層鋪墊厚度的2/3。填土應(yīng)按整個(gè)寬度水平分層進(jìn)行，當(dāng)填方位于傾斜的山坡時(shí)，應(yīng)將斜坡修筑成1∶2階梯形邊坡后施工，以免填土橫向移動(dòng)，并盡量用同類土填筑?；靥钍┕で?，填方區(qū)的積水采用明溝排水法排除，并清除雜物。1.3.2土的壓實(shí)方法填土的壓實(shí)方法一般有碾壓、夯實(shí)、振動(dòng)壓實(shí)等幾種。

碾壓法是靠沿填筑面滾動(dòng)的鼓筒或輪子的壓力壓實(shí)填土的，適用于大面積填土工程。碾壓機(jī)械有平碾(壓路機(jī))、羊足碾、振動(dòng)碾和汽胎碾。碾壓機(jī)械進(jìn)行大面積填方碾壓，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。

夯實(shí)方法是利用夯錘自由下落的沖擊力來夯實(shí)填土，適用于小面積填土的壓實(shí)。夯實(shí)機(jī)械有夯錘、內(nèi)燃夯土機(jī)和蛙式打夯機(jī)等。

1.3.3填土壓實(shí)的影響因素填土壓實(shí)的主要影響因素為壓實(shí)功、土的含水量以及每層鋪土厚度。一、壓實(shí)功的影響

填土壓實(shí)后的密度與壓實(shí)機(jī)械在其上所施加功的關(guān)系見圖1.33。

二、

含水量的影響

填土含水量的大小直接影響碾壓(或夯實(shí))遍數(shù)和質(zhì)量。

較為干燥的土，由于摩阻力較大，而不易壓實(shí)；當(dāng)土具有適當(dāng)含水量時(shí)，土的顆粒之間因水的潤滑作用使摩阻力減小，在同樣壓實(shí)功作用下，得到最大的密實(shí)度，這時(shí)土的含水量稱做最佳含水量(圖1.34)。三、鋪土厚度的影響在壓實(shí)功作用下，土中的應(yīng)力隨深度增加而逐漸減小(圖1.35)，其壓實(shí)作用也隨土層深度的增加而逐漸減小。

各種壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)影響深度與土的性質(zhì)和含水量等因素有關(guān)。對于重要填方工程，其達(dá)到規(guī)定密實(shí)度所需的壓實(shí)遍數(shù)、鋪土厚度等應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和壓實(shí)機(jī)械在施工現(xiàn)場的壓實(shí)試驗(yàn)決定。若無試驗(yàn)依據(jù)應(yīng)符合表1.8的規(guī)定。表1.8填土施工時(shí)的分層厚度及壓實(shí)遍數(shù)

壓實(shí)機(jī)具分層厚度(mm)每層壓實(shí)遍數(shù)平碾250～3006～8振動(dòng)壓實(shí)機(jī)250～3503～4柴油打夯機(jī)200～2503～4人工打夯＜2003～41.3.4填土質(zhì)量檢查填土壓實(shí)后必須要達(dá)到密實(shí)度要求，填土密實(shí)度以設(shè)計(jì)規(guī)定的控制干密度ρd(或規(guī)定的壓實(shí)系數(shù)λ)作為檢查標(biāo)準(zhǔn)。土的控制干密度與最大干密度之比稱為壓實(shí)系數(shù)。土的最大干密度乘以規(guī)范規(guī)定或設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)系數(shù)，即可計(jì)算出填土控制干密度ρd的值。土的實(shí)際干密度可用“環(huán)刀法”測定。填方施工結(jié)束后，應(yīng)檢查標(biāo)高、邊坡坡度、壓實(shí)程度等。一、推土機(jī)

按行走的方式，可分為履帶式推土機(jī)和輪胎式推土機(jī)。

履帶式推土機(jī)附著力強(qiáng)，爬坡性能好，適應(yīng)性強(qiáng)；輪胎式推土機(jī)行駛速度快，靈活性好。

1.4土方機(jī)械化施工1.4.1常用土方施工機(jī)械

二、鏟運(yùn)機(jī)

按行走方式分為牽引式鏟運(yùn)機(jī)和自行式鏟運(yùn)機(jī)；按鏟斗操縱系統(tǒng)分，有液壓操縱和機(jī)械操縱兩種。為了提高鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)效率，可以采取下坡鏟土、推土機(jī)推土助鏟等方法，縮短裝土?xí)r間，使鏟斗的土裝得較滿。

助鏟法：根據(jù)填、挖方區(qū)分布情況，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w條件，合理選擇運(yùn)行路線，提高生產(chǎn)率。一般有環(huán)形路線和“8”字形路線兩種形式。環(huán)形路線

見圖1.23“8”字形路線

見圖1.24三、單斗挖土機(jī)

單斗挖土機(jī)按工作裝置不同，可分為正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟四種(圖1.25)。

單斗挖土機(jī)按其操縱機(jī)構(gòu)的不同，可分為機(jī)械式和液壓式兩類。(1)正鏟