知識資料土木工程施工與管理(一)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或第十七章土木工程施工與管理第一節(jié)土石方工程土石方工程包括土(或石)的挖掘、運(yùn)輸和填筑等過程，以及排水、降低地下水位和支護(hù)結(jié)構(gòu)等施工。一、土石方工程的決定與輔助工作土石方工程的決定與輔助工作，除通常所說的“三通一平”(路通、水通、電通、場地平整)外，還包括降水與施工支護(hù)結(jié)構(gòu)等，是保證土石方工程順利舉行的重要條件。1．土方邊坡與支護(hù)結(jié)構(gòu)開挖基坑時(shí)，當(dāng)挖深不大，且敞露時(shí)光不長時(shí)，可豎立壁開挖。當(dāng)挖深超過一定限度則需放坡開挖，邊坡坡度(高：寬)可做成直線形、折線形或踏步形，取決于土質(zhì)種類、開挖主意、挖土深度、地面超載大小等，有參考數(shù)據(jù)供施工時(shí)采用。當(dāng)挖土深度較大，放坡不經(jīng)濟(jì)或周圍附近有設(shè)施(建造物、地下管線、道路等)不允許放坡時(shí)，如要保持豎立土壁的穩(wěn)定，則需增設(shè)基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，起擋土、擋水作用，并保護(hù)周圍環(huán)境，減少對相鄰設(shè)施的不利影響?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)按照工程特點(diǎn)、基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工時(shí)節(jié)等條件因素綜合考慮選用。常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式包括重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)陽板式支護(hù)結(jié)構(gòu)。重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括:(1)深層攪拌水泥土樁:主要是通過攪拌樁機(jī)將水泥與土舉行攪拌,形成延續(xù)搭接的樁狀水泥加固土即水泥攪拌樁,起到擋土和隔水的作用。深層攪拌水泥土樁具有施工無噪聲、無振動、不排污、成本低、施工效率高等優(yōu)點(diǎn),但相對位移較大,厚度也較大。水泥土墻基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級,水泥土樁施工范圍內(nèi)地基士承載力不宜大于150kPa,基坑深度不宜大于6m。(2)土釘墻:土釘墻墻面坡度不宜大于1:0.1,土釘必須和面層有效銜接,應(yīng)設(shè)置承壓板或加強(qiáng)鋼筋等構(gòu)造措施,承壓板或加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與土釘螺栓銜接或鋼筋焊接銜接。土釘墻基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地,基坑深度不宜大于12m。當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí),應(yīng)采取降水或截水措施。板式支護(hù)結(jié)構(gòu)由擋墻系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)組成。其中擋墻的主要形式包括:(1)鋼板樁:依賴鎖口來銜接鋼制板樁,從而形成擋墻,種類包括直線型、U型等。鋼板樁具有高強(qiáng)、輕型、施工簡便、耐久性強(qiáng)、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn),用途廣泛,適用于軟土地基和地下水位較高、水量較多的基坑支護(hù)。但鋼板樁一次用鋼量大,支護(hù)剛度小,擋水效果有局限。(2)高壓旋噴樁:以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合,形成延續(xù)搭接的水泥土加固體。施工占地少、振動小,噪音較低,但容易污染環(huán)境,成本較高,對于異常不能使噴出漿液凝結(jié)的土質(zhì)不宜采用。(3)鉆孔灌注樁:通過機(jī)械或人工主意在樁位成孔,向孔內(nèi)灌注混凝土形成樁,進(jìn)而羅列形成擋墻。鉆孔灌注樁具有較好的剛度,但需采取措施提高防水性能和柱間銜接的可靠性,鉆孔灌注樁應(yīng)用廣泛,適用于地下水位較低、復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。(4)地下延續(xù)墻:借助施工機(jī)械在地下挖掘狹長深槽,在槽內(nèi)吊放入鋼筋籠并澆筑混凝土,形成鋼筋混凝土墻段,墻段銜接形成地下延續(xù)墻。地下延續(xù)墻整體剛度大、抗?jié)B性好、對環(huán)境影響小,適用于基坑深度大、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、周圍環(huán)境要求高的情況。(5)逆作拱墻:逆作拱墻結(jié)構(gòu)形式按照基坑平面形狀可采用全封閉拱墻,也可采用局部拱墻,基坑側(cè)壁安全等級宜為二級、三級。拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8,基坑開挖深度不宜大于12m。逆作拱墻不宜用于淤泥和淤泥土場地。施工過程中地下水位高于基坑底面時(shí),應(yīng)采取降水或截水措施。(6)SMW工法:SMW(Soil－Mixingwall的簡稱)工法是通過多軸型鉆掘攪拌機(jī)就地舉行土體鉆掘,同時(shí)在鉆頭處將水泥漿注入土體舉行充足攪拌,在水泥土體未結(jié)硬前將H型鋼或其他型材插入攪拌樁,從而形成具有一定強(qiáng)度和剛度的延續(xù)地下墻體。SMW工法施工簡便、抗?jié)B性好、工期短、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),具有較強(qiáng)的適用性。保持擋墻結(jié)實(shí)穩(wěn)定需借助支撐系統(tǒng),支撐系統(tǒng)包括內(nèi)支撐和錨桿。內(nèi)支撐有水平橫撐、扁撐、斜撐,使用材料包括鋼結(jié)構(gòu)支撐(大型鋼管、H型鋼、格構(gòu)式鋼支撐)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐。錨桿有斜錨桿、錨定板拉桿等。支撐系統(tǒng)應(yīng)按照基坑深度、平面尺寸、土體受力情況、周邊環(huán)境要求等因素綜合考慮決定計(jì)劃。常用的支撐主意包括:(1)橫撐式支撐:橫撐式支撐適用于較為狹窄的基坑,包括水平擋土板式和垂直擋土板式。水平擋土板式又分為斷續(xù)式和延續(xù)式。前者適用于能保持豎立壁的干土或天然濕度的粘土,深度在3m以內(nèi);后者適用于較濕潤的或散粒的土,深度在5m以內(nèi)。垂直擋土板式適用于土質(zhì)較松散或濕度很高的土,深度不限。(2)大型結(jié)構(gòu)支撐:包括鋼結(jié)構(gòu)支撐體系和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系。施工過程中隨著基坑開挖逐層安裝(澆筑)結(jié)構(gòu)支撐,并在支撐內(nèi)繼續(xù)開挖。大型結(jié)構(gòu)支撐,尤其筋混凝土支撐剛度大、變形小,適用于在軟土層開挖的較大、較深的基坑。(3)錨拉支撐:柱樁在水平擋土板外側(cè),一端打入土中,另一端用拉桿與錨樁拉緊在擋土板內(nèi)側(cè)回填土。拉錨的材料普通采用鋼筋、鋼索、型鋼或土錨桿。錨拉支撐適用于開挖面積較大、深度不大的基坑或使用機(jī)械挖土不設(shè)置橫撐的情況。對支護(hù)結(jié)構(gòu)要舉行強(qiáng)度、穩(wěn)定和變形方面的計(jì)算,三方面都需滿意要求。計(jì)算主意包括圓弧滑動容易條分法、彈性支點(diǎn)法等,后者應(yīng)用較多。在彈性支點(diǎn)法中,支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eajk應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)決定,當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下列規(guī)定計(jì)算(圖17-1-1):(1)對于碎石土及砂土:1)當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí):eajk＝2）當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí);eajk=+[(zj-hwa)-(mj-hwa)]2．地下水控制地下水控制的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)滿意支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，按照場地及周邊工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件并結(jié)合基坑支護(hù)和基礎(chǔ)施工計(jì)劃綜合分析、決定。地下水控制主意可分為明排集水、降水、截水和回灌等型式單獨(dú)或組合使用。見表17—1—2。主意名稱土類滲透系數(shù)(m/d)降水深度(m)水文地質(zhì)特征集水明排填土、粉土、黏性土、砂土7<20<5上層滯水或水量不大的潛水降水真空井點(diǎn)0.1-20單級<6多級<20噴射井點(diǎn)0.1-20<20管井粉土、砂土、碎石土、可溶巖、破碎帶1-200>5含水豐盛的潛水、承壓水、裂隙水截水粉土、黏性土、砂土、碎石土、可溶巖不限不限回灌填土、粉土、砂土、碎石土0.200不限在地下水位高的地區(qū)開挖較深的基坑，如無能擋水的支護(hù)結(jié)構(gòu)，多數(shù)要降水。對軟土地區(qū)的深基坑，即便設(shè)有擋水的支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑外的地下水不會流人基坑，但為了便于機(jī)械挖土，亦多需在挖土前舉行坑內(nèi)降水，同時(shí)降水后能提高被動土壓力，有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和減小變形。其中，井點(diǎn)降水是使用較多的地下水控制主意：在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四面埋設(shè)一定數(shù)量下部帶濾管的井點(diǎn)管，在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空設(shè)備不斷抽取地下水，使地下水位降至坑底以下，不使地下水在基坑開挖過程中流人坑內(nèi)。井點(diǎn)降水普通有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和深井井點(diǎn)等，按照土的滲透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件及經(jīng)濟(jì)比較等因素決定。井點(diǎn)管為直徑38—51mm、長5—7m的鋼管。濾管直徑常與井點(diǎn)管直徑相同，長度為1．0--1．7m，管壁上鉆有直徑12～19mm、呈星棋狀羅列的濾孔，外面包以兩層孔徑不同的生絲布或塑料布濾網(wǎng)。降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置，井間距應(yīng)大于15倍井管直徑，在地下水補(bǔ)給方向應(yīng)適當(dāng)加密；當(dāng)基坑面積較大、開挖較深時(shí)，也可在基坑內(nèi)設(shè)置降水井。其深度應(yīng)按照設(shè)計(jì)降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力決定，設(shè)計(jì)降水深度在基坑范圍內(nèi)不宜小于基坑底面以下0.5m。井點(diǎn)降水的涌水量按水井理論計(jì)算。按照地下水有無壓力，水井分為無壓井和承壓井。水井底部到達(dá)不透水層時(shí)稱殘破井，否則稱非殘破井。所以水井共分四種，即無壓殘破井、無壓非殘破井、承壓殘破井和承壓非殘破井。各種井的涌水量計(jì)算公式不同，如：無壓殘破井當(dāng)基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)，其涌水量計(jì)算公式為：Q=1.366k(2H-S)S/lg(1+R/r0)式中Q——基坑涌水量；k--滲透系數(shù)；H--潛水含水層厚度；S--基坑水位降深；R--降水影響半徑(宜通過實(shí)驗(yàn)或按照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)決定，當(dāng)基坑側(cè)壁安全等級為二、三級時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算R=2S(kH)0.5)；ro--基坑等效半徑(當(dāng)基坑為圓形時(shí)，取圓半徑；當(dāng)基坑為非圓形時(shí)，按下式計(jì)算：矩形基坑ro=0.29(a+b)，其中a、b分離為基坑的長、短邊；不規(guī)矩塊狀基坑r0=(A/π)0.5，式中A為基坑面積)。無壓非殘破井當(dāng)基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)，其涌水量計(jì)算公式為Q=1.366(H2-h2m)/(lg(1+R/r0)+lg(1+0.2hm/r0)(hm式中hm=(H+h)/2承壓殘破當(dāng)基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)，其涌水量則按下式計(jì)算：Q=2.73kMS/lg(1+R/r0)式中R——降水影響半徑(宜通過實(shí)驗(yàn)或按照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)決定，當(dāng)基坑側(cè)壁安全等級為二、三級時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算R=10Sk0.5)；M——承壓含水層厚度；l——過濾器進(jìn)水部分長度(m)；其他符號同前。至于單根井點(diǎn)管的出水量，由下式計(jì)算：q=120πrsl(17—1—16)式中:q--單根井點(diǎn)管的出水量(m3／d)；rs--過濾器半徑(m)；其他符號同前。降水井的數(shù)量n可按下式計(jì)算：n=1.1Q/q(17-1-17)二、機(jī)械化施工推土機(jī)操縱靈便、運(yùn)轉(zhuǎn)方便、所需工作面較小，多用于場地清理和平整、開挖深度不大的基坑、填平溝坑，以及配合鏟運(yùn)機(jī)工作。推運(yùn)距離宜在l00m以內(nèi)，以運(yùn)距50m左右經(jīng)濟(jì)效果最好。鏟運(yùn)機(jī)可綜合完成挖土、運(yùn)土、卸土和平土的所有土方施工工序，分自行式鏟運(yùn)機(jī)和拖式鏟運(yùn)機(jī)兩種，目前多為油壓操縱，常用于大面積的場地平整、填筑堤壩和路基、在開闊地帶開挖長度大的大型基坑。單斗挖土機(jī)目前多為液壓傳動，分為正鏟、反鏟和抓鏟等，其行走裝置有履帶和輪胎式等。正鏟挖土機(jī)相宜開挖停機(jī)面以上的土方，需汽車配合運(yùn)土。反鏟挖土機(jī)用以挖掘停機(jī)面以下的土方，主要用于開挖基坑、溝槽等，亦需汽車配合運(yùn)土。抓鏟挖土機(jī)宜用于開挖溝槽、基坑和裝卸粒狀材料，于水下亦可抓土。機(jī)械挑選主要取決于施工對象特點(diǎn)、地下水位高低和土壤含水量。(一)當(dāng)?shù)匦纹鸱淮?，坡度?00以內(nèi)，挖填平整土方的面積較大，土的含水量適當(dāng)，平均運(yùn)距短(普通在lkm以內(nèi))時(shí)，采用鏟運(yùn)機(jī)較為合適。倘若土質(zhì)堅(jiān)硬或冬季凍土層厚度超過10—15crn時(shí)，必須由其他機(jī)械輔助翻松再鏟運(yùn)。當(dāng)普通土的含水量大于25％，或堅(jiān)硬的黏土含水量超過30％時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)要陷車，必須使水疏干后再施工。(二)地形起伏較大的丘陵地帶，普通挖土高度在3m以上，運(yùn)輸距離超過lkm，工程量較大且又?jǐn)U散時(shí)，普通可采用下述三種方式舉行挖土和運(yùn)土：①正鏟挖土機(jī)配合自卸汽車舉行施工，并在棄土區(qū)配備推土機(jī)平整土堆。挑選鏟斗容量時(shí)，應(yīng)考慮到土質(zhì)情況、工程量和工作面高度。當(dāng)開挖普通土，擴(kuò)散工程量在1.5萬m3以下時(shí)，可采用0.5m3的鏟斗；當(dāng)開挖擴(kuò)散工程量為1.5萬--5萬m3時(shí)，以選用1.0m3的鏟斗為宜，此時(shí)，普通土和硬土都能開挖。②用推土機(jī)將土推人漏斗，并用自卸汽車在漏斗下承土并運(yùn)走，這種主意適用于挖土層厚度在5--6m以上的地段。漏斗上口尺寸為3m左右，由寬3.5m(三)開挖基坑時(shí)按照下述原則挑選機(jī)械：1．土的含水量較小，可結(jié)合運(yùn)距長短、挖掘深淺，分離采用推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)或正鏟挖土機(jī)配合自卸汽車舉行施工。當(dāng)基坑深度在1-2m，基坑不太長時(shí)可采用推土機(jī)；深度在2m以內(nèi)的線狀基坑，宜由鏟運(yùn)機(jī)開挖；當(dāng)基坑較大，工程量擴(kuò)散時(shí)，可選用正鏟挖土機(jī)挖土。2．如地下水位較高、又沒有采用降水措施，或土質(zhì)柔軟，可能造成正鏟挖土機(jī)和鏟運(yùn)機(jī)陷車時(shí)，則采用反鏟、拉鏟或抓鏟挖土機(jī)配合自卸汽車較為合適，挖掘深度見有關(guān)機(jī)械的性能表。3．移挖作填以及基坑和管溝的回填，運(yùn)距在60-l00m以內(nèi)時(shí)可用推土機(jī)。上述各種機(jī)械的適用范圍都是相對的，選用機(jī)械時(shí)應(yīng)按照詳細(xì)情況考慮。倘若有多種機(jī)械可供挑選時(shí)，應(yīng)該舉行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，挑選效率高、費(fèi)用低的機(jī)械舉行施工。當(dāng)挖土機(jī)挖出的土方需用運(yùn)土車輛運(yùn)走時(shí)，挖土機(jī)的生產(chǎn)率不僅取決于本身的技術(shù)性能，而且還決定于所選的運(yùn)輸工具是否與之協(xié)調(diào)。由技術(shù)性能，可按下式算出挖土機(jī)的生產(chǎn)率P：P=8*3600·q·Kc·KB/t·Ks(m3／臺班)(17—1-18)式中t--挖土機(jī)每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時(shí)光(s)，普通為25～40s；Q——挖土機(jī)斗容量(m3)；Ks--土的最初可松性系數(shù)；Kc--土斗的充盈系數(shù)，可取0.8—1.1；KB—工作時(shí)光利用系數(shù)，普通為0.6—0.8。為了使挖土機(jī)充足發(fā)揮生產(chǎn)能力，應(yīng)使運(yùn)土車輛的載分量Q與挖土機(jī)的每斗土重保持一定的倍率關(guān)系，并有充足數(shù)量的車輛以保證挖土機(jī)延續(xù)工作。從挖土機(jī)方面考慮，汽車的載分量越大越好，可以減少等待車輛調(diào)頭的時(shí)光；從車輛方面考慮，載分量小，臺班費(fèi)便宜而數(shù)量要增強(qiáng)，載分量大，臺班費(fèi)高但數(shù)量可減少。最合適的車輛載分量應(yīng)該是