土方工程施工教学课件(土方开挖、土方回填、附图).ppt

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1、1.3 土方开挖施工,土的种类繁多，其分类方法也很多，如按土的沉积年代、按颗粒级配、按密实度、按液性指数分类等。在建筑工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。,1.3.1 土的分类与鉴别,土的工程分类与现场鉴别方法,补充相关土力学知识 土的工程分类,按沉积土层的应力历史分类（先期固结压力与竖向有效自重应力比较来确定土的类型），把土分为3大类：正常固结土、超固结土、欠固结土。,天然土层在历史上所经受过最大的固结压力（指土体在固结过程中所受的最大有效压力），称为先（前）期固结压力。正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现

2、在覆盖土重（竖向有效自重应力）；超固结土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力；欠固结土层的先期固结压力小于现有覆盖土重。,按颗粒大小分类，把土分为6大类：根据界限粒径200，20，2，0.075，0.005mm把土粒分为6大类。,按地基基础设计规范分类，把土分为6大类：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。,几个名词,界限含水量是指土从一种状态过渡到另外一种状态的含水量。随着含水量的变化土体呈不同的状态。液态与塑态之间分界的含水量为液限；塑态与半固态之间分界的含水量为塑限；半固态与固态之间分界的含水量为缩限。,塑性指数为土的液限与塑限的差值。土粒越细，粘粒含量越多，其比表面积也

3、越大，与水作用和进行交换的机会越多，塑性指数也越大。,液性指数为土的含水量与塑限之差除以塑性指数，液性指数反映粘性土天然状态的软硬程度，液性指数越大土体越软。,人工填土可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。,土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,1.3.2 土的工程性质,1土的含水量,式中：m湿含水状态土的质量，kg；m干烘干后土的质量，kg；mW 土中水的质量，kg；mS固体颗粒的质量，kg。,土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。,(1.1),通常情况下，w5%的为干土；5%30%的为湿土。,土的天然密度:在天然

4、状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算：,2 土的天然密度和干密度,式中：土的天然密度，kg/m3；m 土的总质量，kg；V 土的体积，m3。,(1.2),干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：,式中：d土的干密度，kg/m3；mS 固体颗粒质量，kg；V 土的体积，m3。,在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。,(1.3),3 土的可松性系数,土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的

5、可松性。土的可松性用可松性系数表示，即,式中：KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积，m3；V2土挖出后在松散状态下的体积，m3；V3土经压(夯)实后的体积，m3。,(1.4),(1.5),土的最初可松性系数KS是计算开挖工程量、车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算土方调配、回填所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见土的工程分类表。,例 题,【例1.1】已知某基坑体积V=581.3m3，土的KS=1.20，KS=1.10。挖出土用装载量为4m3/每车的汽车运走，求所需车次。【例1.2】某工程需回填土的体积为120m3，所取土的KS=1.2

6、0，KS=1.03。求所取土的工程量。,【例1.3】已知基坑体积2000m3，基础体积1200 m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05,问应预留多少回填土（自然状态下）？,预留夯实土：2000-1200=800 m3；预留原土：800/1.05=762 m3；外运原土：2000-762=1238 m3；外运松土：12381.14=1412 m3。,4土的压缩性,土的压缩性是指土在压力的作用下体积变小的性质。,1.3.2 土方工程计算,在土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方工程的外形往往很复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，都将其假设或划分成为一定的

7、几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。,1 基坑与基槽土方量计算,基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算（图1.1),即,式中：H基坑深度，m；A1、A2基坑上、下底的面积，m2；A0基坑中截面的面积，m2。,(1.6),基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2),式中：V1第一段的土方量，m3；L1第一段的长度，m。,将各段土方量相加即得总土方量：,(1.7),(1.8),1,2 场地平整土方计算,对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平

8、整为场地设计要求的平面。场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。,推土机操纵灵活、运转方便、所需工作面小、行驶速度快，能爬300左右的坡。适用于场地平整、开挖深度1.5m左右的基坑、移挖作填、填筑堤坝、回填基坑和基槽土方、为铲运机助铲、为挖掘机清理集中余土和创造工作面，修路开道、牵引其它无动力施工机械，大马力推土机还可犁松坚岩。,1.3.3 土方机械化施工,推土机施工,TQ230G全液压高原推土机,TY320C

9、前铲后犁推土机,1 常用土方施工机械,水中清碴 平整场地,土方推送 移挖作填,提高推土机生产效率的方法,下坡推土 顺地面坡势沿下坡方向推土，可增大铲刀切土深度和运土数量，缩短推土时间,提高生产率约3040%。,并列推土,大面积施工区可采用23台推土机并列推土，减少土的散失量而增大推土量，提高生产率约1530%。,3台推土机并列推土,分批集中、一次推送 当运距较远又土质较坚硬时，宜多次铲土，一次推送。,槽型推土 当土层较厚时，可利用前次推土的槽形推土，可减少土的散失量，增大推土量。,军用推土机,美国M9,铲运机操纵简单、运转方便、行驶速度快、生产效率高，是能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等

10、全部土方施工工序的施工机械。适用于坡度为200 以内的大面积场地平整、大型基坑开挖、填筑路基堤坝。,铲运机施工,CL9A自行式铲运机,CTY9A拖式铲运机,铲运机施工作业中,铲运机的斗容量为28m3，自行式铲运机的经济运距为8001500m，拖式铲运机的经济运距为600m，效率最高的经济运距为200350m。如采用双联铲运或挂大斗铲运时，其经济运距可增加至1000m。,宇通重工CTY9A拖式铲运机,卡特彼勒 657G 自行式铲运机,运距愈长、生产效率愈低，超过经济运距时应考虑汽车运输。,铲运机的运行路线,椭圆形或大环形路线：在地形起伏不大、填方不高(1.5m)的路堤宜采用大环形路线。每隔一定时

11、间变换铲运机行驶方向，以免机械单侧磨损。椭圆形路线适用施工地段较短的情况。,“8”字形路线：该路线一个循环完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数和空驶距离，一个循环中两次转弯方向不同，铲运机机械磨损均匀。在地形起伏较大、施工地段狭长时采用。,提高铲运机生产效率的方法,下坡铲土 利用机械重力的水平分力来加大切土深度并缩短铲土时间。,推土机助铲 在较坚硬的土层中用推土机助铲，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。助铲间隙可兼作松土、平整工作。,挖近填远、挖远填近：挖土先从距离填土区最近一端开始，由近而远；填土则从距挖土区最远一端开始，由远而近。既可使铲运机始终在合理的经济运距内工作，又可创造下坡铲土的

12、条件。,双联铲运法：拖式铲运机的动力有富余时，可在拖拉机后串连两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层，可先铲满一个斗，再铲另一个斗，即“双联单铲”；对松软土层，可两个斗同时铲土，即“双联双铲”。,跨铲法：在较坚硬的地段挖土时可采取预留土埂、间隔铲土的方法。可缩短铲土时间和减少向外撒土,提高效率。,波浪式铲土法：铲土开始时，铲刀以最大深度切入土中，随着负荷增加、车速降低，相应减小切土深度，依次反复进行，直至铲斗装满为止，适用于较硬土层。,挂大斗铲运：在土质松软地区，可改挂大型土斗，充分利用拖拉机的牵引力提高工效。,卡特彼勒 657G 铲运机,657G铲运机斗容量达85t，是07年的新品，铲斗可上下，内

13、部推板可动，铰链式转向，可前后拖挂。,挖掘机施工,挖掘机主要用于挖掘基坑、沟槽、清理和平整场地，更换工作装置后还可进行装卸、起重、打桩等其它作业，能一机多用，工效高、经济效果好，是工程建设中的常用机械。,挖掘机按行走方式分为履带式和轮胎式，按工作装置分为正铲、反铲、抓铲、拉铲，斗容量0.1-2.5m3。常用的挖掘机是正铲和反铲挖掘机。,正铲挖掘机,正铲适用于开挖含水量较小的一至三类土和经爆破的岩石及冻土。主要用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成土方的挖运工作。采用正铲开挖大型基坑，应考虑工作面的大小、形状和开行通道的设置。,邦立CE1000-7正铲挖掘机(四川)日立EX3600E-6正

14、铲挖掘机,1.3 挖掘机施工,正铲的开挖方式,正向开挖、侧向装土 即挖土机向前进方向挖土，汽车停在侧面装土。,正向开挖、后方装土 挖土机向前进方向挖土，汽车停在后面装土。,此法因挖掘机卸土时回转角大、汽车需倒车开入，运输不方便。只适用于基坑宽度较小、深度较大的情况,此法因挖掘机卸土时回转角小、运输方便、生产效率高而应用较广,反铲挖掘机,反铲适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般反铲的最大挖土深度为46m，经济合理的挖土深度为35m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。,带加长臂的反铲挖掘机,反铲的开挖方式,沟端开挖法 即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走。

15、,蔺家坝泵站泵站基坑开挖现场,沟端开挖法,沟侧开挖法 即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制。,深基坑的接力开挖,管沟的沟侧开挖,拉铲,拉铲,抓铲,拉铲工作示意图,主要用来铲、装、卸、运土与砂石类散装物料，也可对岩石、硬土进行轻度铲掘，更换工作装置后可推土、起重、装卸等作业。铲容量一般1.56.1m3。,其它土方施工机械,1 土方机械化施工,装载机,ZL10B型装载机(山东威力天地),利用刮刀平整地面的土方机械。刮刀装在机械前后轮轴之间,能升降、倾斜、回转和外伸。动作灵活准确，操纵方便，平整场地有较高的精度，广泛用于公路、机场等大面积的地面

16、平整作业。,平地机,成工MGB20B平地机 平地机在平整作业,土方机械选择的原则 施工机械的选择应与施工内容相适应；土方施工机械的选择与工程实际情况相结合；主导施工机械确定后，要合理配备完成其他辅助施工过程的机械；选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅助土方机械化施工。,2 土方机械的选择,土方开挖方式与机械选择(1)平整场地常由土方的开挖、运输、填筑和压实等工序完成。地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地，选用铲运机较适宜。地形起伏较大，挖方、填方量大且集中的平整场地，运距在1000m以上时，可选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土、运土，在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工。挖填方高度均不大，

17、运距在100m以内时，采用推土机施工，灵活、经济。,(2)地面上的坑式开挖 单个基坑和中小型基础基坑开挖，在地面上作业时，多采用抓铲挖土机和反铲挖土机。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑；反铲挖土机适于四类以下土质，深度在4m以内的基坑。(3)长槽式开挖 指在地面上开挖具有一定截面、长度的基槽或沟槽，适于挖大型厂房的柱列基础和管沟，宜采用反铲挖土机；若为水中取土或土质为淤泥，且坑底较深，则可选择抓铲挖土机挖土。若土质干燥，槽底开挖不深，基槽长30m以上，可采用推土机或铲运机施工。地面上的坑式开挖,(4)整片开挖 对于大型浅基坑且基坑土干燥，可采用正铲挖土机开挖。若基坑内土潮湿，则采用拉铲

18、或反铲挖土机，可在坑上作业。(5)对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽的开挖，则采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑(槽)的挖掘和运土。,运距8001500m的大型土石方以铲运机为主,大型土石方施工现场,大型基坑整体开挖以正铲为主；小型基坑及管沟开挖以反铲为主；,正铲开挖大型土石方 反铲开挖基坑,反铲开挖管沟,土方运距在1500m以上时以汽车运输为主,汽车运输要考虑装载机装土,土质坚硬时，要配备大马力推土机或松土机,1.4 土方调配、运输,土方调配的原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输

19、。,土方调配的步骤 划分调配区（绘出零线）计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）确定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表。,最优调配方案的确定,最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下：,用“最小元素法”编制初始调配方案,最优方案判别,绘制土方调配图,最优方案判别,方案的调整,是,否,1.5 填土压实,土料要求：填方土料应符合设计要求，设计无规定时应符合以下规定：碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3），可用于表层以下的填料；,1 填土的要求,碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方；,含水量符

20、合压实要求的粘性土，可用作各层填料；,淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过含水量处理符合压实要求后，可用于填方中的次要部位。含有大量有机物的土壤、石膏或水溶性硫酸盐含量大于2%的土壤、冻结或液化状态的土壤不能作填土之用。,精细的路基填料,最佳含水量,回填土含水量过大过小都难以夯压密实，当土壤在最佳含水量的条件下压实时，能获得最大的密实度。土壤过湿时，可先晒干或掺入干土；土壤过干时，则应洒水湿润以求取得较佳的含水量。,回填土翻晒,分层厚度,填方工程应分层铺土压实。分层厚度根据压实机具而定：,填方施工注意事项,填土应从场地最低部分开始，由一端向另一端自下而上分层铺筑。,虚铺厚

21、度：人工木夯20(粘性土)30cm(砂质土)；推土机填土30cm；铲运机或汽车填土3050cm；,分层铺土,逐层压实,斜坡上的土方回填应将斜坡改成阶梯形，以防填方滑动；,凸块式压路机作业,填方区如有积水、杂物和软弱土层等，必须进行换土回填，换土回填亦分层进行；,回填基坑、墙基或管沟时，应从四周或两侧分层、均匀、对称进行，以防基础、墙基或管道在土压力下产生偏移和变形。,管沟须两侧对称分层回填,墙基须四周分层均匀回填,该工程回填土过早,回填土 标高过高,2 填土的压实方法,碾压法 适用于大面积的场地平整和路基、堤坝工程，用压路机进行填方压实时，填土厚度不应超过2530cm，碾压遍数一样，碾轮重量先

22、轻后重，碾压方向应从两边逐渐压向中央，每次碾压应有1525cm的重叠。,全液压轮胎式压路机,压路机碾压应“薄填、慢驶、多次”,碾压法施工,本次碾压与上次碾压的压痕不得重叠,“零沉降”的高铁路基碾压施工,三轮压路机（山推）,俗称“打夯”，是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，中国传统的“打夯”方法有木夯、石夯、飞硪等。,石 夯 飞 硪,夯实法,四川省委书记杜青林与修水塘的村民打石夯,打飞硪已成为民俗表演节目,常用的蛙式打夯机、振动打夯机、内燃打夯机适用于粘性较低的土，常用于基坑(槽)、管沟部 位小面积的回填土的夯实，也可配 合压路机对边缘或边角碾压不到之 处进行夯实。填土厚度不大于25cm，一夯

23、压半夯、依次夯打。,蛙式打夯机 蛙式打夯机夯实基底持力层,适用于压实沟槽内的土壤、柱子周围和在狭小空间内施工。又称“跳锤”。,冲击夯 HCD75冲击夯,振动平板夯（徐工SR100）整机重100kg.激振力18kN,内燃式振动平板夯可压实松散的、粒状的土壤、沙砾及沥青路面，具有体积小，重量轻，能自行前进，机动灵活性强等特点，适于建筑物临近的狭窄地带及管线沟槽等复杂地形的压实作业。,无线电遥控双向振动平板夯（戴纳派克 LH800）整机重820kg.激振力95kN,双向振动平板夯（戴纳派克 LH700）整机重780kg.激振力95kN,冲击压路机（厦工三明XG63213C）冲击能量32KJ.压实宽度

24、3m,冲击轮为三边弧型结构,破碎压实机的强大冲击力可把硬质路面破碎为网块状，并把块状片直接压入、加强路基。主要用于硬质路面的维修、改造施工,破碎压实机（厦工三明XG63214C）冲击能量32KJ.破碎宽度1.3m,破碎轮为四边弧型结构,冲击式压路机主要用于高标准、高填方的压实。,强夯法 是利用起重机械和重锤进行软土地基处理的施工方法，可夯实较厚的土层。强夯法的内容在第二章“地基处理”的课程中介绍.,振动法 适用于非粘性土壤的振动夯实。主要施工机械是振动压路机、平板振动器。双钢轮驱动振动压路机压实效果好、影响深度大、生产效率高，适用于各类土壤的压实，是大型土石方压实的首选设备。,双钢轮振动压路机

25、 单钢轮振动压路机,拖式振动碾（华山）拖式振动碾（徐工YZT16）整机重量16t.激振力373kN,手扶式振动碾（徐工XD08）整机重量仅830kg.激振力15.7kN。是一种轻型振动压实机械。适用于基坑边角、井盖周围、管道回填和人行道、路肩、小规模铺装工程，是大型压实机械的辅助平整压实施工机械。,悍马25t单钢轮压路机 宝马BW双钢轮压路机,凸块振动碾,3 填土密实度的检验,填土压实后应达到一定的密实度及含水量要求。检验指标为压实系数（压实度）C，即：d 一般用“环刀法”或灌砂或灌水法测定；max 一般由击实试验确定。,检验的干密度应有90%以上符合设计要求，其余10%的最低值与设计值之差不得大于0.08t/m3，且不得集中。,核子密度仪检测填土压实质量,路基填方压实度检测,路基填方压实度检测,静态变形模量测试仪检测填土压实质量,LFG-K动态变形模量测试仪（德国）,又称“手持落锤弯沉试验仪”。是通过轻型落锤试验仪来进行动态荷载试验，主要应用在建筑地基、道路修筑时进行承载力测试；土层和非粘性底层的压实质量控制；以及土的改良试验。,土方工程,机械化施工,基坑工程,场地平整,填筑压实,机械性能,工艺特点,提高效率,机械配置,填料选择,影响因素,压实方法,质量检验,H0 确定,H0 调整,土方计算,土方调配,开挖方法,土壁支护,施工降水,流砂防治,教学复习总结,