37759_16828_土木工程施工-第1講土方規(guī)劃.ppt

土木工程施工 邵陽學院楊宗耀 教授級高級工程師終身享受國務院特殊津貼專家國家首批注冊監(jiān)理工程師湖南省施工專業(yè)學術委員會副主委 房屋建筑方向 前言 土木工程施工是土木專業(yè) 房建方向 的一門實踐性強 綜合性大 涉及知識面廣的骨干專業(yè)課程 它的任務是研究土木工程施工的局部規(guī)律和全局性規(guī)律 是同學們步入工作崗位后要學以致用 安身立命的主要課程之一 無論同學們畢業(yè)后在土木建筑領域從事何種職業(yè)和崗位 學好本課程的專業(yè)知識都將使你受用終生 本課程的諸多專業(yè)術語 概念和知識點常常是求職面試時主考官信手拈來的試題 本課程是你求職的敲門磚 本課程的施工程序 工藝流程 操作要點 質(zhì)量要求等內(nèi)容直接與規(guī)范的強制性條文接軌 這些知識將使你在職場受用一生 總目錄 第1講土方規(guī)劃第16講鋼結構工程第2講土方工程施工要點第17講起重安裝機械第3講機械化施工及填土壓實第18講結構吊裝施工第4講基坑驗槽及地基加固處理第19講防水工程第5講混凝土預制樁施工第20講裝飾工程施工 1 第6講混凝土灌注樁施工第21講裝飾工程施工 2 第7講磚砌體施工第22講裝飾工程施工 3 第8講石砌體及砌塊砌體施工第23講冬雨期施工技術措施第9講腳手架及垂直運輸?shù)?4講施工組織概述第10講鋼筋工程第25講流水施工原理第11講模板工程第26講網(wǎng)絡計劃技術第12講混凝土制備及運輸?shù)?7講網(wǎng)絡技術的應用第13講混凝土成型及養(yǎng)護第28講施工組織總設計第14講預應力材料與機具第29講單位工程施工組織設計第15講預應力施工第30講施工組織設計編制實例 第1章土方工程 第1講土方規(guī)劃第2講土方工程施工要點第3講機械化施工及填土壓實 第1章土方工程 教學要求 了解土方工程特點 掌握場地設計標高的確定 調(diào)整與土方調(diào)配 掌握邊坡穩(wěn)定及土壁支護的基本原理及主要方法 了解施工排 降水方法及流砂防治措施 熟悉常用土方機械的性能和使用范圍 掌握土方的填筑與壓實的要求和方法 教學重點 土方調(diào)配 邊坡穩(wěn)定及土壁支護的方法 輕型井點降水 土方的填筑與壓實 教學難點 表上作業(yè)法進行土方調(diào)配 輕型井點降水 邊坡穩(wěn)定及土壁支護 影響填土壓實的因素 時間安排 本章共3講 6學時 第1講土方規(guī)劃 1概述2土方邊坡3土方量計算的方法4場地平整土方量計算5土方調(diào)配 第1章土方工程 1 2土方工程的施工要求 土方量少 工期短 費用省 因地制宜編制合理的施工方案 預防流砂 管涌 塌方等事故發(fā)生 確保安全 1概述 共46頁第2頁 要求標高 斷面控制準確 應盡可能采用先進的施工工藝 施工組織和機械化施工 土體有足夠的強度和穩(wěn)定性 基坑土方開挖 1概述 包括一切土的挖掘 填筑 運輸?shù)冗^程以及排水降水 土壁支撐等準備工作和輔助工程 常見的土方工程施工內(nèi)容有 1 1土方工程的內(nèi)容 場地平整 包括障礙物拆除 場地清理 確定場地設計標高 計算挖填土方量 合理進行土方平衡調(diào)配等 開挖溝槽 基坑 豎井 隧道 修筑路基 堤壩 包括測量放線 施工排水降水 土方邊坡和支護結構等 土方回填與壓實 包括土料選擇 運輸 填土壓實的方法及密實度檢驗等 第1講土方規(guī)劃 共46頁第1頁 1 3土的工程分類 1概述 共46頁第3頁 1 4土的工程性質(zhì) 天然密度 是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量 它影響土的承載力 土壓力及邊坡的穩(wěn)定性 干密度 是指單位體積中固體顆粒的質(zhì)量 它是用以檢驗土壓實質(zhì)量的控制指標 土的質(zhì)量密度 取土環(huán)刀標準擊實儀 不同類的土 其最大干密度是不同的 同類的土在不同的狀態(tài)下 含水量 壓實程度 其密實度也是不同的 1概述 共46頁第4頁 土的含水量W 是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比 以百分數(shù)表示 見下式 含水量影響土方施工方法的選擇 邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量 土的含水量超過25 30 則機械化施工就困難 容易打滑 陷車 回填土則需有最佳含水量方能夯壓密實 獲得最大干密度 快速含水量測定儀 1概述 共46頁第5頁 土的滲透性 是指水流通過土中孔隙的難易程度 地下水在土中的滲流速度V與土的滲透系數(shù)K和水頭梯度I有關 地下水在土中的滲流速度可按達西公式計算 V m d K I 土壤滲透試驗儀 滲透系數(shù)K值將直接影響降水方案的選擇和涌水量計算的準確性 1概述 共46頁第6頁 土的可松性 即自然狀態(tài)下的土 經(jīng)過開挖后 其體積因松散而增加 以后雖經(jīng)回填壓實 仍不能恢復其原來的體積 土的可松性用可松性系數(shù)KS表示 土的最初可松性系數(shù)KS V2 V1 土的最后可松性系數(shù)K S V3 V1 式中 V1 土在天然狀態(tài)下的體積 V2 土經(jīng)開挖后的松散體積 V3 土經(jīng)回填壓實后的體積 土的最初可松性系數(shù)KS是計算挖掘機械生產(chǎn)率 運土車輛數(shù)量及棄土坑容積的重要參數(shù) 最后可松性系數(shù)K S是計算場地平整標高及填方所需的挖方體積等的重要參數(shù) 不同分類的土的可松性系數(shù)可參考下表 1概述 共46頁第7頁 土的可松性參考值 1概述 共46頁第8頁 2土方邊坡 合理地選擇基坑 溝槽 路基 堤壩的斷面和留設邊坡 是減少土方量的有效措施 邊坡的表示方法為1 m 即 第1講土方規(guī)劃 式中m b h 稱為坡度系數(shù) 其意義為 當邊坡高度已知為h時 其邊坡寬度則等于mh 共46頁第9頁 臨時性挖方的邊坡值 邊坡坡度應根據(jù)不同的挖填高度 土的工程性質(zhì)及工程特點而定 既要保證土體穩(wěn)定和施工安全 又要節(jié)省土方 臨時性挖方邊坡可按下表確定 2土方邊坡 共46頁第10頁 深度在5m內(nèi)的基坑 槽 管溝邊坡的最陡坡度 不加支撐 當?shù)刭|(zhì)條件良好 土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑 槽 底面標高時 挖方深度在5m以內(nèi) 不加支撐的邊坡可按下表確定 2土方邊坡 共46頁第11頁 3土方量計算的基本方法 土方量計算的基本方法有平均高度法和平均斷面法兩種 3 1平均高度法 四方棱柱體法 將施工區(qū)域劃分為若干個邊長等于a的方格網(wǎng) 每個方格網(wǎng)的土方體積V等于底面積a2乘四個角點高度的平均值 即 第1講土方規(guī)劃 共46頁第12頁 方格網(wǎng)土方量計算則可采取平均高度法 四方棱柱體法和三角棱柱體法 3土方量計算的基本方法 共46頁第13頁 三角棱柱體法 將每一個方格順地形的等高線沿對角線劃分為兩個三角形 然后分別計算每一個三角棱柱體的土方量 3 2平均斷面法 基坑 基槽 管溝 路堤的土方量計算可采用平均斷面法 即 3土方量計算的基本方法 共46頁第14頁 4場地平整土方量計算 4 1 1H0的重要性場地設計標高是進行場地平整和土方量計算的依據(jù) 也是總圖規(guī)劃和豎向設計的依據(jù) 合理地確定場地設計標高 對減少土方工程量 加速工程進度 降低工程造價有著重要意義 4 1場地設計標高H0的確定 確定場地設計標高應結合各類影響因素反復進行技術經(jīng)濟比較 選擇一個最佳方案 第1講土方規(guī)劃 共46頁第15頁 4 1 2H0的確定原則 滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊?充分利用地形 分區(qū)或分臺階布置 分別確定不同的設計標高 考慮挖填平衡 棄土運輸或取土回填的土方量最少 要有合理的泄水坡度 2 滿足排水要求 考慮最高洪水位的影響 4場地平整土方量計算 共46頁第16頁 4 1 3H0的確定步驟 如場地設計標高無特殊要求時 可根據(jù)挖填土方量平衡的原則確定H0 其步驟如下 劃分方格網(wǎng)方格網(wǎng)邊長a可取10 50m 常用20m 40m 挖填平衡原則即場地內(nèi)土方的絕對體積在平整前 后相等 4場地平整土方量計算 共46頁第17頁 確定各方格網(wǎng)角點高程 水準儀實測 利用地形圖上相鄰兩等高線的高程 用插入法求得 4場地平整土方量計算 共46頁第18頁 用插入法求得H13 251 70 水準儀進行高程測量 按每一個方格的角點的計算次數(shù) 權數(shù) 即方格的角點為幾個方格共有的情況 確定設計標高H0的實用公式為 按挖填平衡確定設計標高 式中 n 方格網(wǎng)數(shù) H1 一個方格僅有的角點坐標 H2 兩個方格共有的角點坐標 H3 三個方格共有的角點坐標 H4 四個方格共有的角點坐標 4場地平整土方量計算 共46頁第19頁 4 2場地設計標高H0的調(diào)整 按以上步驟求得的H0僅為一理論值 還應考慮以下因素進行調(diào)整 求出H 0 土的可松性影響 填方因土的可松性引起的填方體積增加 場內(nèi)挖方和填方的影響 從經(jīng)濟觀點出發(fā) 安排的挖方就近棄土和填方就近場外取土 引起的挖填土方量的變化 場地泄水坡度的影響 單坡 雙坡 4場地平整土方量計算 共46頁第20頁 由于土具有可松性 一般填土需相應提高設計標高 故考慮土的可松性后 場地設計標高調(diào)整為 VW VT H0 V W V T H 0 h 理論設計標高調(diào)整設計標高 4 2 1土的可松性影響 4場地平整土方量計算 共46頁第21頁 場地設計標高H0是按挖填土方量平衡的原則確定的 但從經(jīng)濟觀點出發(fā) 常會將部分挖方就近棄于場外 或就近于場外取土用于部分填方 均會引起挖填土方量的變化 亦需調(diào)整場地設計標高 4 2 2場內(nèi)挖方和填方的影響 式中 Q 場地根據(jù)H0平整后多余或不足的土方量 其設計標高調(diào)整值按下式計算 4場地平整土方量計算 共46頁第22頁 調(diào)整后的設計標高是一個水平面的標高 而實際施工中要根據(jù)泄水坡度的要求 單坡泄水或雙坡泄水 計算出場地內(nèi)各方格網(wǎng)角點實際設計標高 4 2 3場地泄水坡度的影響 場地為單坡泄水時 場地內(nèi)任意點的設計標高則為 式中 l 該點至設計標高H 0的距離 i 場地泄水坡度 不小于2 4場地平整土方量計算 共46頁第23頁 場地單向泄水坡度示意圖 場地為雙坡泄水時 場地內(nèi)任意點的設計標高則為 式中 lx ly 該點沿X X Y Y方向距場地中心線的距離 ix iy 場地沿X X Y Y方向的泄水坡度 公式中正負號的取值 計算角點在H 0之上取 反之取 4場地平整土方量計算 共46頁第24頁 場地雙向泄水坡度示意圖 4 3場地土方量的計算 4 3 1求各方格角點的施工高度hnhn 場地設計標高Hn 自然地面標高H 角點編號施工高度hn1 0 7243 2442 52自然地面標高H設計標高Hn 若hn為正值則該點為填方 hn為負值則為挖方 場地土方量計算步驟如下 4場地平整土方量計算 土方方格網(wǎng)圖例 共46頁第25頁 零線位置的確定 先求出方格網(wǎng)中邊線兩端施工高度有 中的零點 將相鄰兩零點連接起來即為零線 4 3 2繪出零線 式中 X1 X2 角點至零點的距離 m h1 h2 相鄰兩角點的施工高度 m 均用絕對值 a 方格網(wǎng)的邊長 m 零點的位置按下式計算 4場地平整土方量計算 共46頁第26頁 零點位置計算示意 為省略計算 亦可用圖解法直接求出零點位置 即用尺在各角點標出相應比例 用尺相接 與方格相交點即為零點位置 見下圖 h1 0 30 h2 0 20 0 5 5 10 10 h7 h8 0 7 0 10 用尺量出h1 0 3的刻度 用尺量出h2 0 2的刻度 兩點連線與方格的交點為零點 用尺量出h8 0 1的刻度 用尺量出h7 0 7的刻度 兩點連線與方格的交點為零點 兩零點連線即為零線 4場地平整土方量計算 共46頁第27頁 4 3 3計算場地挖 填土方量 零線 求出 也就劃出了場地的挖方區(qū)和填方區(qū) 便可按平均高度法計算各方格的挖 填土方量了 4場地平整土方量計算 共46頁第28頁 挖方施工及長距離土方調(diào)運 4 3 4計算各挖 填方調(diào)配區(qū)之間的平均運距 先按下式求出各挖方或填方區(qū)土方重心坐標X0 Y0 填方區(qū) y H0 H0 x xOW xOT yOW yOT L0 挖方區(qū) 式中 xi yi i塊方格的重心坐標 Vi i塊方格的土方量 V1x1 y1 V5x5 y5 V19x19 y19 挖方區(qū)重心 填方區(qū)重心 4場地平整土方量計算 共46頁第29頁 則填 挖方區(qū)之間的平均運距L0為 式中 x0T y0T 填方區(qū)的重心坐標 x0W y0W 挖方區(qū)的重心坐標 在實際工作中 亦可用作圖法近似地求出調(diào)配區(qū)的形心位置O代替重心坐標 用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)的平均運距 4場地平整土方量計算 共46頁第30頁 5土方調(diào)配 5 2土方調(diào)配的原則土方調(diào)配是土方規(guī)劃中的一個重要內(nèi)容 其原則是 力求挖填平衡 運距最短 費用最省 考慮土方的利用 以減少土方的重復挖填和運輸 5 1土方調(diào)配的步驟劃分調(diào)配區(qū) 繪出零線 計算調(diào)配區(qū)之間的平均運距 即挖方區(qū)至填方區(qū)土方重心的距離 確定初始調(diào)配方案 優(yōu)化方案判別 繪制土方調(diào)配圖表 第1講土方規(guī)劃 共46頁第31頁 5 3最優(yōu)調(diào)配方案的確定 最優(yōu)調(diào)配方案的確定 是以線性規(guī)劃為理論基礎 常用 表上作業(yè)法 求解 調(diào)配的步驟如下 用 最小元素法 編制初始調(diào)配方案 最優(yōu)方案判別 繪制土方調(diào)配圖 最優(yōu)方案判別 方案的調(diào)整 是 否 5土方調(diào)配 共46頁第32頁 5 3 1初始調(diào)配方案 下圖為一矩形廣場 圖中小方格內(nèi)的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)的土方量 箭桿上的數(shù)字則為各調(diào)配區(qū)之間的平均運距 試求土方調(diào)配最優(yōu)方案 500 500 800 600 500 500 400 W1 T1 W3 60 50 70 110 80 70 40 100 90 40 100 W4 T3 W2 T2 70 挖方區(qū)編號 填方區(qū)編號 挖方區(qū)需調(diào)出土方 填方區(qū)需調(diào)進土方 調(diào)配區(qū)間的平均運距 5土方調(diào)配 共46頁第33頁 各調(diào)配區(qū)土方量及平均運距 5土方調(diào)配 共46頁第34頁 步驟1 選取平均運距最小 C22 C43 40 的方格 確定它所對應的調(diào)配土方數(shù) 并使其盡可能大 本例選取C43 40 X43 400 W4的全部挖方調(diào)往T3 X41 X42 0 W4的挖方不調(diào)往T1 T2 在X41 X42的方格內(nèi)畫上 5土方調(diào)配 共46頁第35頁 步驟2 重復步驟1 按平均運距由小到大依次計算X22 X11 X31 C22 C11 C31 我們就得到了土方調(diào)配的初始方案 1 5土方調(diào)配 500 500 100 300 100 40 50 60 70 110 共46頁第36頁 5 3 2最優(yōu)方案判別 初始調(diào)配方案是按 就近調(diào)配 求得的 它保證了挖填平衡 總運輸量是較小的 但不一定是最小的 因此還需進行判別 在 表上作業(yè)法 中判別最優(yōu)方案的方法有很多 這里我們介紹引入 假想價格系數(shù) 求檢驗數(shù) ij來判別 首先求出表中各方格的假想價格系數(shù) 有調(diào)配土方的假想價格系數(shù)C ij Cij 無調(diào)配土方的假想價格系數(shù)按下式計算 5土方調(diào)配 共46頁第37頁 利用已知的假想價格系數(shù) 我們可以逐個求解未知的C ij 步驟1 在有調(diào)配土方的方格內(nèi) C ij Cij 將數(shù)據(jù)填入表中 該公式的意義即 構成任一矩形的四個方格內(nèi)對角線上的假想價格系數(shù)之和相等 5土方調(diào)配 共46頁第38頁 步驟2 按任一矩形的四個方格內(nèi)對角線上的C ij之和相等 逐個求解未知的C ij 如 5土方調(diào)配 共46頁第39頁 步驟3 引入檢驗數(shù) 按下式求出表中無調(diào)配土方方格的檢驗數(shù) 即方格右邊兩小格數(shù)字上下相減 將正負號填入表中 12出現(xiàn)負數(shù)說明方案不是最佳方案 需要進行調(diào)整 5土方調(diào)配 共46頁第40頁 步驟2 找出x12的閉回路 其作法是 從x12方格出發(fā) 沿水平或豎直方向前進 遇到有數(shù)字的方格作900轉彎 也可不轉彎 如果路線恰當 有限步后便能回到出發(fā)點 形成一條以有數(shù)字的方格為轉角點 用水平或豎直線聯(lián)起來的閉回路 見下表 5 3 3方案的調(diào)整 步驟1 在所有負檢驗數(shù)中挑選一個 一般選最小的 本例即 12 將它對應的變量x12作為調(diào)整對象 5土方調(diào)配 共46頁第41頁 步驟3 從空格X12出發(fā) 沿閉回路 方向任意 行進 在各奇數(shù)轉角點的數(shù)字中挑出一個最小的 本例即X32 100 將它由X32調(diào)到X12方格中 500 100 5土方調(diào)配 共46頁第42頁 步驟4 將 100 數(shù)字填入X12方格中 被調(diào)出的X32為0 同時將閉回路上其它奇數(shù)次轉角 X11 方格內(nèi)的數(shù)字都減去10