aAAA水運工程施工第二章-土石方開挖和填筑教學課件

1第二章土石方開挖和填筑2023/7/261東南大學交通學院1022

2.1土方工程土石方開挖和填筑的基本類型 土石方工程施工過程——開挖、運輸和填筑水運工程施工過程中的土石方工程：場地整平、基坑和航道的開挖，碼頭（或閘墻）后填土、基坑回填、新港區(qū)的吹填等2023/7/262東南大學交通學院10232.1.1土石方開挖的基本方法1）人工和半機械化開挖法2）機械化開挖法3）水力開挖法4）爆破開挖法土石方開挖的基本要求：具有穩(wěn)定的邊坡，良好的排水，盡量減少超挖和欠挖。2023/7/263東南大學交通學院10242.1.2機械化施工的特點能完成獨特的施工任務能改善勞動條件大幅度提高勞動生產(chǎn)率機動靈活2023/7/264東南大學交通學院10252.1.3機械化施工的要求需要有嚴密的科學的施工組織設(shè)計，充足的燃料，要有附屬設(shè)備和維修設(shè)備、配件供應，更需要有一定業(yè)務專長的技術(shù)干部和技術(shù)工人。為了在整個施工過程中，各個作業(yè)、各道工序均衡協(xié)調(diào)，要有足夠數(shù)量、種類及規(guī)格的機械設(shè)備，投資巨大。2023/7/265東南大學交通學院10262.1.4施工機械的合理選擇和組合一、選擇施工機械的原則：

1、應與工程的具體實際相結(jié)合；

2、應有較好的經(jīng)濟性；

3、應能保證工程質(zhì)量要求和施工安全；

4、機械的合理組合：

1）主導機械與配套機械配套

2）牽引車與配套機具組合

3）配合作業(yè)機械組合數(shù)盡量少

4）盡量選用系列產(chǎn)品，便于維修和管理2023/7/266東南大學交通學院10272.1.5機械施工組織方法推土機施工法（適用于Ⅰ、Ⅱ土）鏟運機作業(yè)法（適用于Ⅰ、Ⅱ土）挖掘機作業(yè)法（適用于Ⅳ級及Ⅳ級以下的土）2023/7/267東南大學交通學院1028土、石等級土、石類別

土、石名稱

Ⅰ松土砂類土、腐殖土、種植土、中密的粘性土及砂性土、松散的水分不大的粘土，含有30mm以下的樹根或灌木根的泥炭土Ⅱ普通土水分較大的粘土、密實的粘性土及砂性土、半干硬狀態(tài)的黃土、含有30mm以上的樹根或灌木根的泥炭土、碎石類土（不包括塊石土及漂石土）Ⅲ硬土硬粘土、密實的硬黃土，含有較多的塊石土及漂石土：各種風化成土塊的巖石土、石工程分級表(1)2023/7/268東南大學交通學院1029土、石工程分級表(2)土、石等級土、石類別

土、石名稱

Ⅳ軟石各種松散巖石、鹽巖、膠結(jié)不緊的礫巖、泥質(zhì)頁巖、砂巖、煤、較堅實的泥灰?guī)r、塊石土及漂石土、軟的節(jié)理多的石灰?guī)rⅤ次堅石硅質(zhì)頁巖、砂巖、白云巖、石灰?guī)r、堅實的泥灰?guī)r、軟玄武巖、片麻巖、正長巖、花崗巖Ⅵ堅石硬玄武巖、堅實的石灰?guī)r、白云巖、大理巖、石英巖、閃長巖、粗粒花崗巖、正長巖2023/7/269東南大學交通學院102102.1.5.1推土機施工法2023/7/2610東南大學交通學院102推土機施工法這是一種近距離土方轉(zhuǎn)移的施工方法，經(jīng)濟遠距為50~80m。填挖高度不大于2m。特點：能一機完成鏟挖、運土和卸土。作業(yè)方法：

1、接力推土法

2、槽式推土法

3、并列推土法

4、下坡推土法2023/7/2611東南大學交通學院10212生產(chǎn)率計算推土機作業(yè)生產(chǎn)率P(m3/h)為：推土機的其他用途2023/7/2612東南大學交通學院10213提高推土機生產(chǎn)率的途徑根據(jù)施工條件，因地制宜，提高機械施工人員的技術(shù)素質(zhì)，具體說有：1、縮短推土機作業(yè)的循環(huán)時間2、提高時間利用系數(shù)3、降低運送中土的漏損2023/7/2613東南大學交通學院10214拖式鏟運機2.1.5.2鏟運機施工法2023/7/2614東南大學交通學院10215鏟運機施工法鏟運機是一種中距離大規(guī)模轉(zhuǎn)移土方的機具。它可分為拖式和自行式兩類。特點：能一機完成鏟挖、運土和卸土。經(jīng)濟遠距：200~300米。開挖深度3~8m。2023/7/2615東南大學交通學院10216作業(yè)方法:1、一般鏟土法2、波浪鏟土法3、跨鏟法4、下坡鏟土法5、頂推助鏟法環(huán)形運行線路：之字形8字形2023/7/2616東南大學交通學院10217生產(chǎn)率計算鏟運機的生產(chǎn)率計算（m3/h)V——鏟斗幾何容量/m3;Kh——土壤充滿系數(shù);Kb——時間利用系數(shù);Ks——土壤松散系數(shù);T——每一工作循環(huán)時間/min2023/7/2617東南大學交通學院10218提高鏟運機作業(yè)生產(chǎn)率的措施1、加強施工組織管理和提高機械操作人員的技術(shù)素質(zhì)；2、對Ⅲ級以上的土或凍土應先預松，預松深度不宜超過20~40cm；清除鏟土地段的樹根、樹樁、孤石等；運行時減少180o大轉(zhuǎn)彎的次數(shù)；土的含水量適中。2023/7/2618東南大學交通學院102192.1.5.3挖掘機施工法挖掘機是一種專門的土方挖掘和裝載機械，作業(yè)效率高，特別適用于土方工程量大、有一定作業(yè)面高度或深度的工程。施工時必須配備運輸機械。對運距較遠的土方工程一般采用這種方法。挖掘機的種類：正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟。2023/7/2619東南大學交通學院10220正鏟挖掘機的施工方法2023/7/2620東南大學交通學院10221特點：前進向上，強制切土施工方法：正向開挖側(cè)向開挖2023/7/2621東南大學交通學院10222反鏟挖掘機的施工方法2023/7/2622東南大學交通學院10223特點：后退向下，強制切土施工方法：溝端開挖溝側(cè)開挖2023/7/2623東南大學交通學院1022023/7/2624東南大學交通學院10225抓鏟挖掘機的施工方法主要用于開挖獨立的深基坑，依靠挖斗的自重下落的動能切入土中，然后用鋼絲束往上拉升將土挖起裝入斗內(nèi)。拉鏟挖掘機的施工方法拉鏟施工時由鋼束將鏟斗甩向挖土區(qū)，靠鏟斗自重的動能切入土中，然后用鋼束往回拉將土裝入斗內(nèi)。通常將土直接卸在挖土區(qū)的附近。2023/7/2625東南大學交通學院10226抓鏟2023/7/2626東南大學交通學院10227

拉鏟2023/7/2627東南大學交通學院10228配套機械的數(shù)量的確定通常要求汽車的裝載量為挖掘機斗容量的3~4倍為宜。同時挖掘機不停地工作。汽車數(shù)量N=t1/t2(取整數(shù)）t1：汽車一個工作循環(huán)時間；t2：挖掘機裝滿一車土所需時間。2023/7/2628東南大學交通學院10229生產(chǎn)率計算單斗挖掘機的生產(chǎn)率主要取決于鏟斗的容量、工作循環(huán)時間、被挖土的級別和時間利用系數(shù)等。生產(chǎn)率Q按下式計算：Q：挖掘機的生產(chǎn)率，m3/h2023/7/2629東南大學交通學院10230提高挖掘機生產(chǎn)率的措施精心設(shè)計施工組織：創(chuàng)造工作面，裝運雙放法，事先擬好運土車輛的行駛路線，減少重車路線上的上坡道。提高駕駛員的技術(shù)熟練程度；要經(jīng)常檢查挖掘機的技術(shù)狀況，鏟斗斗齒的鋒利程度。2023/7/2630東南大學交通學院102312.1.6土方填筑土方填筑工程均要求達到一定的密實度，以滿足不同工程對穩(wěn)定、防滲和沉降的要求。水運工程中的土方填筑工程內(nèi)容：主要有：碼頭（或閘墻）后填土、基坑回填、新港區(qū)的吹填等。2023/7/2631東南大學交通學院102322.1.6.1機械化施工的機械組合類型1、推土機+壓實機械2、鏟運機+壓實機械3、挖掘機+運料卡車+推土機+平地機+壓實機械2023/7/2632東南大學交通學院102332.1.6.2土方填筑的主要施工工序選擇料場——WL、IP、CBR值基礎(chǔ)處理——清除雜草、樹根、軟基處理、橫坡度處理。填筑——自然堆填水平分層鋪土、分層壓實。碾壓——是一道關(guān)鍵工序，它使填料達到要求的密實度。2023/7/2633東南大學交通學院102342.1.6.3壓實機械的種類1靜力壓路機：光面壓路機羊角碾輪胎壓路機

2振動壓路機：自行式拖式

3夯實機2023/7/2634東南大學交通學院10235三輪壓路機2023/7/2635東南大學交通學院10236自行式振動壓路機2023/7/2636東南大學交通學院10237自行式振動壓路機2023/7/2637東南大學交通學院10238羊角碾2023/7/2638東南大學交通學院10239羊角碾2023/7/2639東南大學交通學院10240凹凸壓路機2023/7/2640東南大學交通學院10241輪胎壓路機2023/7/2641東南大學交通學院102422.1.6.4壓實原理壓實是指通過施加外力，增大某種材料的密度的方法。在不同的外力作用下，其壓實原理可簡化為靜壓、沖擊和振動三種作用加以說明：靜壓作用沖擊作用振動作用2023/7/2642東南大學交通學院102432.1.6.5填方密實的方法1、機械力作用方法2、水力作用方法——用于砂性土3、爆炸力作用方法——用于水下基礎(chǔ)夯實2023/7/2643東南大學交通學院10244毫秒-爆夯2023/7/2644東南大學交通學院102452023/7/2645東南大學交通學院10246機械力作用壓實方法可分為：靜力壓路機壓實夯實機夯實振動壓路機壓實施工方法：平整作業(yè)面，鋪墊填料，碾壓，檢查密實度或壓實度2023/7/2646東南大學交通學院10247強夯法加固地基2023/7/2647東南大學交通學院10248強夯2023/7/2648東南大學交通學院102492.1.6.6影響填料壓實的因素填料的級配，要求填料的不均勻系數(shù)應大于5填料的透水性,透水性大的填料易壓實填料的含水量，填料在最佳含水量時，壓實阻力最小，最易壓實壓實機械,不同的填料應選用不同類型的壓實機械.壓實功，當壓實機械碾壓在土體中產(chǎn)生的剪應力小土體承載力時，壓實功越大，壓實效果越好。壓實機械的行駛速度、遍數(shù)和填土層厚度2023/7/2649東南大學交通學院10250擊實曲線含水量w,%w00干密度，g/cm3max2023/7/2650東南大學交通學院102512.1.6.7填料壓實質(zhì)量的檢查方法細粒土：可采用環(huán)刀法、核子密度儀法。中粒土和粗粒土：采用灌砂法。當填料是石料時，可用碾壓法。2023/7/2651東南大學交通學院102522023/7/2652東南大學交通學院102532.1.7土方工程量的計算和調(diào)運基坑的土方量計算2023/7/2653東南大學交通學院10254溝槽的土方量（1）F2L1F1F02023/7/2654東南大學交通學院10255溝槽的土方量（2）橫斷面法繪橫斷面圖——盡可能與等高線垂直計算橫斷面面積，根據(jù)地形變化確定斷面間距L計算土方量2023/7/2655東南大學交通學院10256繪橫斷面圖A，AAA，2023/7/2656東南大學交通學院10257大面積土方填挖——方格網(wǎng)法1.劃分方格網(wǎng)，一般采用20×20m或40×40m，每個方格右角的上、下分別是設(shè)計地面標高和自然地面標高，其差值為該點的填、挖高度。45.01(地面標高）44.01(設(shè)計標高）43.6143.7143.8143.4143.5143.112023/7/2657東南大學交通學院102582.零點位置計算圖h1h2h3h4零界線X4X3X2X1挖填零界點零界點h2h1h3h4填挖填挖X1X2X3X4a2023/7/2658東南大學交通學院10259計算零點位置2023/7/2659東南大學交通學院10260例題1aah1h2h3h42023/7/2660東南大學交通學院10261h1aah2h3h4零線三挖一填（或三填一挖）方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例題22023/7/2661東南大學交通學院10262aah2h4零線一挖一填方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例題32023/7/2662東南大學交通學院102632023/7/2663東南大學交通學院102642023/7/2664東南大學交通學院102653.計算挖、填土方量4.編挖、填土方時匯總表方格編號挖方(m3)填方(m3)123合計……2023/7/2665東南大學交通學院102664.調(diào)配平衡土方調(diào)配平衡的目的——使土方運輸?shù)膰嵐餅樽钚?。土方調(diào)配平衡的基本原則：1、挖、填方量基本達到平衡2、土方運輸?shù)膰嵐锉M可能為最小3、好土應用于回填質(zhì)量要求較高的地區(qū)4、結(jié)合其他建筑物的施工，或開挖其土方或留土作為其回填。5、選擇恰當?shù)恼{(diào)配方向、運輸路線、運輸機具，使土方運輸通暢，無對流和亂流現(xiàn)象。2023/7/2666東南大學交通學院10267土方調(diào)配示意圖+400+410+380+450+500+390+280-200-300-390-290-290-400-250-270黃色填方區(qū)2390棄方420綠色挖方區(qū)28102023/7/2667東南大學交通學院102682.2爆破施工爆破是開挖石方的主要手段,也是一項危險性較大的工作，如處置不當極易造成巨大的危害。施工中必須嚴格操作規(guī)程，確保施工安全。2023/7/2668東南大學交通學院10269一、爆破的基本原理爆破—就是利用炸藥爆破瞬間產(chǎn)生的熱量和高壓來破碎和拋擲巖石。藥包—放置在巖石內(nèi)部或表面，準備進行爆破的一定數(shù)量的炸藥。藥包在無限均勻的介質(zhì)內(nèi)部爆炸時產(chǎn)生的靜壓力和沖擊波對周圍介質(zhì)產(chǎn)生的破壞和震動作用可用作用圈來描述2023/7/2669東南大學交通學院10270爆破作用圈2023/7/2670東南大學交通學院10271作用圈內(nèi)巖石的受力情況壓縮圈內(nèi)的巖石受到極大的爆炸力而粉碎拋擲圈內(nèi)的巖石受到較大的爆炸力而被壓碎成小塊，當存在自由的臨空面時，壓碎的石塊會被拋擲出去。松動圈內(nèi)的巖石受到的爆炸力較小，只是使巖體出現(xiàn)破碎、裂縫和松動現(xiàn)象。震動圈內(nèi)的巖石只受到震動影響，無破壞現(xiàn)象。2023/7/2671東南大學交通學院10272最小抵抗線W在介質(zhì)均勻時，爆破作用首先沿藥包至臨空面的最短距離發(fā)生，該距離稱為最小抵抗線W。不同的W會出現(xiàn)不同的爆破情況。2023/7/2672東南大學交通學院10273藥包埋置深度不同時的爆破情況2023/7/2673東南大學交通學院10274爆破漏斗爆破漏斗——指拋擲爆破表面形成的漏斗狀的爆破坑。爆破作用指數(shù)n——用來反映爆破漏斗形狀的參數(shù)。n=r/w通?？梢愿鶕?jù)n值的大小對爆破和藥包進行分類。2023/7/2674東南大學交通學院10275爆破的分類n=1，稱為標準拋擲爆破（藥包）n>1，稱為加強拋擲爆破（藥包）0.75<n<1，稱為減弱拋擲爆破（藥包）0.33<n<0.75，稱為松動爆破（藥包）n<0.33，隱蔽式爆破（藥包）2023/7/2675東南大學交通學院10276影響n的因素W藥包的大小巖石的性質(zhì)2023/7/2676東南大學交通學院10277二、藥包量的計算（自學）要準確的計算某次爆破的藥包炸藥的用量比較困難，因為影響因素比較多，目前常用的經(jīng)驗公式。集中爆破的藥包量計算公式：

Q=q?Vq：標準炸藥爆破1m3巖石的藥量。對標準拋擲爆破：所以，2023/7/2677東南大學交通學院10278

對于非標準炸藥：當n>1，且W>1m時當n>1，且W>2.5m時2023/7/2678東南大學交通學院10279三、炸藥和起爆材料（簡）1、常見的主爆炸藥黑色炸藥：威力小，水中不能用。硝銨炸藥：威力中，用于中等硬度以下的巖石爆破。TNT炸藥：威力大，用于堅硬的巖石和水下工程爆破。膠質(zhì)炸藥：一般用作炸藥的原料。2023/7/2679東南大學交通學院102802、起爆材料和起爆方法1）起爆材料：導火線、雷管、傳爆線2）起爆方法：火花起爆法：使用要注意安全電氣起爆法：使用較安全傳爆線起爆法：速度快，起爆能大，成本高爆管起爆法：安全可靠，防水，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)群起爆2023/7/2680東南大學交通學院10281四、爆破施工的一般工序爆破施工的一般工序有選擇炮位、鉆孔、裝炸藥、封堵、起爆、爆炸后的檢查及拒爆藥包的處理、運輸出碴等?，F(xiàn)將主要工序介紹如下2023/7/2681東南大學交通學院10282（一）鉆孔1、沖擊式鉆孔法：通常用壓縮空氣為動力，能量消耗大，效率低，適用于在較堅固巖石中鉆孔。2、回轉(zhuǎn)式鉆孔法：適用于相對不堅固的巖石（如砂頁巖、砂巖和石灰?guī)r等）中鉆孔。3、沖擊—回轉(zhuǎn)式鉆孔法：適用于堅固和中上等堅固巖石。2023/7/2682東南大學交通學院10283淺孔與深孔淺孔——孔深小于5m；鉆孔設(shè)備主要有電鉆和風鉆兩種鉆機。深孔——孔深大于5m；鉆鑿采用沖擊式鉆機、回轉(zhuǎn)式鉆機和潛孔鑿巖機。水上鉆孔采用專用鉆孔船，鉆機一般用潛孔鉆機2023/7/2683東南大學交通學院10284（二）基本的爆破方法1.裸露藥包法：主要用于炸礁、炸孤石和大塊石的二次爆破用藥量：用于破碎時：0.6~1.0kg/m3用于拋擲時：1.0~2.0kg/m3藥包宜放于礁石或孤石的中部有凹槽或裂縫處2023/7/2684東南大學交通學院102礁石孤石藥包藥包草皮石塊繩索水面

裸露藥包孤石藥包草皮拋擲方向水面

裸露藥包2023/7/2686東南大學交通學院102872.淺孔爆破法該法炮孔直徑25~50mm、孔深0.5~5.0m用途：開挖基槽、溝槽、開創(chuàng)臨空面等1）炮眼布置：應有較大的臨空面；W<炮眼長度，且方向不與炮眼軸線重合；炮眼軸線垂直于巖石分層面和裂縫；2023/7/2687東南大學交通學院10288炮眼布置WWWW2023/7/2688東南大學交通學院10289主要參數(shù)的確定（簡）

1）炮孔深度L堅硬巖石：L=（1.1~1.5)H中硬巖石：L=H松軟巖石：L=(0.85~0.95)H

WHL1Lbaaa2023/7/2689東南大學交通學院10290主要參數(shù)的確定2）最小抵抗線W=(0.6~0.8)H3）炮孔間距：火花起爆：a=(1.4~2.0)w

電力起爆：a=(0.8~2.0)w

排距：b=(0.8~1.2)w4）裝藥量Q

堅硬巖石：L1=（0.5~0.67)L

中硬巖石：L1=（0.35~0.50)L

松軟巖石：L1≈0.35L2023/7/2690東南大學交通學院102915）裝藥與堵孔裝藥：先用壓縮空氣清孔、干燥，然后裝藥。對散裝藥，每次裝藥后用木棍輕輕壓緊，起爆藥包裝在孔內(nèi)藥包長的1/3~1/2處。堵孔：用一份粘土，二份砂的混合物堵，并用木棍輕輕搗實。2023/7/2691東南大學交通學院102923.深孔爆破法（簡）深孔爆破法的炮孔直徑為75~270mm，深度5~30m，內(nèi)裝延長藥包。用途：高階梯爆破或深基坑的松動爆破。特點：爆破石方量大，但二次破碎量較大。2023/7/2692東南大學交通學院102931)炮孔布置a炮孔位置：可采用垂直孔和斜孔aaabβαβ=450~900α=600~7502023/7/2693東南大學交通學院102942)主要參數(shù)（自學）階梯高度H和坡面坡度角αH=(0.75~0.80)L，α=600~750孔深L=(1.1~1.15)H或

L=(1.1~1.3)w斜深孔的傾斜角β常取為750，以減小抵抗線長度。孔距a=(0.8~1.2)w，b=0.87a2023/7/2694東南大學交通學院10295主要參數(shù)最小抵抗線w每個孔的裝藥量Q

拋擲爆破：Q=q·W·H·a·e

松動爆破：