土木工程施工-第1講土方規(guī)劃.ppt

土木工程施工,邵陽學(xué)院楊宗耀,教授級高級工程師終身享受國務(wù)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(xué)術(shù)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(wù)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(xué)們步入工作崗位后要學(xué)以致用、安身立命的主要課程之一。無論同學(xué)們畢業(yè)后在土木建筑領(lǐng)域從事何種職業(yè)和崗位，學(xué)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yù)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(shù)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(luò)計劃技術(shù)第12講混凝土制備及運輸?shù)?7講網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用第13講混凝土成型及養(yǎng)護第28講施工組織總設(shè)計第14講預(yù)應(yīng)力材料與機具第29講單位工程施工組織設(shè)計第15講預(yù)應(yīng)力施工第30講施工組織設(shè)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(xué)要求】了解土方工程特點；掌握場地設(shè)計標(biāo)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(xué)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(xué)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(xué)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(yù)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(biāo)高、斷面控制準(zhǔn)確；,應(yīng)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(zhǔn)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(shè)計標(biāo)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(jié)構(gòu)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(biāo)。,土的質(zhì)量密度,取土環(huán)刀標(biāo)準(zhǔn)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2530%，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(guān)，地下水在土中的滲流速度可按達西公式計算：V（m/d）=KI,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(zhǔn)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(fù)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(biāo)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(shè)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(dāng)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(yīng)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(dāng)?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(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計的依據(jù)。合理地確定場地設(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)高H0的確定,確定場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)結(jié)合各類影響因素反復(fù)進行技術(shù)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)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1050m，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(zhǔn)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(zhǔn)儀進行高程測量,按每一個方格的角點的計算次數(shù)（權(quán)數(shù)），即方格的角點為幾個方格共有的情況，確定設(shè)計標(biāo)高H0的實用公式為：,按挖填平衡確定設(shè)計標(biāo)高,式中：n方格網(wǎng)數(shù)；H1一個方格僅有的角點坐標(biāo)；H2兩個方格共有的角點坐標(biāo)；H3三個方格共有的角點坐標(biāo)；H4四個方格共有的角點坐標(biāo)。,4場地平整土方量計算,共46頁第19頁,4.2場地設(shè)計標(biāo)高H0的調(diào)整,按以上步驟求得的H0僅為一理論值，還應(yīng)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(yīng)提高設(shè)計標(biāo)高，故考慮土的可松性后，場地設(shè)計標(biāo)高調(diào)整為：,VW,VT,H0,V,W,V,T,H,0,h,理論設(shè)計標(biāo)高調(diào)整設(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)高是一個水平面的標(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)高則為：,式中：l該點至設(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)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(shè)計標(biāo)高Hn自然地面標(biāo)高H,角點編號施工高度hn1-0.7243.2442.52自然地面標(biāo)高H設(shè)計標(biāo)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(biāo)出相應(yīng)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h10.3的刻度,用尺量出h20.2的刻度,兩點連線與方格的交點為零點,用尺量出h80.1的刻度,用尺量出h70.7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(biāo)X0、Y0：,填方區(qū),y,H0,H0,x,xOW,xOT,yOW,yOT,L0,挖方區(qū),式中：xi、yii塊方格的重心坐標(biāo)；Vii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(biāo)；x0W、y0W挖方區(qū)的重心坐標(biāo)。,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(biāo)，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(fù)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(chǔ)，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(yīng)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(fù)步驟1，按平均運距由小到大依次計算X22、X11、X31（C22C11C31），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(gòu)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(zhuǎn)彎(也可不轉(zhuǎn)彎)，如果路線恰當(dāng)，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(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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