整理第一章土石方工程.docx
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整理第一章土石方工程
§1-1土石方简介
一、土的分类:
1、土的工程分类(按照挖土的复杂程度):
土的工程分类表1-1
土的分类
土的级别
土的名称
坚实系数f
密度(t/m3)
开挖方法及工具
一类土
(松软土)
I
砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)
0.5~0.6
0.6~1.5
用锹、锄头挖掘,少许用脚蹬
二类土
(普通土)
II
粉质粘土;潮湿的黄土;夹有碎石、卵石的砂;粉土混卵(碎)石;种植土、填土
0.6~0.8
1.1~1.6
用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松
三类土
(坚土)
III
软及中等密实粘土;重粉质粘土、砾石土;干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土;压实的填土
0.8~1.0
1.75~1.9
主要用镐,少许用锹、锄头挖掘,部分用撬棍
四类土
(砂砾坚土)
IV
坚硬密实的粘性土或黄土;含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土;粗卵石;天然级配砂石;软泥灰岩
1.0~1.5
1.9
整个先用镐、撬棍,后用锹挖掘,部分用楔子及大锤
五类土
(软石)
V~VI
硬质粘土;中密的页岩、泥灰岩、白奎土;胶结不紧的砾岩;软石灰及贝壳石灰石
1.5~4.0
1.1~2.7
用镐或撬棍、大锤挖掘,部分使用爆破方法
六类土
(次坚石)
VII~IX
泥岩、砂岩、砾岩;坚实的页岩、泥灰岩,密实的石灰岩;风化花岗岩、片麻岩及正长岩
4.0~10.0
2.2~2.9
用爆破方法开挖,部分用风镐
七类土
(坚石)
X~XIII
大理石;辉绿岩;粉岩;粗、中粒花岗岩;坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩;微风化安山岩;玄武岩
10.0~18.0
2.5~3.1
用爆破方法开挖
八类土
(特坚石)
XIV~XVI
安山岩;玄武岩;花岗片麻岩;坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、粉岩、角闪岩
18.0~25.0以上
2.7~3.3
用爆破方法开挖
注:
1.土的级别为相当于一般16级土石分类级别;
2.坚实系数f为相当于普氏岩石强度系数。
2、岩石按坚硬程度分类:
岩石坚硬程度的定性划分表1-2
类别
饱和单轴抗压强
度标准值frk(MPa)
定性鉴定
代表性岩石
硬质岩
坚硬岩
frk>60
锤击声清脆,有回弹,震手,难击碎;
基本无吸水反应
未风化~微风化的花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、硅质砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等
较硬岩
60≥frk>30
锤击声较清脆,有轻微回弹,稍震手,较难击碎;有轻微吸水反应
1.微风化的坚硬岩;
2.未风化~微风化的大理岩、板岩、石灰岩、钙质砂岩等
软质岩
较软岩
30≥frk>15
锤击声不清脆,无回弹,较易击碎;
指甲可刻出印痕
1.中风化的坚硬岩和较硬岩;
2.未风化~微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩等
软岩
15≥frk>5
锤击声哑,无回弹,有凹痕,易击碎;
浸水后,可捏成团
1.强风化的坚硬岩和较硬岩;
2.中风化的较软岩;
3.未风化~微风化的泥质砂岩、泥岩等
极软岩
frk≤<5
锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,手可捏碎;
浸水后,可捏成团
1.风化的软岩;
2.全风化的各种岩石;
3.各种半成岩
3、按岩体完整程度划分
岩体完整程度的划分表1-3
类别
完整性指数
结构面组数
控制性结构面平均间距(m)
代表性结构类型
完整
>0.75
1~2
>1.0
整状结构
较完整
0.75~0.55
2~3
0.4~1.0
块状结构
较破碎
0.55~0.35
>3
0.2~0.4
镶嵌状结构
破碎
0.35~0.15
>3
<0.2
碎裂状结构
极破碎
<0.15
无序
-
散体状结构
注:
完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的二次方。
选定岩体、岩块测定波速时应有代表性。
4、粘性土按塑性指数分类:
粘性土按塑性指数IP分类表1-4
粘性土的分类名称
粘土
粉质粘土
塑性指数IP
IP>17
10<IP≤17
注:
1.塑性指数由相应76g圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限计算而得;
2.IP<10的土,称粉土(少粘性土);粉土又分粘质粉土(粉粒>0.05mm不到50%,IP<10)、砂质粉土(粉粒>0.5mm占50%以上,IP<10)。
二、土的基本性质:
土的基本物理性质指标表1-5
指标名称
符号
单位
物理意义
表达式
附注
密度
ρ
t/m3
单位体积土的质量,又称质量密度
由试验方法(一般用环刀法)直接测定
重度
γ
kN/m3
单位体积土所受的重力,又称重力密度
由试验方法测定后计算求得
相对密度
ds
土粒单位体积的质量与4℃时蒸馏水的密度之比
由试验方法(用比重瓶法)测定
干密度
ρd
t/m3
土的单位体积内颗粒的重量
由试验方法测定后计算求得
干重度
γd
kN/m3
土的单位体积内颗粒的重力
由试验方法直接测定
含水量
w
%
土中水的质量与颗粒质量之比
由试验方法(烘干法)测定
饱和密度
ρsat
t/m3
土中孔隙完全被水充满时土的密度
由计算求得
饱和重度
γsat
kN/m3
土中孔隙完全被水充满时土的重度
由计算求得
有效重度
γ'
kN/m3
在地下水位以下,土体受到水的浮力作用时土的重度,又称浮重度
由计算求得
孔隙比
e
土中孔隙体积与土粒体积之比
由计算求得
孔隙率
n
%
土中孔隙体积与土的体积之比
由计算求得
饱和度
Sr
%
土中水的体积与孔隙体积之比
由计算求得
注:
表中
W——土的总重力(量);Ws——土的固体颗粒的重力(量);ρw——蒸馏水的密度,一般取ρw=1t/m3;γw——水的重度,近似取γw=10kN/m3;g——重力加速度,取g=10N/Kg
2、土的力学性质指标:
①压缩系数
土的压缩性通常用压缩系数(或压缩模量)来表示,其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算:
(1-1)
式中1000——单位换算系数;a——土的压缩系数(MPa-1);
p1、p2——固结压力(kPa);e1、e2——相对应于p1、p2时的孔隙比。
评价地基压缩性时,按p1为100kPa,p2为200kPa,相应的压缩系数值以a1-2划分为低、中、高压缩性,并应按以下规定进行评价:
(1)当a1-2<0.1MPa-1时,为低压缩性土;
(2)当0.1≤a1-2<0.5MPa-1时,为中压缩性土;
(3)当a1-2≥0.5MPa-1时,为高压缩性土。
②压缩模量
工程上也常用室内试验求压缩模量Es作为土的压缩性指标,压缩模量按下式计算:
(1-2)
式中Es——土的压缩模量(MPa);e0——土的天然(自重压力下)孔隙比;
a——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数(MPa-1)。
③土的内摩擦角φ和粘聚力c
图1-1抗剪强度与法向应力的关系曲线
(a)粘性土;(b)砂土
④抗剪强度计算:
土的抗剪强度一般按下式计算:
τf=σ·tgφ+c(1-3)
式中τf——土的抗剪强度(kPa);
σ——作用于剪切面上的法向应力(kPa);
φ——土的内摩擦角(°),剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角;
c——土的粘聚力(kPa),剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度,砂类土c=0。
3、土的工程性质:
①土的可松性
土的可松性是土经挖掘以后,组织破坏,体积增加的性质,以后虽经回填压实,仍不能恢复成原来的体积。
土的可松性程度一般以可松性系数表示。
它是挖填土方时,计算土方机械生产率、回填土方量、运输机具数量、进行场地平整规划竖向设计、土方平衡调配的重要参数。
最初可松性系数Ks=V2/V1;最终可松性系数K's=V3/V1;
V1——开挖前土的自然体积;V2——开挖后土的松散体积;V3——运至填方处压实后之体积。
各种土的可松性参考数值表1-6
土的类别
体积增加百分比(%)
可松性系数
最初
最终
Ks
K's
一类(种植土除外)
8~17
1~2.5
1.08~1.17
1.01~1.03
一类(植物性土、泥炭)
20~30
3~4
1.20~1.30
1.03~1.04
二类
14~28
1.5~5
1.14~1.28
1.02~1.05
三类
24~30
4~7
1.24~1.30
1.04~1.07
四类(泥灰岩、蛋白石除外)
26~32
6~9
1.26~1.32
1.06~1.09
四类(泥灰岩、蛋白石)
33~37
11~15
1.33~1.37
1.11~1.15
五~七类
30~45
10~20
1.30~1.45
1.10~1.20
八类
45~50
20~30
1.45~1.50
1.20~1.30
②土的压缩性
取土回填或移挖作填,松土经运输、填压以后,均会压缩,一般土的压缩性以土的压缩率表示。
土的压缩率P的参考值表1-7
土的类别
土的名称
土的压缩率
每m3松散土压实后的体积(m3)
一~二类土
种植土
20%
0.80
一般土
10%
0.90
砂土
5%
0.95
三类土
天然湿度黄土
12%~17%
0.85
一般土
5%
0.95
干燥坚实黄士
5%~7%
0.94
一般可按填方截面增加10%~20%方数考虑。
3.土的休止角:
土的休止角(安息角)是指在某一状态下的土体可以稳定的坡度。
土的休止角表1-8
土的名称
干土
湿润土
潮湿土
角度(°)
高度与底宽比
角度(°)
高度与底宽比
角度(°)
高度与底宽比
砾石
40
1:
1.25
40
1:
1.25
35
1:
1.50
卵石
35
1:
1.50
45
1:
1.00
25
1:
2.75
粗砂
30
1:
1.75
35
1:
1.50
27
1:
2.00
中砂
28
1:
2.00
35
1:
1.50
25
1:
2.25
细砂
25
1:
2.25
30
1:
1.75
20
1:
2.75
重粘土
45
1:
1.00
35
1:
1.50
15
1:
3.75
粉质粘土、轻粘土
50
1:
1.75
40
1:
1.25
30
1:
1.75
粉土
40
1:
1.25
30
1:
1.75
20
1:
2.75
腐殖土
40
1:
1.25
35
1:
1.50
25
1:
2.25
填方的土
35
1:
1.50
45
1:
1.00
27
1:
2.00
4、土的渗透系数:
k=Q/A·I
渗透系数的确定方法主要有常水头试验法和变水头试验法:
①常水头试验法:
常水头试验适用于透水性大(k>10-3cm/s)的土,例如砂土。
②变水头试验法:
粘性土由于渗透系数很小,流经试样的总水量也很小,不易准确测定,可采用变水头试验,即整个试验过程中,水头随时间而变化。
三、土的简单鉴别:
1、粘性土的现场鉴别方法:
粘性土的现场鉴别方法表1-9
(1)非煤矿矿山的建设项目(注:
对煤矿建设项目有单独特别规定);土的名称
湿润时用刀切
湿土用手捻摸时的感觉
(二)安全评价的基本原则土的状态
湿土搓条情况
干土
湿土
[例题-2005年真题]《中华人民共和国环境影响评价法》规定,建设项目可能造成轻度环境影响的,应当编制( )。
粘土
切面光滑,有粘刀阻力
1.环境总经济价值的构成有滑腻感,感觉不到有砂粒,水分较大,很粘手
三、安全预评价报告的基本内容土块坚硬,用锤才能打碎
(4)化工、冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸、军工、公路、水运、轨道交通、电力等行业的国家和省级重点建设项目;易粘着物体,干燥后不易剥去
1.建设项目环境影响评价机构的资质管理塑性大,能搓成直径小于0.5mm的长条(长度不短于手掌),手持一端不易断裂
粉质粘土
稍有光滑面,切面平整
稍有滑腻感,有粘滞感,感觉到有少量砂粘
土块用力可压碎
能粘着物体,干燥后较易剥去
有塑性,能搓成直径为2~3mm的土条
粉土
无光滑面,切面稍粗糙
有轻微粘滞感或无粘滞感,感觉到有砂粒较多、粗糙
土块用手捏或抛扔时易碎
不易粘着物体,干燥后一碰就掉
塑性小,能搓成直径为2~3mm的短条
砂土
无光滑面,切面粗糙
无粘滞感,感觉到全是砂粒、粗糙
松散
不能粘着物体
无塑性,不能搓成土条
2、碎石土的现场鉴别:
碎石土密实度现场鉴别方法表1-10
密实度
骨架颗粒含量和排列
可挖性
可钻性
密实
骨架颗粒含量大于总重的70%,呈交错排列,连续接触
锹镐挖掘困难,用撬棍方能松动,井壁一般较稳定
钻进极困难,冲击钻探时,钻杆、吊锤跳动剧烈,孔壁较稳定
中密
骨架颗粒含量等于总重的60%~70%,呈交错排列,大部分接触
锹镐可挖掘,井壁有掉块现象,从井壁取出大颗粒处,能保持颗粒凹面形状
钻进较困难,冲击钻探时,钻杆、吊锤跳动不剧烈,孔壁有坍塌现象
稍密
骨架颗粒含量等于总重的55%~60%,排列混乱大部分不接触
锹可以挖掘,井壁易坍塌,从井壁取出大颗粒后砂土立即坍落
钻进较容易,冲击钻探时,钻杆稍有跳动,孔壁易坍塌
松散
骨架颗粒含量小于总重的55%,排列十分混乱绝大部分不接触
锹易挖掘,井壁极易坍塌
钻进很容易,冲击钻探时,钻杆无跳动,孔壁极易坍塌
注:
①骨架颗粒系指与表1-10相对应粒径的颗粒。
②碎石土的密实度应按表列各项要求综合确定。
§1-2土方工程量计算
一、场地平整土方量计算:
场地平整是将需进行建筑范围内的自然地面,通过人工或机械挖填平整改造成为设计所需要的平面,以利现场平面布置和文明施工。
在工程总承包施工中,三通一平工作常常是由施工单位来实施。
它的一般施工工艺程序安排是:
现场勘察→清除地面障碍物→标定整平范围→设置水准基点→设置方格网,测量标高→计算土方挖填工程量→平整土方→场地碾压→验收。
土方量的计算有方格网法和横截面法。
(一)方格网法:
一般在地形起伏不大的地区采用,计算步骤如下:
①划分方格网:
方格网边长a(10-40m),水平边长,角点编号(A3、阿拉伯数字);
②确定方格角点自然地面标高H:
根据地形等高线采用直线插入法确定,现场测量;
③确定场地设计标高H0并根据相关影响因素进行调整H0';
④确定角点施工高度(填、挖方高度),即角点高差Δh;
⑤确定零点、零线、确定底面图形及面积;
⑥按照公式计算各填挖方区土方量。
1、确定场地设计标高H0的方法:
①最小二乘法:
挖填方平衡而且挖、填方总量之和最小;
②按照挖填方平衡原理确定:
H0值可由下式求得:
(1-2)
式中a——方格网边长(m);N——方格网数(个);
H1——一个方格共有的角点标高(m);H2——二个方格共有的角点标高(m);
H3——三个方格共有的角点标高(m);H4——四个方格共有的角点标高(m)。
③由规划部门直接确定:
2、影响场地设计标高H0的主要因素:
①土的可松性;
②场地排水条件的影响;单向排水时H0'=H0+l·i(1-3)
双向排水时H0'=H0±lxix±lyiy(1-4)
③边坡用土的影响;
④设计标高以上(以下)的填方(挖方);
⑤就近借土(弃土)的影响;⑥土方机械化施工的影响。
3、角点高差Δh=H0'-H(>0为填方,<0为挖方),+为填方,—为挖方。
4、零点确定方法:
①计算法(直线插入法):
零点的位置按下式计算(图1-2):
(1-5)
式中x1、x2——角点至零点的距离(m);
h1、h2——相邻两角点的施工高度(m),均用绝对值;
a——方格网的边长(m)。
图1-2零点位置计算示意图
②为省略计算,亦可采用图解法直接求出零点位置,方法是用尺在各角上标出相应比例,用尺相接,与方格相交点即为零点位置。
这种方法可避免计算(或查表)出现的错误。
图1-3零点位置图解法
5、计算土方体积:
按方格网底面积图形和表1-11所列体积计算公式计算每个方格内的挖方或填方量,或用查表法计算。
常用方格网点计算公式表1-11
本表是按照公式V=∑S底·H均
(二)横断面法:
横截面法适用于地形起伏变化较大地区,或者地形狭长、挖填深度较大又不规则的地区采用,计算方法较为简单方便,但精度较低。
其计算步骤和方法如下:
①划分横截面
根据地形图、竖向布置或现场测绘,将要计算的场地划分横截面,使截面尽量垂直于等高线或主要建筑物的边长,各截面间的间距S可以不等,一般可用10m或20m,在平坦地区可用大些,但最大不大于100m。
②画横截面图形
按比例绘制每个横截面的自然地面和设计地面的轮廓线。
自然地面轮廓线与设计地面轮廓线之间的面积,即为挖方或填方的截面。
③计算横截面面积:
计算每个截面的挖方或填方截面面积。
④计算土方量
根据横截面面积按下式计算土方量:
(1-6)
式中V——相邻两横截面间的土方量(m3);
A1、A2——相邻两横截面的挖(-)或填(+)的截面积(m2);
S——相邻两横截面的间距(m)。
(三)边坡土方量计算:
用于平整场地、修筑路基、路堑的边坡挖、填土方量计算,常用图算法。
图算法系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘,将要计算的边坡划分为两种近似的几何形体,一种为三角棱体;另一种为三角棱柱体,然后应用几何公式分别进行土方计算,最后将各块汇总即得场地总挖土(-)、填土(+)的土方工程量。
①三角楞锥体体积计算V=
F·L
②三角棱柱体体积计算V=
(F1+F2)·L
③当两端横截面面积差异较大时:
V=
(F1+F2+4F0)
(四)土方调配及其计算:
1、土方的平衡与调配原则
①挖方与填方基本达到平衡,减少重复倒运,尤其要避免倒流、乱流、对流;
②挖(填)方量与运距的乘积之和尽可能为最小,即总土方运输量或运输费用最小;
③好土应用在回填密实度要求较高的地区,即回填土质量的要求;
④整体与局部、前期与后期施工、与地下构筑物的施工结合;
⑤取土或弃土应尽量不占农田或少占农田,弃土尽可能有规划地造田;
⑥同时便于机具调配、机械化施工。
2、土方平衡与调配的步骤及方法:
土方平衡与调配需编制相应的土方调配图,其步骤如下:
⑴划分调配区。
在平面图上先划出挖填区的分界线,并在挖方区和填方区适当划出若干调配区,确定调配区的大小和位置。
划分时应注意以下几点:
①划分应与房屋和构筑物的平面位置相协调,并考虑开工顺序、分期施工顺序;
②调配区大小应满足土方施工用主导机械的行驶操作尺寸要求;
③调配区范围应和土方工程量计算用的方格网相协调,一般可由若干个方格组成一个调配区;
④当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时,可考虑就近借土或弃土,此时一个借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区。
⑵计算各调配区的土方量并标明在图上。
⑶计算各挖、填方调配区之间的平均运距,即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离,一般情况下,亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置代替重心坐标。
⑷采用“最小元素法”编制土方初始调配方案,在最小运距内添加最大土方量。
⑸确定土方最优调配方案。
对于线性规划中的运输间题,可以用“表上作业法”来求解,使总土方运输量为最小值,即为最优调配方案。
⑹绘出土方调配图。
根据以上计算,标出调配方向、土方数量及运距(平均运距再加施工机械前进、倒退和转弯必需的最短长度)。
⑺编制土方调配施工说明。
§1-3土方工程施工
一、土方施工前准备工作:
1、熟悉和审查图纸,各种资料(气象、水文、地质,技术经济条件等);
2、查勘施工现场
摸清工程场地情况,收集施工需要的各项资料,以便为施工规划和准备提供可靠的资料和数据。
3、编制施工方案
工程概况;基础平面布置图和剖面图;绘制施工总平面布置图和基坑土方开挖图;制定现场场地整平、基坑开挖施工方案;确定开挖路线、顺序、范围、底板标高、边坡坡度、排水沟、集水井位置,以及挖去的土方堆放地点;提出需用施工机具、劳力、推广新技术计划。
4、平整施工场地
5、清除现场障碍物:
采取有效地防护加固措施,可利用的建筑物应充分利用。
6、地下墓探:
在黄土地区或文化积淀深厚地区,按设计要求位置,用洛阳铲进行铲探。
7、作好排水降水设施
8、设置测量控制网
包括控制基线、轴线和水平基准点;方格网,设置龙门板、放出基坑(槽)挖土灰线、上部边线和底部边线和水准标志。
9、修建临时设施及道路
10、准备机具、物资及人员
二、土方开挖一般要求:
土方开挖一般遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。
1、场地开挖:
挖方边坡应根据使用时间(临时或永久性)、土的种类、物理力学性质(内摩擦角、粘聚力、密度、湿度)、水文情况等确定。
挖方边坡坡度应按设计要求,如设计无规定,可按表1-12、1-13、1-14采用。
永久性土工构筑物挖方的边坡坡度表1-12
项次
挖土性质
边坡坡度
1
在天然湿度、层理均匀、不易膨胀的粘土、粉质粘土和砂土(不包括细砂、粉砂)内挖方深度不超过3m
1:
1.00~1:
1.25
2
土质同上,深度为3~12m
1:
1.25~1:
1.50
3
干燥地区内土质结构未经破坏的干燥黄土及类黄土,深度不超过12m
1:
0.10~1:
1.25
4
在碎石土和泥灰岩土的地方,深度不超过12m,根据土的性质、层理特性和挖方深度确定
1:
0.50~1:
1.50
5
在风化岩内的挖方,根据岩石性质、风化程度、层理特性和挖方深度确定
1:
0.20~1:
1.50
6
在微风化岩石内的挖方,岩石无裂缝且无倾向挖方坡脚的岩层
1:
0.10
7
在未风化的完整岩石内的挖方
直立的
土质边坡坡度允许值表1-13
土的类别
密实度或状态
坡度允许值(高宽比)
坡高在5m以内
坡高为5~10m
碎石土
密实
1:
0.35~1:
0.50
1:
0.50~1:
0.75
中密
1:
0.50~1:
0.75
1:
0.75~1:
1.00
稍密
1:
0.75~1:
1.00
1:
1.00~1:
1.25
粘性土
坚硬
1:
0.75~1:
1.00
1:
1.00~1:
1.25
硬塑
1:
1.00~1:
1.25
1:
1.25~1:
1.50
注:
①表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土。
②对于砂土或充填物为砂土的碎石土,其边坡坡度允许值均按自然休止角确定。
岩石边坡坡度允许值表1-14
岩石类土
风化程度
坡度允许值(高宽比)
坡高在8m以内
坡高8~15m
坡高15~30m
硬质岩石
微风化
1:
0.10~1:
0.20
1:
0.20~1:
0.35
1:
0.30~1:
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- 整理 第一章 土石方 工程