土方降水机械效率计算.docx

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土方降水机械效率计算

第1章土方工程

常见土方工程：

场地平整，基坑、沟槽开挖，人防工程和地下建筑屋的土方开挖，路基工程等；

土方工程的主要施工过程：

开挖、爆破、运输、填筑、平整和压实等。

1.1概述

1.1.1土方工程的特点

Ø工程量大；

Ø施工工期长；

Ø工人劳动强度大；

Ø施工条件复杂（受气候、水文、地质等影响较大）；

1.1.2土的工程分类

土的分类方法：

Ø按土的颗粒级配（几何上）

Ø按土的塑性指数（物理指标上）

Ø按土的沉积年代（时间上）

Ø按土的开挖难易程度（工程性质上），见书本P4表2-1

1.1.3土的基本性质

土的组成——土的固体颗粒、土中的水、土中的空气；土的三相物质实混合分布的，但一般用土的三相图来表示土的组成。

土的物理性质：

1）土的可松性和可松性系数——指自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增大，以后虽经回填压实，也不能恢复到原来的性质；土的可松性可松性系数表示：

最初可松性系数：

，最终可松性系数：

——土在天然状态下的体积；

——土在开挖后松散状态下的体积；

——土在经压（夯）后的体积

例：

某基坑开挖体积为200m3，基础体积为120m3，基础做好后进行土方回填。

则回填后余下松土有多少？

（kS=1.2,kS=1.1）练习：

某基坑开挖体积为500m3，基础体积为250m3用土去填满，填满后，将剩余的土填入底面积为10×10m2的坑内，问坑为多高？

（kS=1.2,kS=1.1）

2）土的天然含水量——指土中水的重量与土的固体颗粒重量的百分比，

3）土的天然密度——指自然状态下单位体积土的质量，

4）土的干密度——指单位体积固体颗粒部分的质量，

5）土的孔隙比——土的孔隙体积与固体体积的比值，

6）土的孔隙率——土的孔隙体积与总体积的比值，

7）土的渗透性及渗透系数——指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力用渗透系数K表示，单位为m/d.

1.2土方工程量计算及土方调配

1.2.1基坑、基槽

基坑：

底面积在20m2以内，且底长为底宽3倍以内者；基坑的土方量计算（书上的图例）：

V=（H/6）×（A1+4A0+A2）

式中：

A1、A2——上、下底面积；

A0——中截面的面积；

H——深度；

基槽：

宽度在3m以内，且长度等于或大于宽度3倍者；基槽的土方量计算：

V=（H/6）×（A1+4A0+A2）

式中：

A1、A2——上、下底面积；

A0——中截面的面积；

H——深度；

1.2.2场地平整土方量的计算

场地平整：

将现场平整为施工所要求的设计平面；

场地平整的步骤：

确定场地设计标高－>计算挖、填土方工程量—>确定土方平整调配方案—>选择土方机械、拟定施工方案。

1）确定场地设计标高

确定场地设计标高时应考虑的因素：

建筑规划、生产工艺、运输、尽量利用地形、排水；

初步计算场地设计标高

原则：

场地内挖、填方量平衡；

步骤：

划分网格－>利用等高线内插求得节点标高（有地形图时）/测量节点木桩高度（无地形图时）－>计算场地设计标高；

（1）设计标高的计算公式：

场地标高的调整

（2）场地标高调整的原因：

土的可松性；

边坡挖填方量不等；

就近挖填土；

泄水坡度的影响——单向泄水（）、双向泄水（）；

2）场地土方量的计算

计算步骤：

（节点实际设计标高－自然地面标高）－>计算每个方格的挖填方量—>计算场地边坡的挖填方量—>累计求挖、填方总量；

（1）各方格角点的施工高度计算：

式中：

——角点施工高度；

——角点的实际设计标高；

——角点的自然地面标高；

（2）计算零点位置

当一个方格内同时有填挖方时，按下式计算零点位置：

；

（3）计算方格土方工程量（书上列出了各种挖填方的土方量计算公式）

（4）边坡土方量计算

（5）计算土方总量（累加）

1.2.3土方调配

土方调配：

对挖土的弃和填的填的综合协调；

土方调配的原则

Ø挖方和填方基本平衡和就近调配；

Ø考虑施工与后期利用；

Ø合理布置挖、填分区线，选择恰当的调配方向、运输路线；

Ø好土用在回填质量高的地区；

土方调配图表的编制方法（教材上例题）

1）划分调配区（若干个网格的联合）；

2）计算土方量（编写在图上）；

3）计算调配区之间的平均运距

平均运距：

挖方区土方重心至填方区重心的距离。

挖（填）方区重心的求法——取场地或方格网中纵横两边为坐标轴，求各区土方的重心公式为：

；

4）确定土方最优调配方案（以线性规划理论为基础）；

5）在场地地形图上绘制土方调配图、调配平衡表（调配方向、土方数量和平均运距）；

1.3施工准备与辅助工作

1.3.1施工准备

土方开挖前的主要准备准备工作：

Ø场地清理（房屋、古墓、通讯电缆、水道、树木等）；

Ø排出地面水（尽量利用自然地形来排水，设置排水沟）；

Ø修筑临时设施（道路、水、电、机棚）；

1.3.2土方边坡与土壁支撑

1）土方边坡

土方边坡的坡度：

土方挖方深度H与底宽B之比，即，式中，m成为边坡系数；

影响土方边坡大小的因素：

土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间、边坡附近的荷载状况、排水情况；

书上给出了不放坡和放坡两种情形的具体条件；

2）土壁支撑

土壁支撑的优点：

缩小施工面、减少土方量和克服场地限制；

挡土板的类型、适用情形：

Ø横撑式挡土板——断续式（适合湿度较小的粘土）、连续式（适合松散、湿度大的土）；

——随挖随撑，随拆随填；

Ø垂直式挡土板（适合松散和湿度很大的土）；

1.3.3土方工程施工和降低地下水位

降水方法：

明排水法和人工降低地下水位

1）明排水法：

在基坑或沟槽开挖时，采用截、疏、抽的方法进行排水（开挖时，沿坑底周围或中央开挖排水沟，再在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽走）

集水井的截面尺寸和构造要求见教材P19；

明排水方法的适用范围：

开挖深度不宜太大，地下水位不宜太高，土质宜较好；

2）流砂：

基坑底部的土成流动状态，随地下水涌入基坑的现象

（1）流砂的特点：

土完全丧失承载能力

（2）流砂的成因：

高低水位间的压力差使得水在其间的土体内发生渗流，当压力差达到一定程度时，使土粒处于悬浮流动状态；

（3）流砂的受力分析：

式中：

——截面积

——作用在土体a－a截面上的总水压力；

——作用在土体b－b截面上的总水压力；

——水渗流时的土颗粒总阻力；

（4）水力坡度：

水头差与渗透路径长度的比值

（5）动水压力：

当动水压力时，土粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒随着渗流的水一起流动，发生“流砂现象”。

（6）易发生流砂的土（见教材P21）；

流砂的治理办法，主要途径是消除、减少或平衡动水压力，具体措施有抢挖法、打板桩法、水下挖土法、人工降低地下水位（轻型井点降水）等；

3）管涌：

坑底位于不透水层，不透水层下面为承压蓄水层，坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，发生管涌现象；

管涌的受力分析：

4）人工降低地下水位

定义：

在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的虑水管（井），利用抽水设备抽水，使地下水位降落在坑底以下。

方法：

轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等，各种方法的适用范围见教材P22；

5）轻型井点降低地下水位（图例见教材P23页）

（1）组成：

管路系统与抽水设备；

Ø管路系统：

井点管、滤管、总管、联结管；

Ø抽水设备：

离心泵、真空泵、水气分离器；

（2）轻型井点的布置的影响因素：

基坑大小、深度、土质、地下水位的高低、流向、降水深度等；

（3）轻型井点的平面布置：

单排线状井点、双排井点、U形井点、环状井点；

（4）轻型井点的平面布置的构造；

（5）轻型节点的高层布置：

井点管的埋设深度H（不包括虑管长），按下式计算（图例见教材P24）：

；

式中——地下水降落坡度，环状井点1/10，单排线状井点为1/4；

（6）轻型节点的高层布置的构造；

（7）注意事项：

Ø虑管必须埋设在透水层内；

Ø总管的布置宜接近地下水位线（可事先挖槽）；

Ø水泵轴心标高宜与总管平行或略低于总管；

Ø总管应具有0.25％～0.5％的坡度（坡向泵房）；

6）轻型井点的计算

井点的分类：

Ø（不）完整井（井底是否达到不透水层）、（无）承压井（地下水是否有压力）；

Ø承压完整井、承压非完整井、无压完整井、无压非完整井；

（1）涌水量计算

对于无压完整井，其涌水量计算公式为（教材P27上有图例）：

式中，K——土的渗透系数；

H——含水层厚度；

s——水位降低值；

R——抽水影响半径，一般用式计算；

x0——环状井点系统的假想半径，对于矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，可按式计算，F为环状井点系统所包围的面积；

对于无压非完全井，其涌水量计算公式为（教材P27上有图例）：

式中，H0——有效抽水深度，，可按教材P26上表格查；

S'——井点管中水位降落值；

l——虑管长度；

对于承压完全井，其涌水量计算公式为：

式中，M——承压含水层厚度

上述三式的应用条件：

Ø矩形基坑的长宽比小于5；

Ø基坑宽度小于抽水影响半径的两倍；

Ø井点管数量与井距的确定

（2）单根井点管的最大出水量：

（3）井点管的最少根数：

（4）井点管的平均间距：

，其中L为总管长度；

注意事项：

Ø井点管间距不能过小，否则彼此干扰过大；

Ø在基坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密；

Ø实际采用的井距，还应与集水总管上的短接头间距相适应；

（5）抽水设备的选择：

真空泵，按总管长度选用；离心泵，按涌水量的大小选用；

（6）井点管的安装使用

Ø轻型井点的安装程序：

排总管→埋设井点管→弯管连接→安装抽水设备

Ø井点管的冲水法埋设程序：

吊直定位→边冲边沉（构造）→拔冲管，插井点管→填灌砂虑层→粘土封口（防漏气）；

Ø轻型井点使用时的注意事项：

宜连续抽水，否则易堵塞虑管，建筑屋沉降，地下水回升（边坡塌方）；

观察真空泵的真空度，对于漏气，采取措施；

检查井点管是否堵塞（正常管，则应冬暖夏凉）；

设置观察孔在影响半径内观察地下水位；

7）喷射井点降低地下水位

Ø适用情形：

降水深度超过6m，土层渗透系数为0.1~2.0m/d，降水深度可大20m；

Ø喷射井点的主要设备（见教材P31）；

Ø喷射井点的工作原理（见教材P31）；

Ø喷射井点的平面布置（见教材P31）；

8）深井井点降低地下水位

适用情形：

抽水量大、较深的砂类土，降水深度可达50米；

1.4土方机械化施工

常用的施工机械有：

推土机、铲运机、单斗挖土机、装载机等；

1.4.1常用土方施工机械的施工特点

推土机施工

按推土板分类：

钢丝绳操作、油压操作（升调推土板、转动推土板）；

使用范围：

场地清理、场地平整；破、松硬土；土方压实；

特点：

操作灵活、工作面小、行驶块；

提高生产率的作业方法：

Ø下坡推土——利用机械重力势能提高生产率；

Ø并列推土——减小土的散失；

Ø多刀送土——先集中堆积在A处，然后再推到B处；

Ø槽形推土——减少土的散失；

推土机的生产率计算

Ø小时生产率：

；

Ø推土机的台班生产率：

铲运机施工

构成：

牵引机械和土斗；

分类：

拖式和自行式，油压式和索式；

使用范围：

挖土、运土、平土和填土；

特点：

适合大面积土方工程，适合松土和普通土，适合含水率低的土质；

提高生产率的作业方法：

Ø合