土木工程施工习题.docx

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土木工程施工习题

1．按以下图计算基坑的挖方量

    解：

由拟柱体公式得：

上口面积

上口面积

   坑底面积

   中间截面积

代入上列基坑挖方量计算公式得：

或用公式

例：

某基坑工程土质为粘质粉土，土的有效摩擦角φ=30°，地下水位接近地外表，土的饱和重度γ=18kN/m3，基坑开挖深度9m，基坑顶部超载q=10kN/m2。

试计算基坑平安开挖要求的支护墙深度、最大弯矩和水平支撑力。

【解】设桩插入基坑底面以下的深度为10m，那么

   主动土压力系数

  被动土压力系数：

   超载引起的当量墙高：

于是得到   设计开挖深度：

           计算开挖深度：

           假设插入深度：

   把支护墙的特征位置分别定为a、b、c、e。

那么：

   a点土压力   

   b点土压力   

   c点土压力   

   净土压力：

   确定零弯矩位置：

   等值梁跨度：

   e点土压力：

净土压力：

   于是得到净压力图如下图。

   跨度L的总荷载

   最大弯矩      

绕拉杆计算力矩  

   故零弯矩处剪力

   那么板桩的实际插入总深度：

算例简图

   于是桩总长度为9+9.6=18.6m（19m），与假设一样。

墙身单位长度的锚座拉力。

   于是桩总长度为9+9.6=18.6m（19m），与假设一样。

墙身单位长度的锚座拉力

例1、试确定适用于基坑〔槽〕的轻型井点系统的平面布置

提示：

井点系统的平面布置主要考虑坑槽的几何形状，各种布置形式的降水坡度以及挖土施工等因素。

解：

根据基坑〔槽〕形状，轻型井点可采用单排布置〔图a〕、双排布置〔图1b〕、环形布置〔图c〕、当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置〔图d〕。

单排布置适用于基坑、槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m的情况，井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度〔图a〕。

双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。

环形布置适用于大面积基坑，如采用U形布置，那么井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向,U形布置对挖土设备的开行较为有利。

例2、某车间地下室平面尺寸见图2-16a，坑底标高为-4.5m，根据地质钻探资料，自然地面至-2.5m为亚黏土层，渗透系数K=0.5m/d，-2.5m以下均为粉砂层，渗透系数K-4m/d，含水层深度不明，为了防止开挖基坑时发生流砂现象，故采用轻型井点降低地下水位的施工方案。

为了使邻近建筑物不受影响，每边放坡宽度不应大于2m，试根据施工方案，进展井点系统的平面及高程布置。

解：

2.1井点系统的平面布置〔见图a〕

根据基坑平面尺寸，井点采用环形布置，井管距基坑边缘取1m，总管长度

L=[（66+2）+（20+2）]X2=180（m）

2.2井点系统的高程布置〔见图b〕

采用一级轻型井点管，其埋深〔即滤管上口至总管埋设面的距离〕h

h≥h1+△h+iL=4.2+0.5+0.1X11=5.8m（长度）

井点管布置时，通常露出总管埋设面0.2m，所以，井点管长度

l=5.8+0.2=6m

滤管长度可选用1m。

例3、某工程基坑开挖的平面尺寸为长40m，宽18m，坑底标高为-6.0m，自然地面标高为±0.00，地势平坦，地下水位为-2.5m。

根据地质钻探资料查明，地面下-2.5m为不透水黏土层，-2.5~-9.0m为细砂层。

-9.0m以下为砂岩不透水层，所以含水层厚度为6.5m，细砂层渗透系数K=6m/d，基坑开挖边坡1:

0.25，试求：

1、拟定降低地下水方案；

2、作出降水系统的竖向布置；

提示：

根据条件，含水层最大厚度为6.5m，其下均为不透水层，可采用承压轻型井点管降水方案。

中选用的井管长度较短时，可将总管埋于自然地面之下，但应位于地下水位的上面。

解：

基坑降水面积较大，宜采用环形井管布置，按照承压完整井点的要求，将滤管埋至不透水层，假设采用一级轻型井点系统，井点管长度取6m，滤管长1.2m，井管与总管接头高出地面0.2m，其井点管最大埋深HA=5.8m，再加滤管共长7m，所以必须从地面以下算起，向下挖深2m排放总管，井点系统的竖向布置图见图。

例4、计算例3所示承压完整井的涌水量

解：

根据承压完整井环形井点系统涌水量计算公式

及含水层厚度M=6.5m。

降水深s=6-2.5+0.5=4m

抽水影响半径：

基坑假想半径：

将以上数值代入公式，其涌水量为：

例1：

混凝土墩式台座如下图。

台面宽为2.1m，台面采用C15混凝土，厚度80mm，靠近台墩局部加厚。

台面每m宽的抵抗能力为300kN，台座承受500kN水平拉力，其力高出台面125mm，地基为亚粘土，混凝土与土的摩阻系数μ=0.3，混凝土容重为24kN/m3，试进展台座的稳定性验算。

抗倾覆计算简图

解：

抗倾覆验算时，设台墩绕O点倾覆，因台墩埋深不大，且当气温变化土质干缩时，土与墩台别离，考虑到土与台墩的变形协调，当台墩变形甚小时，土的变形亦甚小，故土压力可忽略不计。

抗倾覆力矩仅为台墩自重对O点的力矩。

忽略牛腿局部重力，台墩重力为：

（1）抗倾覆验算：

台墩重力为：

平衡力矩：

倾覆力矩：

抗倾覆系数K1为：

（2）抗滑移验算：

台面抵抗力：

摩阻力：

总的抗滑移力：

抗滑移系数K2为：

其稳定性满足要求。

例1某预应力混凝土屋架长24m，下弦构造如所示，孔道长23800mm。

直径为25mm的冷拉III级钢筋，制作时采用应力控制法，实测冷拉率为4.2%，冷拉弹性回缩率为0.4%。

两端采用螺丝端杆锚具。

求预应力筋的下料长度。

层架下弦截面

解：

预应力下料长度计算

预应力筋的成品长度：

预应力筋的钢筋局部的成品长度L0；

今现场钢筋长7m左右，因此需要用4根钢筋对焊接长，加上两端焊螺丝端杆，共计对焊接头数为5个，每个对焊接头压缩长度l0取为30mm，那么钢筋下料长度L为：

例2某21m后X法预应力屋架，其下弦孔道长为20800mm，预应钢筋为Фl25，实测冷拉率为4%，弹性回缩率0.4%。

每根预应力筋均用3根钢筋对焊而成，试计算：

一端采用螺丝端杆，另一端为绑条锚具时，预应力的下料长度。

绑条长50mm，垫片15mm。

解：

现场焊接点为2个，加1个螺丝端杆，1个绑条焊头，共4个接头，l0取30mm。

即钢筋下料长度为20.07m。

例3：

如以下图采用两台千斤顶实施两端X拉，X拉控制应力scon=380N/mm2，采用

0→1.03sconX拉程序混凝土强度等级为C40。

确定X拉顺序，计算分批X拉力。

：

第一批X拉应力损失为28.97MPa。

层架下弦截面

解：

〔1〕X拉顺序

采用分批对称X拉，按题图上标示的为①组和②组，X拉顺序为①→②→①

因为钢筋长为24m，采取两台千斤顶实施两端X拉。

〔2〕预应力筋分批X拉力的计算

①预应力筋分批X拉力的计算

第一批预应力筋X拉控制应力

：

此预应力筋的X拉力：

第二批预应力筋X拉控制应力

：

此预应力筋的X拉力

：

②X拉伸长值计算〔检查校核用〕

第一批预应力筋X拉伸长值

：

第二批预应力筋X拉伸长值

：

例1、现有冷拉设备为50kN的慢速卷扬机，卷筒直径为400mm，转速为8.7r/min。

用六门青铜轴套的滑轮组，工作线数为13。

实测得设备阻力为10kN。

采用控制应力法冷拉II级直径为32mm的钢筋，验算现有设备能力是否满足要求。

解滑轮组省力系数

；

设备冷拉能力

；

查表6-1得钢筋冷拉的冷拉控制应力为430N/mm2；

钢筋冷拉力

〔<510kN，可以〕；

例1定型组合钢模板块强度与钢度验算

组合钢模板块P3012，宽300mm，长1200mm，钢板厚2.5mm，钢模板两端支承在钢楞上，用作浇筑220mm厚的钢筋混凝土楼板，验算模板块的强度与刚度。

[解]

1、计算简图

如以下图所示。

根据?

混凝土构造工程施工及验收标准?

〔GB50204—92〕的规定，应按图中两种荷载情况计算弯矩，取较大者进展验算。

钢模板块计算简图

2、强度验算

（1）荷载计算

进展强度验算时，各类荷载首先应乘以分项系数，其中恒荷载乘1.2，活荷载乘以1.4。

由于是冷弯薄壁型钢构造，故调整系数仍为1.0。

各项荷载值如下：

钢模板自重〔按340N/m2计〕：

1.2×340=408N/m2

220mm厚新浇混凝土自重：

1.2×24000×0.22=6336N/m2

钢筋自重：

1.2×1100×0.22=290N/m2

施工荷载：

1.4×2500=3500N/m2

总计10534N/m2

板宽300mm，那么q1=0.3×10534=3160N/m

q2=0.3×（10534-3500）=0.3×7034=2110N/m

P=3500×0.3=1050N/m

（2）强度验算

施工荷载为均布荷载：

施工荷载为集中荷载：

由于M2>M1故应用M2验算强度。

查?

组合钢模板技术标准?

（GBJ214-89）附录三中附表3.1得钢模板P3012净截面抵抗矩。

强度满足要求。

3．扰度验算

（1）荷载计算

验算挠度应只采用恒荷载的标准荷载，其各项荷载值如下：

钢模板自重：

340N/m2

220mm厚混凝土自重：

24000×0.22=5280N/m2

钢筋自重：

1100×0.22=242N/m2

总计5862N/m2

板宽300mm，q=0.3×5862=1758.6N/m=1.7586N/mm

（2）挠度验算

查?

组合钢模板技术标准?

（GBJ214-89）附录三中附表3.1得：

查表5-3-7其容许挠度为1.5mm，故挠度满足要求。

例2：

用组合钢模板组装墙模板，墙厚200mm，墙高H=2.9m，施工气温为T=15C°，掺具有缓凝作用的外加剂，β1=1.2，混凝土坍落度50~90mm，β2=1.0，用容量大于0.8m3吊斗浇筑，混凝土浇筑速度为V=1m/h。

其中次钢楞间距b=750mm，主钢楞间距l=750mm，穿墙螺栓水平间距L=1500mm，大、小钢楞均选用2[100×50×3.0冷弯槽钢，试验算次钢楞、主钢楞的抗弯强度与挠度。

[解]

一、次钢楞验算

（一）强度验算

1．计算简图

根据尺寸布置，次钢楞为三跨连续梁，两端有小悬臂（悬臂端弯矩很小），在施工过程中最不利的情况侧压力不是均匀分布，因此可简化为简支梁计算（见上图）。

2．荷载计算

根据表5-3-4，当墙厚大于100mm时，强度验算仅考虑新浇混凝土侧压力与倾倒混凝土时产生的荷载。

（1）新浇混凝土的侧压力（

）

：

那么

=0.22×24×6.67×1.2×1.0×1=42.26kN/m2

取侧压力标准值

，并乘以分项系数1.2。

所以

（2）倾倒混凝土产生的侧压力（

）

当采用容量大于0.8m3吊斗浇筑时，查表5-3-2，得6kN/m2，并乘以活荷载分项系数1.4。

所以

（3）侧压力合计

（

）

（4）次钢楞所承受的均布荷载（q）

3．强度验算

2[100×50×3.0冷弯槽钢

强度满足要求。

（二）挠度验算

验算挠度时，所采用的荷载，查表得知仅采用新浇混凝土侧压力的标准荷载（F）。

所以

钢楞容许挠度按表。

挠度满足要求。

二、主钢楞验算

（一）强度验算

1．计算简图

2．荷载计算

P为次钢楞支座最大反力（当次钢楞为连续梁端已含反力为

、中跨反力为0.5ql，所以，0.6+0.5）。

3．强度验算

强度不够，为此应采取以下措施之一：

（1）加大钢楞断面，再进展验算；

（2）增加穿墙螺栓，在每个主次钢楞交点处均设穿墙螺栓，那么主钢楞可不必再验算。

例3：

混凝土对模板的侧压力为F=30kN/m2，对拉螺栓间距，纵向、横向均为0.9m，选用M16穿墙螺栓，试验算穿墙螺栓强度是否满足要求。

[解]

满足要求。

对拉螺栓力学性能表

螺栓直径（mm）

螺纹内径（mm）

净面积（mm2）

重量（kg/m）

容许拉力（N）

M12

M14

M16

9.85

11.55

13.55

76

105

144

0.89

1.21

1.58

12900

17800

24500

M18

M20

M22

14.93

16.93

18.93

174

225

282

2.00

2.46

2.98

29600

38200

47900