水运工程施工第二章土石方开挖和填筑

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1、1第二章 土石方开挖和填筑22.1 土方工程n土石方开挖和填筑的基本类型土石方工程施工过程开挖、运输和填筑 水运工程施工过程中的土石方工程：场地整平、基坑和航道的开挖，码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等32.1.1 土石方开挖的基本方法n1）人工和半机械化开挖法n2）机械化开挖法n3）水力开挖法n4）爆破开挖法n土石方开挖的基本要求：具有稳定的边坡，良好的排水，尽量减少超挖和欠挖。42.1.2 机械化施工的特点n能完成独特的施工任务n能改善劳动条件n大幅度提高劳动生产率n机动灵活52.1.3 机械化施工的要求n需要有严密的科学的施工组织设计，充足的燃料，要有附属设备和维修设备、配件

2、供应，更需要有一定业务专长的技术干部和技术工人。n为了在整个施工过程中，各个作业、各道工序均衡协调，要有足够数量、种类及规格的机械设备，投资巨大。62.1.4 施工机械的合理选择和组合一、选择施工机械的原则：1、应与工程的具体实际相结合；2、应有较好的经济性；3、应能保证工程质量要求和施工安全；4、机械的合理组合：1）主导机械与配套机械配套 2）牵引车与配套机具组合 3）配合作业机械组合数尽量少 4）尽量选用系列产品，便于维修和管理72.1.5 机械施工组织方法n推土机施工法（适用于、土）n铲运机作业法（适用于、土）n挖掘机作业法（适用于级及级以下的土）8土、石土、石等级等级 土、石土、石类别

3、类别 土、石名称土、石名称 松土松土 砂类土、腐殖土、种植土、中密的粘性土砂类土、腐殖土、种植土、中密的粘性土及砂性土、松散的水分不大的粘土，含有及砂性土、松散的水分不大的粘土，含有30mm30mm以下的树根或灌木根的泥炭土以下的树根或灌木根的泥炭土 普通土普通土水分较大的粘土、密实的粘性土及砂性土、水分较大的粘土、密实的粘性土及砂性土、半干硬状态的黄土、含有半干硬状态的黄土、含有30mm30mm以上的树根以上的树根或灌木根的泥炭土、碎石类土（不包括块或灌木根的泥炭土、碎石类土（不包括块石土及漂石土）石土及漂石土）硬土硬土硬粘土、密实的硬黄土，含有较多的块石硬粘土、密实的硬黄土，含有较多的块石

4、土及漂石土：各种风化成土块的岩石土及漂石土：各种风化成土块的岩石土、石工程分级表土、石工程分级表(1(1)9土、石工程分级表(2)土、石土、石等级等级 土、石土、石类别类别 土、石名称土、石名称 软石软石各种松散岩石、盐岩、胶结不紧的砾岩、泥质各种松散岩石、盐岩、胶结不紧的砾岩、泥质页岩、砂岩、煤、较坚实的泥灰岩、块石土及页岩、砂岩、煤、较坚实的泥灰岩、块石土及漂石土、软的节理多的石灰岩漂石土、软的节理多的石灰岩次坚石次坚石硅质页岩、砂岩、白云岩、石灰岩、坚实的泥硅质页岩、砂岩、白云岩、石灰岩、坚实的泥灰岩、软玄武岩、片麻岩、正长岩、花岗岩灰岩、软玄武岩、片麻岩、正长岩、花岗岩坚石坚石硬玄武岩

5、、坚实的石灰岩、白云岩、大理岩、硬玄武岩、坚实的石灰岩、白云岩、大理岩、石英岩、闪长岩、粗粒花岗岩、正长岩石英岩、闪长岩、粗粒花岗岩、正长岩102.1.5.1 推土机施工法2022-12-8东南大学交通学院10211推土机施工法n这是一种近距离土方转移的施工方法，经济远距为5080m。填挖高度不大于2m。n特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。n作业方法：1、接力推土法 2、槽式推土法 3、并列推土法 4、下坡推土法12生产率计算n推土机作业生产率P(m3/h)为：n推土机的其他用途TKKqQYB60103212211ttvLLvLvLT坡度影响系数时间利用系数YBKK推土机一次推土体积q13提高

6、推土机生产率的途径n根据施工条件，因地制宜，提高机械施工人员的技术素质，具体说有：n1、缩短推土机作业的循环时间n2、提高时间利用系数n3、降低运送中土的漏损2022-12-8东南大学交通学院1021414拖式铲运机2.1.5.2 2.1.5.2 铲运机施工法铲运机施工法15铲运机施工法n铲运机是一种中距离大规模转移土方的机具。它可分为拖式和自行式两类。n特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。n经济远距：200 300米。开挖深度38m。16作业方法:1 1、一般铲土法、一般铲土法2 2、波浪铲土法、波浪铲土法3 3、跨铲法、跨铲法4 4、下坡铲土法、下坡铲土法5 5、顶推助铲法、顶推助铲法 环形

7、环形运行线路：运行线路：之字形之字形 8 8字形字形17生产率计算n铲运机的生产率计算（m3/h)nV铲斗几何容量/m3;nKh土壤充满系数;nKb时间利用系数;nKs土壤松散系数;nT每一工作循环时间/min6 0hbsVKKQTK18提高铲运机作业生产率的措施n1、加强施工组织管理和提高机械操作人员的技术素质；n2、对级以上的土或冻土应先预松，预松深度不宜超过2040cm；n清除铲土地段的树根、树桩、孤石等；n运行时减少180o大转弯的次数；n土的含水量适中。192.1.5.3 挖掘机施工法n挖掘机是一种专门的土方挖掘和装载机械，作业效率高，特别适用于土方工程量大、有一定作业面高度或深度的

8、工程。施工时必须配备运输机械。对运距较远的土方工程一般采用这种方法。n挖掘机的种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲。20正铲挖掘机的施工方法21n特点：前进向上，强制切土n施工方法：正向开挖 侧向开挖22反铲挖掘机的施工方法23n特点：后退向下，强制切土n施工方法：沟端开挖 沟侧开挖2022-12-8东南大学交通学院1022425抓铲挖掘机的施工方法n主要用于开挖独立的深基坑，依靠挖斗的自重下落的动能切入土中，然后用钢丝束往上拉升将土挖起装入斗内。n拉铲挖掘机的施工方法n拉铲施工时由钢束将铲斗甩向挖土区，靠铲斗自重的动能切入土中，然后用钢束往回拉将土装入斗内。通常将土直接卸在挖土区的附近。26抓铲27

9、 拉 铲28配套机械的数量的确定n通常要求汽车的装载量为挖掘机斗容量的34倍为宜。同时挖掘机不停地工作。n汽车数量 N=t1/t2(取整数）nt1：汽车一个工作循环时间；nt2：挖掘机装满一车土所需时间。29生产率计算n单斗挖掘机的生产率主要取决于铲斗的容量、工作循环时间、被挖土的级别和时间利用系数等。生产率Q按下式计算：nQ：挖掘机的生产率，m3/hhbsKQqnKK30提高挖掘机生产率的措施n精心设计施工组织：创造工作面，装运双放法，事先拟好运土车辆的行驶路线，减少重车路线上的上坡道。n提高驾驶员的技术熟练程度；n要经常检查挖掘机的技术状况，铲斗斗齿的锋利程度。312.1.6 土方填筑n土

10、方填筑工程均要求达到一定的密实度，以满足不同工程对稳定、防渗和沉降的要求。n水运工程中的土方填筑工程内容：主要有：码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等。322.1.6.1 机械化施工的机械组合类型n1、推土机+压实机械n2、铲运机+压实机械n3、挖掘机+运料卡车+推土机+平地机+压实机械332.1.6.2 土方填筑的主要施工工序n选择料场WL、IP、CBR值n基础处理清除杂草、树根、软基处理、横坡度处理。n填筑自然堆填 水平分层铺土、分层压实。n碾压是一道关键工序，它使填料达到 要求的密实度。342.1.6.3 压实机械的种类 1静力压路机：光面压路机 羊角碾 轮胎压路机 2振动压路

11、机：自行式 拖式 3夯实机 35三三轮轮压压路路机机36自行式振动压路机37自行式振动压路机38羊角碾39羊角碾40凹凸压路机41轮胎压路机422.1.6.4 压实原理n压实是指通过施加外力，增大某种材料的密度的方法。n在不同的外力作用下，其压实原理可简化为静压、冲击和振动三种作用加以说明：n静压作用n冲击作用n振动作用432.1.6.5 填方密实的方法n1、机械力作用方法n2、水力作用方法用于砂性土n3、爆炸力作用方法用于水下基础夯实44毫秒-爆夯4546n机械力作用压实方法可分为：n静力压路机压实n夯实机夯实n振动压路机压实n施工方法：平整作业面，铺垫填料，碾压，检查密实度或压实度47强夯

12、法加固地基48强夯492.1.6.6 影响填料压实的因素n填料的级配，要求填料的不均匀系数应大于5n填料的透水性,透水性大的填料易压实n填料的含水量，填料在最佳含水量时，压实阻力最小，最易压实n压实机械,不同的填料应选用不同类型的压实机械.n压实功，当压实机械碾压在土体中产生的剪应力小土体承载力时，压实功越大，压实效果越好。n压实机械的行驶速度、遍数和填土层厚度50击实曲线含水量含水量w,%w00干密度，干密度，g/cm3max512.1.6.7 填料压实质量的检查方法n细粒土：可采用环刀法、核子密度仪法。n中粒土和粗粒土：采用灌砂法。n当填料是石料时，可用碾压法。52532.1.7 土方工程

13、量的计算和调运n基坑的土方量计算 20146FFFHV 54沟槽的土方量（1）niiVVFFFLV12011146总土方量总土方量F2L1F1F055沟槽的土方量（2）n横断面法n绘横断面图尽可能与等高线垂直n计算横断面面积，根据地形变化确定断面间距Ln计算土方量iiiiLFFV 221iVV56绘横断面图A，AAA，57大面积土方填挖方格网法n1.划分方格网，一般采用20 20m或4040m，每个方格右角的上、下分别是设计地面标高和自然地面标高，其差值为该点的填、挖高度。45.01(地面标高）44.01(设计标高）43.6143.7143.8143.4143.5143.11582.零点位置计

14、算图h1h2h3h4零界线X4X3X2X1挖填零界点零界点h2h1h3h4填挖填挖X1X2X3X4a59计算零点位置ahhhxahhhx 21222111,ahhhxahhhx 43444333,60例题1432124hhhhaVaah1h2h3h461h1aah2h3h4零线三挖一填（或三三挖一填（或三填一挖）方格填一挖）方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例题2234412346a hVhhhh2123441 2 3226ahhhhVV62aah2h4零线一挖一填方格填方部分土方量：挖方部分土方量：例题3246a hV 226a hV 6364653.计算挖、填土方量n4.编挖、填土方时汇

15、总表方格编号挖方(m3)填方(m3)123合 计664.调配平衡n土方调配平衡的目的使土方运输的吨公里为最小。n土方调配平衡的基本原则：n1、挖、填方量基本达到平衡n2、土方运输的吨公里尽可能为最小n3、好土应用于回填质量要求较高的地区n4、结合其他建筑物的施工，或开挖其土方或留土作为其回填。n5、选择恰当的调配方向、运输路线、运输机具，使土方运输通畅，无对流和乱流现象。67土方调配示意图+400+410+380+450+500+390+280-200-300-390-290-290-400-250-270黄色填方区2390弃方420绿色挖方区2810682.2 爆破施工n爆破是开挖石方的主要

16、手段,也是一项危险性较大的工作，如处置不当极易造成巨大的危害。施工中必须严格操作规程，确保施工安全。69一、爆破的基本原理n爆破就是利用炸药爆破瞬间产生的热量和高压来破碎和抛掷岩石。n药包放置在岩石内部或表面，准备进行爆破的一定数量的炸药。n药包在无限均匀的介质内部爆炸时产生的静压力和冲击波对周围介质产生的破坏和震动作用可用作用圈来描述70爆破作用圈71作用圈内岩石的受力情况n压缩圈内的岩石受到极大的爆炸力而粉碎n抛掷圈内的岩石受到较大的爆炸力而被压碎成小块，当存在自由的临空面时，压碎的石块会被抛掷出去。n松动圈内的岩石受到的爆炸力较小，只是使岩体出现破碎、裂缝和松动现象。n震动圈内的岩石只受

17、到震动影响，无破坏现象。72最小抵抗线Wn在介质均匀时，爆破作用首先沿药包至临空面的最短距离发生，该距离称为最小抵抗线W。n不同的W会出现不同的爆破情况。73药包埋置深度不同时的爆破情况74爆破漏斗n爆破漏斗指抛掷爆破表面形成的漏斗状的爆破坑。n爆破作用指数n用来反映爆破漏斗形状的参数。n=r/wn通常可以根据n值的大小对爆破和药包进行分类。75爆破的分类nn=1，称为标准抛掷爆破（药包）nn1，称为加强抛掷爆破（药包）n0.75 n1，称为减弱抛掷爆破（药包）n0.33n0.75，称为松动爆破（药包）nn1，且W1m时n当n1，且W2.5m时eWqQ3eWqnQ336.04.05.26.04

18、.033WeWqnQ79三、炸药和起爆材料（简）n1、常见的主爆炸药n黑色炸药：威力小，水中不能用。n硝铵炸药：威力中，用于中等硬度以下的岩石爆破。nTNT炸药：威力大，用于坚硬的岩石和水下工程爆破。n胶质炸药：一般用作炸药的原料。80n2、起爆材料和起爆方法n1）起爆材料：导火线、雷管、传爆线n2）起爆方法：n 火花起爆法：使用要注意安全n 电气起爆法：使用较安全n 传爆线起爆法：速度快，起爆能大，成本高n 爆管起爆法：安全可靠，防水，可实现网络 群起爆81四、爆破施工的一般工序n爆破施工的一般工序有选择炮位、钻孔、装炸药、封堵、起爆、爆炸后的检查及拒爆药包的处理、运输出碴等。n现将主要工序

19、介绍如下82（一）钻孔n1、冲击式钻孔法：通常用压缩空气为动力，能量消耗大，效率低，适用于在较坚固岩石中钻孔。n2、回转式钻孔法：适用于相对不坚固的岩石（如砂页岩、砂岩和石灰岩等）中钻孔。n3、冲击回转式钻孔法：适用于坚固和中上等坚固岩石。83浅孔与深孔n浅孔孔深小于5m；钻孔设备主要有 电钻和风钻两种钻机。n深孔孔深大于5m；钻凿采用冲击式钻机、回转式钻机和潜孔凿岩机。n水上钻孔采用专用钻孔船，钻机一般用潜孔钻机 84（二）基本的爆破方法n1.裸露药包法：主要用于炸礁、炸孤石和大块石的二次爆破n用药量：用于破碎时：0.61.0kg/m3n用于抛掷时：1.02.0kg/m3n药包宜放于礁石或孤

20、石的中部有凹槽或裂缝处礁石孤石药包药包草皮石块绳索水面 裸露药包2022-12-8东南大学交通学院10286孤石药包草皮抛掷方向水面 裸露药包872.浅孔爆破法n该法炮孔直径2550mm、孔深0.55.0mn用途：开挖基槽、沟槽、开创临空面等n1）炮眼布置：应有较大的临空面；W3倍洞高。n用途：松碎或抛掷大量土石方。n特点：装药量大，爆破量大。99峒室爆破示意图1006.其他爆破方法（简）n静态爆破法n光面爆破法是沿设计边线钻一排孔距较密孔而平行的边线孔。爆炸顺序：先正常孔后边线孔，时间间隔2550msn定向爆破使爆破物更集中、准确地沿W方向抛掷的爆破。主要用于斜坡地的移挖作填和水平地面的开挖沟渠。2022-12-8东南大学交通学院102101光面爆破光面爆破102定向爆破示意图定向爆破示意图