1、第一章 土石方工程,第一节 土石的分类 第二节 土方工程 第三节 爆破工程,第一节 土石的分类,一、土石的分类土石的分类方法很 多，在土石方开挖工程 施工中，通常以开挖的 难易程度来分类：,第一节 石的分类,二、土石的工程性质对施工影响较大的土石工程性质包括： 1.容重：与土壤的密实程度有关。 2.含水率：对工程地基的施工、土方的开挖与填筑、土方的密实有直接影响。 3.可松性系数：表示原状土经开挖后，其体积因松散而有所增加，虽经振实，仍然不能恢复原体积的大小。 4.内摩擦角和内聚力c：它们是土的两个重要力学指标，其大小随土的性质、粒径大小和含水量而定。前者是由于颗粒间的相互位移而产生的，后者则
2、表示颗粒间的凝聚能力。,第二节 土方工程,土方工程包括开挖、运输和填筑等三个最基本的施工过程。在组织工程施工 时，要特别注意三者的关系，进行调配平衡，以达到提高工效、减少运量、缩短 运距，降低工程造价的目的。 一、土方开挖 1.土方开挖的方法土方开挖的方法很多，常用的有：机械开挖、水力开挖、爆破开挖等。 2.土方开挖中常用的挖掘机械掘土机、铲运机、推土机和装载机等。 1）掘土机掘土机械有多斗式和单斗式两类。多斗式掘土机属于连续式挖土机，适用于 挖掘软土，工作效率高；单斗式挖掘机属于循环式挖土机，开挖硬土、效率低。,第二节 土方工程,（1）多斗式挖土机,第二节 土方工程,（2）单斗式挖土机反向铲
3、挖土机,第二节 土方工程,（2）单斗式挖土机反向铲挖土机,第二节 土方工程,正向铲挖土机,第二节 土方工程,抓斗式挖土机,第二节 土方工程,2）铲运机,自行式铲运机的经济运 距：800米3500米； 拖带式（拖拉机牵引）： 200300米。,第二节 土方工程,3）推土机,推土机的经济运距：60米100米。,第二节 土方工程,4）装载机,斗容量：23立方米；主要用于挖掘中小型沟槽、基坑和小型土方回填作业。,第二节 土方工程,3.挖掘机生产效率及数量的确定 1）反向铲挖土机数量的确定 （1）反向铲挖掘机的生产效率理论生产率可按下式计算：式中：q为土斗标准几何容积；KS为土壤可松性系数，具体取值见下
4、表；KH为土斗充盈系数，视挖土机械而定，一般为0.81.0；n为每分钟循环工作次数，按下式计算：,第二节 土方工程,式中： 分别为挖土、重车回转、卸土、空车回转的时间；KSC土壤级别修正系数，通常取1.11.2；相对转角系数，转角为90 度时取1，转角为100135度时取1.081.37。实际生产率按下式计算：式中：KB为时间利用系数，一般取0.70.9；Kt为考虑与运输工具联合作业时， 相互配合可能延误所产生的时间系数，有运输工具配合取0.9，无运输工具配合 时取1.0。,第二节 土方工程,（2）反向铲挖土机数量的确定根据总工程量Q、总工期内的有效工日T和每天工作小时数t，可计算所要求 的开
5、挖强度：p=Q/(Tt)由此，可算出所需的挖土机数量M为：M=p/P。 2）推土机的生产率计算 （1）推土机铲挖土料并运送时实用生产率P(m3/天): 式中:KB为时间利用系数;T为一个工作循环所需时间平均值(s);Ka为可松性系数；V为推土机每个周期推送的土方量。 （2）推土机平整场地实用生产率P(m3/天): 式中：L为工作段长度(m)；为推土刀的工作角度；b为相邻两次平整的重迭宽 度，一般取0.20.5米；n为推土机工作时通过同一地点的次数，一般取12。,第二节 土方工程,二、土方运输 1.汽车运输采用自卸汽车配合挖土机挖土时，可根据挖土机的斗容量初步确定车辆载重 量，要满足挖运机械配套
6、的工艺要求，自卸汽车比较合理的装车斗数为35；另 外，还要考虑运距长短的影响。运输车辆的数量应满足挖土机正常连续工作的需要，即： 式中：Pn为一辆车的生产率；Pc为一台挖土机的生产率，n为车辆数。一辆车的生产率为： 式中：q为一次运输量；T为台班可利用小时数；KB为时间利用系数；t为完成一 次循环所需的时间(min)。 2.带式运输,第二节 土方工程,带式运输机械的生产效率(m3/h)可按下式计算：,式中：K为带形系数，对平面带取200，对槽形带取400；B为带宽(m)；V为带的 运行速度(m/s)；Ka为各种影响的综合系数，包括时间利用系数、带的充盈系数 、土料粒径系数和倾角影响系数等。,第
7、二节 土方工程,三、土方填筑水运工程中的土方填筑工程，包括围堰或挡水坝的填筑、基坑的回填、码头 或船闸墙后的回填、路基填土、广场填筑等。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。 1.土料选择 1）广场和路基填土可采用砂土，因为它的排水性能良好，填筑后沉降很快得到稳定，压实工作 量少。 2）渠道填土可选用壤土或砂壤土，因为它比粘土易施工，防渗性比砂土好。 3）土坝心墙可选用粘性土，防渗性能好。,第二节 土方工程,2.土料的填筑方法 1）填方不加任何压实措施、任其沉降 2）水平分层铺土、逐层压实 3.填方的密实方法及其参数确定 1）影响土壤密实的主要因素 土壤种类
8、 土壤含水率 土料颗粒级配 施工过程(铺土厚度,碾压力大小,碾压遍数等) 2）填方的密实方法按作用原理可分为机械力、水力和爆炸力作用三种。,最优含水率：18%24%。,第二节 土方工程,（1）机械力密实法 碾压密实法碾压工具,碾压参数 单位压力：采用土壤极限压力的80%至90%。 碾压遍数：羊足碾6至12遍；气胎碾4至8遍。 铺土厚度：18厘米至30厘米。,第二节 土方工程,土方夯实法夯实机具,第二节 土方工程,夯实参数 单位面积冲量I：取极限单位面积冲量的0.8至0.9倍。 夯实厚度：与单位面积冲量和夯板底面宽度有关。 夯实遍数：单位面积冲量越大，夯实遍数越少。,图中：1粘性土，2非粘性土,
9、第二节 土方工程,2）水力密实法利用水的渗流排除土壤颗粒间的空气，并带动土粒下沉，使土粒重新组合，达到密实土壤的效果。 3）爆炸密实法爆炸产生挤压及其震动力时土壤液化达到密实效果 。,第三节 爆破工程,一、爆破的基本原理 1.爆破作用原理炸药在一定的起爆能作用下，在瞬间产生强烈的冲击波和高热气体，冲击波 作用于周围介质，使介质产生应力波，当应力波的压应力或拉应力超过介质的抗 拉或抗压极限强度时，介质破碎，产生径向裂缝，高压气体膨胀挤压介质，扩大 裂缝，使介质破碎。冲击波以药包中心为球心，通过介质逐步向四周扩展，距离越远，冲击压力 越小，直至全部消失。根据冲击波的影响范围大小， 通常分为四圈：压
10、缩圈（粉碎圈） 破碎圈松动圈 震动圈,第三节 爆破工程,当爆破作用受到临空面的影响，冲击波越过临空面时产生反射，形成拉力波， 当拉力波大于介质的抗拉强度时，便产生弧状裂缝，使介质破碎。 2.爆破漏斗 1）爆破漏斗的概念 2）爆破漏斗的几何特征参数 最小抵抗线W 爆破漏斗上口半径r 爆破作用指数n 3）爆破的类型根据爆破作用指数可将爆破分为五种类型，即： 标准抛掷爆破(n=1) 加强抛掷爆破(n1),第三节 爆破工程,减弱抛掷爆破(0.75n1) 松动抛掷爆破(0.33n0.75） 隐蔽式爆破（压缩爆破、内部 爆破）(n0.33) 二、钻孔机具与爆破器材 爆破工程施工过程：钻孔、装药、封堵、起爆
11、、检查及拒暴处理、出渣。 1.钻孔机具 1）冲击式钻机:借助偏心机构完成上提下冲、达到冲碎岩石目的。 2）回转式钻机:利用钻头旋转切削作用切割岩石成孔。 3）潜孔钻：潜孔钻钻孔既有冲击又有回转。,第三节 爆破工程,2.炸药与起爆器材 1）炸药的基本性能 威力：表示炸药粉碎介质的能力。 敏感度：在外部能量作用下引起爆炸的难易程度。 殉爆距离：药包爆炸引起相邻药包爆炸的最大距离。 安定性：炸药在长期贮存中，保持自身性质稳定不变的能力。 氧平衡：炸药自身含氧量与氧化反应需氧量的度量指标。零氧平衡：含氧量 等于炸药完全氧化需要的氧量，生成无毒的CO2和H2O；正氧平衡：含氧量大于 需氧量，生成有毒的N
12、O2；负氧平衡：含氧量小于需氧量，生成有毒的CO。 2）常用的工程炸药 常用的主爆炸药硝铵炸药：适用于地下工程爆破；TNT炸药：适用于爆破坚硬岩石和水下工程；胶质炸药：适用于水下工程。,第三节 爆破工程,常用的起爆炸药雷汞：敏感度较高，用于制作雷管；迭氮铅Pb(N3)2：敏感度低于雷汞，暴力强，用于制作雷管；二硝基重氮酚(DDNP)：敏感度低，起爆性好，用于制作雷管。 起爆器材导火索：正常燃烧速度为1cm/s，起爆雷管、黑火药制成；雷管：火雷管、电雷管(即发、延发、毫秒微差三种)；传爆线：用来起爆药包，必须用雷管引爆。导爆管：是一根塑料软管，内壁涂有薄层高能混合炸药，用于非电引爆系统。 3.起
13、爆方法 1）非电起爆火花起爆、传爆线起爆、导爆管。,第三节 爆破工程,2）电气起爆采用直流电和交流电，电流、电阻有一定的要求，适于远距离操作，可串联、 并联、混合。,三、药包种类及药包量计算 1.药包种类（按药包形状分） 1）集中药包：L/a4 2）延长药包：L/a4,L/a为药包的最长边与最短边之比。,第三节 爆破工程,2.药包量计算 1）影响药包量的因素岩石性质，炸药和雷管种类，临空面数目，药室大小及堵塞情况，爆破方法， 孔眼深度等。 2）药包量计算公式 单个集中药包 Q=qW3f(n)e标准抛掷爆破: f(n)=1加强抛掷爆破: f(n)=0.4+0.6n3减弱抛掷爆破: f(n)=(4
14、+3n)/7)3松动抛掷爆破: f(n)=0.33 式中：q标准炸药单位消耗量；w最小抵抗线长度；n爆破作用系数； e炸药换算系数；取值见下表。,第三节 爆破工程,第三节 爆破工程,与临空面垂直的延长药包 与临空面平行的延长药包两个临空面的药包量四、爆破的基本方法 1.裸露爆破法用于炸礁等阻航物体，耗药量比钻孔爆破多1015倍。 2.孔眼爆破法 1）类型 浅孔爆破：孔径小于75毫米、孔深小于5米。 深孔爆破：孔径大于75毫米、孔深大于5米。,第三节 爆破工程,2）炮孔布置 布置原则宜使爆破的最小抵抗线方向不与炮孔轴线相重合；宜使炮孔与岩石层面和节理面正交，不宜穿过与地面贯穿的裂缝；充分利用临空
15、面或创造更多的临空面。 孔眼布置参数选择计算抵抗线长度：式中：Kw岩石性质影响系数，通常取1530，岩性越软取值越大；d炮孔直径，浅孔以m计，深孔以mm计；D岩石坚硬影响系数，一般取0.460.56。阶梯高度系数，取值见下表。,第三节 爆破工程,阶梯高度H：浅孔： 式中：KH为防止爆破顶面逸出的系数，取1.22.0。深孔：深孔爆破的阶梯高度主要根据总挖深、地层岩石情况等因素综合确定。 炮孔深度L：,式中：KL岩石性质对孔深的影响系数，通常取0.71.15，越坚硬取值越大。,第三节 爆破工程,炮孔间距:,炮孔排距（双排三角形、多排梅花形）：,炮孔最小堵塞长度：,孔眼爆破的药量计算,式中：Ka起爆方式对孔距的影响系数，火花起爆取1.01.5，电气起爆取1.22.0。,无论浅孔或深孔，只有保证足够的堵塞长度，防止爆破气体逸出，才有利 于提高爆破效果。,
