中建三局大型深基坑支护结构和施工新技术ppt课件.ppt

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1、大型深基坑支护结构和施工新技术,中建三局建设工程股份有限公司2013.07.15,2,1我国基坑工程的发展概况2基坑工程的新型支护结构3深基坑工程施工新设备和新工艺4逆作法和利用“时空效应”的开挖技术5结语,3,1 我国基坑工程的发展概况,上一世纪九十年代以来我国基坑工程技术长足发展。,基坑工程技术的发展历程,第一阶段：上一世纪80年代末到90年代末，,研究、探索阶段；,第二阶段：新世纪初的十多年，,发展阶段。,4,基坑工程技术的发展历程,两个阶段的标志,第一阶段：2000年前后基坑工程的国家行业标准,和地方标准的颁布；,第二阶段：2009年建筑基坑工程监测技术规范,（GB50497）的颁布、

2、一批相关的规范,全面修订。,1 我国基坑工程的发展概况,5,基坑工程设计理念的改变,早期：设计往往以满足地下工程施工为主。,或以经验为主；或以理论为主。,现今：满足环境保护已成为设计施工的基本出发点。,理论和经验相结合。,1 我国基坑工程的发展概况,基坑工程技术的发展历程,6,基坑设计方法,极限平衡法,（卜鲁姆法、盾恩法、相当梁法等 ）；,弹性支点法,（解决变形分析问题）；,有限元法,（平面、空间；土体与结构共同作用；,考虑土的弹塑性等 ）,1 我国基坑工程的发展概况,基坑工程技术的发展历程,7,对基坑稳定性的认识,基坑事故主要是岩土类型的破坏形式。,整体滑动稳定性、抗隆起稳定性等在软土中,尤

3、其重视。,1 我国基坑工程的发展概况,基坑工程技术的发展历程,8,放坡,重力式水泥土墙,土钉墙,常用的基坑支护结构土体加固类放坡、土钉墙、重力式水泥土墙等。,2 基坑工程的新型支护结构,9,钢板桩,地下连续墙,灌注桩排桩,型钢水泥土搅拌墙,常用的基坑支护结构支挡、拉锚式围护墙：排桩、地下连续墙；支锚体系：拉锚式，内支撑。围护墙：,2 基坑工程的新型支护结构,10,常用的基坑支护结构,支挡、锚拉式围护墙：排桩、地下连续墙；,支锚体系：拉锚式，内支撑。,支锚体系：内支撑,钢支撑,混凝土支撑,2 基坑工程的新型支护结构,常用的基坑支护结构,支挡、拉锚式围护墙：排桩、地下连续墙；,支锚体系：拉锚式，内

4、支撑。,支锚体系：拉锚和锚杆,锚定式拉锚,土层锚杆,2 基坑工程的新型支护结构,12,2.1 复合土钉墙,土钉支护结构的优点,施工方便、设备简单、经济效益显著等。,土钉支护结构的主要问题,适用有一定限制，仅适用于非软土场地。软土地区：稳定性。,2 基坑工程的新型支护结构,13,整体失稳,坑底隆起,过大变形,土钉支护结构的主要问题软土地区：稳定性。,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,14,复合土钉墙,采用水泥土搅拌桩、预应力锚杆、微型桩等的一类或几类结构与土钉墙复合而成的支护结构。,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,15,a）截水帷幕复合土钉墙,b）预应力锚杆复合土钉

5、墙,c）微型桩复合土钉墙,d）截水帷幕-预应力锚杆复合土钉墙,e）截水帷幕-微型桩复合土钉墙,f）微型桩-预应力锚杆复合土钉墙,g）止水帷幕-微型桩-预应力锚杆复合土钉墙,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,软土地区的应用 以水泥土搅拌桩、微型桩等“超前支护”， 解决：隔水性； 土体的自立性（加大自立高度和持续时间、 提高稳定性）。16,水泥土搅拌桩复合土钉墙,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,超前桩,施加预应力,超前桩-预应力锚杆复合土钉墙非软土地区的应用通过微型桩、预应力锚杆等对限制土体的位移。预应力锚杆复合土钉墙，加大预应力可使位移减少40%50%。使其适应的基

6、坑开挖深度有所增加。复合土钉墙使开挖深度有所增加（1215m）。,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,H, i,qO,bi,R, i,N Uj /P Uj /, mj j,2,1,4,3,1土钉；2预应力锚杆；,3截水帷幕；4微型桩复合土钉墙结构设计中应注意的问题可计入复合体的共同作用，但复合体的作用：不可过高估计；原位土层、土钉对结构稳定性的贡献：应占有主要的份额18,2 基坑工程的新型支护结构,2.1 复合土钉墙,19,2.2 双排桩结构,由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁,组成的支挡式结构。,双排桩结构的特点,结构：有较大的侧向刚度，无需支撑或拉锚施工：适应性广、工艺简

7、单、与土方开挖无,交叉作业、施工工期短等。,2 基坑工程的新型支护结构,双排桩结构,1,32,G,Ppk,Ek,Pk,E pk1前排桩；2后排桩；3刚架梁双排桩的设计嵌固稳定性验算：以结构前后排桩与桩间土的整体分析，但嵌固段被动土的抗力作用在总抵抗力矩中占主要部分。20,2.2 双排桩结构,2 基坑工程的新型支护结构,h,ld h,1前排桩；2后排桩；3刚架梁,双排桩的设计,刚架结构受力分析：,1）前、后排桩的受力前排受压；后排受拉，,q0,b,s b,po,1,2,3,并引起前、后排桩竖向位移和桩身弯矩。,q0pak a,b,pak a,1,2,3,21,2.2 双排桩结构,2 基坑工程的新

8、型支护结构,h,ld h,双排桩的设计,2）前、后排桩之间土体考虑其的反力与变形关系,（桩间土看作水平向单向压缩体，按压缩模量,确定刚度系数）,考虑开挖后应力释放引起的初始压力（按桩间土自重占滑动体自重的比值确定）。 22,刚架结构受力分析：,q0,b,s b,po,1,2,3,q0pak a,b,pak a,1,2,3,2.2 双排桩结构,2 基坑工程的新型支护结构,23,双排桩的设计,刚架结构受力分析：,3）桩顶梁,桩与桩顶梁的连接形成刚架结构。,2.2 双排桩结构,2 基坑工程的新型支护结构,24,2 基坑工程的新型支护结构 2.3 型钢水泥土搅拌墙,型钢水泥土搅拌墙,由水泥土墙和内插的

9、型钢组成的复合支护结构。,特点,支护性能好、造价低、环保（型钢可回收）等。,我国于2010年颁布了型钢水泥土搅拌墙技术规程JGJ/T199 ，标志了该技术已较为成熟。,25,型钢和水泥土作用,型钢：,作为挡土结构；,水泥土：,作为截水帷幕。,2 基坑工程的新型支护结构 2.3 型钢水泥土搅拌墙,26,型钢水泥土搅拌墙的工作特性,墙体变位较小时：,水泥土对提高墙体的刚度有相当贡献；,墙体的抗弯承载力验算：不应考虑水泥土的作用；,型钢间水泥土的受剪：,包括型钢间水泥土的错动受剪和最弱,截面处的局部受剪。,2 基坑工程的新型支护结构 2.3 型钢水泥土搅拌墙,27,型钢水泥土搅拌墙的桩身强度,这是目

10、前工程中矛盾比较集中的问题。,设计要求：,一般强度为1.0MPa左右，甚至更高；,实际情况：,往往难以达到设计要求；,取芯检测：,28d强度值一般在0.4MPa左右。,2 基坑工程的新型支护结构 2.3 型钢水泥土搅拌墙,28,如何确定水泥土搅拌墙的桩身强度？,工程实际：,鲜有因强度较低而造成破坏的事例；,理论分析：,要求水泥土28d抗压强度为0.5MPa左右；,规范建议：,采用不小于0.5MPa较为适宜。,2 基坑工程的新型支护结构 2.3 型钢水泥土搅拌墙,29,3 深基坑工程施工新设备和新工艺,施工中新设备和新工艺,地下连续墙、混凝土咬合桩排桩、超深多轴水泥土,搅拌桩（SMW工法）、水泥

11、土搅拌连续墙（TRD工法）、超大型环形支撑体系、十字钢支撑双向复加预应力技术、混凝土支撑的绳（链）锯切割法、锚杆的回收 技术等。,1）抓斗式成槽机（适用软弱土层）,2）回转式多头钻成槽机（适用较硬的土层）,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.1 地下连续墙成槽机械和工艺常用的成槽机械3） 双轮铣削式成槽机,（适用坚硬土层和岩石，也适用软土及砂性土）30,31,上海500kV世博地下变电站（成槽1.2m厚、60m深）,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.1 地下连续墙成槽机械和工艺铣削式成槽机最大成槽深度可达150m，墙体厚度可达2.5m。,32,槽壁稳定,粉土、粉砂土等易坍塌土层的技术措施：,

12、 “夹心”地下连续墙（水泥土搅拌桩保护槽壁）； 改良泥浆性能。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.1 地下连续墙成槽机械和工艺,水泥土搅拌桩保护槽壁,33,1）旋挖钻孔灌注桩,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,34,1）旋挖钻孔灌注,旋挖成孔：通过桶状斗式钻头回转切削土体。装土外运：直接将土装入钻斗，提升卸土。泥浆护壁：,易坍塌土层采用静态泥浆护壁（泥浆排量仅传统工艺的1/41/5）；,不易坍塌土层可采用干式或清水钻进工艺,（无需泥浆护壁）。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,35,2）钻孔咬合灌注桩由间隔布置的混凝土素桩和配筋桩相互咬合，形成

13、的 “桩墙”。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,咬合方法,旋挖钻机成孔、冲抓钻成孔、,全套管成孔等。,36,2）钻孔咬合灌注桩,性能,与间隔式灌注桩排桩相比：,截水性能良好、,不需附加的截水帷幕。,与地下连续墙相比：,功能基本相同，但施工简便、造价低廉。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,37,2）钻孔咬合灌注桩,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,38,2）钻孔咬合灌注桩素桩和配筋桩,素桩的混凝土：（超缓凝）初凝时间不小于4070h；3d强度不大于3MPa；28d强度不小于C15。,配筋灌注桩：,素桩混凝土初凝阶段施工，

14、咬合素桩。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,39,2）钻孔咬合灌注桩,全套管成孔,适用：,除用于咬合桩外，还可用于：,淤泥、流砂、地下水富集等不良地层；城市建筑物密集或有地下障碍的地区。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.2 灌注桩施工新技术,40,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺1）多轴柱列式水泥土搅拌墙SMW工法（Soil Mixing Wall）搅拌桩施工机械：三轴（四轴或五轴）搅拌桩机械；桩径6501000mm，最大深度可达60m。型钢拔出机械：液压式拔桩机。,三轴搅拌桩机,液压式拔桩机,41,高水灰比的必要性,？,3 深基坑

15、工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺1）多轴柱列式水泥土搅拌墙关于水泥土水灰比的讨论：我国规范建议水泥掺量高达20%左右；水灰比为1.52.0，砂砾土中为1.22.0。,高水灰比的必要性,？,不必要对水泥土强度并无益处；大量原土被置换，施工中难以实现（实际施工中往往出现涌土时便停止注浆）；置换排出的土为水泥含量较高的废土，造成污染。42,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺1）多轴柱列式水泥土搅拌墙,43,1）多轴柱列式水泥土搅拌墙,高水灰比必要性？,基于水泥土强度0.5MPa可满足要求的前提，,建议,水泥掺量取15%18%； 水灰比取0.81.0

16、。改用震动插入型钢的方法。,日本有关资料：,水泥掺量15%左右，水灰比0.81.0之间。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺,44,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺1）多轴柱列式水泥土搅拌墙型钢插入：震动沉入,自重下沉,型钢插入时间,？,规范规定：水泥土搅拌后30min内插入；工程经验；水泥土搅拌后12h内插入，并无影响。,振动插入对型钢与水泥土的粘结力的影响,？,在搅拌桩施工后12h内（水泥初凝前），振动插入型钢不会影响粘结力。45,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺1）多轴柱列式水泥土搅拌墙,46,

17、2）水泥土搅拌连续墙,日本称TRD工法（Trench Cutting Re-mixing Deep Wall）,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺,47,2）水泥土搅拌连续墙,特点,与多轴柱列式,水泥土搅拌墙相比：,成墙连续；表面平整；深度大。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺,48,2）水泥土搅拌连续墙,搅拌连续墙施工机械,成墙：,采用链锯式搅拌刀具；,成墙深：,刀具用销栓连接，深度可达数十米；,高度小：,整体高低仅10m左右。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺,49,2）水泥土搅拌连续墙,施工工艺

18、,主机所带的链锯式搅拌刀具沉入地基土中并沿,刀架移动，作往复运动，并在深度方向灌入水泥浆液，与土体搅拌、混合成墙。,3 深基坑工程施工新设备和新工艺3.3 型钢水泥土搅拌墙施工工艺,50,4.1 地下结构的逆作法建造,逆作法,地下工程由上向下施工的方法。,特别适用：,超深地下结构、,环境保护要求高。,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,以主体结构作为“支撑”，刚度大，基坑变形较小；无需支撑，大大节约资源、降低能耗；可实现上、下结构同步施工，不同程度缩短工期；地下结构顶板较早形成，施工现场布置方便。51,优点,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,52,全逆作

19、法,逆作的几种方法 上下结构是否同步施工 半逆作法,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,53,逆作的几种方法平面区域是否全部逆作施工,全平面逆作法,主楼顺做裙楼逆作,坑边逆作法,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,54,逆作的几种方法顶板以下结构是否采用逆作,从顶板以下结构是否采用逆作的角度,盖挖法,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,55,逆作的几种方法 围护结构是否兼作主体结构外墙,“两墙合一”(地下连续墙)“两墙合一”的逆作法,临时围护墙(灌注桩排桩)临时围护墙、水平结构的逆作法,4.1

20、 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,56,逆作法的土方开挖取土架（抓斗）挖土,抓斗挖土,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,57,逆作法的土方开挖,长臂挖土机,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,58,逆作法的土方开挖,皮带运输机取土,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,59,逆作法的土方开挖,加大取土孔面积、增加取土孔数量,提高挖土效率,4.1 地下结构的逆作法建造,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,60,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,软土地区

21、土的特点,含水率高、强度低，在开挖时有很大的流变性。开挖易引起基坑过大变形，甚至危及周边环境。,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,61,基坑工程的“时空效应”,基坑支护结构的变形和周边地层的变形：,随时间推移而发展；,因开挖的空间尺度、坑底暴露面积而不同。,这在软土地基的条件下尤为突出。,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,62,利用“时空效应”的开挖技术“分层、分块、对称、平衡、限时”。,超大深基坑中，分块开挖是最基本的措施。,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,63,分块开挖典型方式之一

22、,超长线性基坑,采用分段分层开挖方法，及时设置支撑、,施工垫层。,在前区段的基础底板完成后进行后续区段的,开挖。形成线性的流水作业。,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,64,分块开挖典型方式之二 ,无内支撑的大面积基坑,利用后浇带进行分块施工，在前一区块基础底板施工完成后进行后一区块的土方开挖。,各块之间可采用跳仓施工法以加快进度。,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,65,分块开挖典型方式之三,大面积采用内支撑的深基坑,采用分层盆式开挖或分层岛式开挖的方式。,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,66,分块开挖典型方式之三,大面积采用内支撑的深基坑,分层盆式开挖示例,4.2 软土地区利用“时空效应”的开挖技术,4 逆作法和利用“时空效应”的开挖技术,67,分层盆式开挖示例竖向分层盆式开挖,68,分层盆式开挖示例,平面分块开挖,69,5 结语,我国基坑工程的新技术、新工艺、新设备不断涌现。,地下工程规模将向大面积、超深度方向发展,需要基坑工程技术的不断提升和创新。,基坑工程地域性、复杂性、综合性和不可预见性的特点,需要在设计与施工中给予加倍重视和精心。,汇报完毕，请各位领导批评指正！,谢谢！,