水运工程施工 深基础施工沉井与地下连续墙

水运工程施工深基础施工沉井与地下连续墙第1页/共122页地基加固的形式浅基础：

1.刚性基础

2.杯形基础

3.板式基础

4.筏形基础

5.箱形基础深基础：

1.桩基础（预制桩、灌注桩）

2.地下连续墙

3.沉井

4.墩基础

5.箱基+桩基

6.筏基+桩基第2页/共122页未经加固处理，能直接支承建筑物的地基若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地基的承载力和变形都不能满足设计要求时，通过人工加固处理的地基。大多数建筑物基础的埋深不会很大（一般不大于5米），可以用普基础通开挖基坑和敞坑排水的方法修建。如条形基础、片筏基础和箱形

如桩基、沉井和地下连续墙等天然地基人工地基基础深基础一、浅基础及连续基础（一）概述第3页/共122页浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。浅基础定义:埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础。浅基础特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。第4页/共122页二、浅基础设计内容及步骤1.了解拟建场地工程地质条件的基础上，合理选择基础类型、平面布置及埋深；2.按地基承载力确定基础底面尺寸；3.进行必要的地基稳定性和变形验算；4.基础结构的内力分析和截面设计，并绘制施工图。第5页/共122页按受力性能分刚性基础刚性扩大基础单独和联合基础挡土墙下条形基础柔性基础柱下条形基础筏板基础箱形基础浅基础的类型第6页/共122页刚性基础刚性基础的概念基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为σ，此时基础的悬出部分a-a断面左端，相当于承受着强度为的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。第7页/共122页柔性基础的概念柔性基础基础在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础的强度极限值，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础刚性基础第8页/共122页刚性基础的特点优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求缺点：自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。柔性基础的特点优点：整体性能较好，抗弯刚度较大。在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。缺点：柔性基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥用量较大，施工技术要求较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。第9页/共122页（二）浅基础的类型刚性基础刚性扩大基础单独和联合基础

挡土墙下条形基础第10页/共122页（二）浅基础的类型柔性基础柱下条形基础筏板基础箱形基础第11页/共122页按材料分类砖基础毛石基础灰土基础混凝土及毛石混凝土基础钢筋混凝土基础第12页/共122页（二）浅基础的类型按材料分:砖基础：大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。注意对材料的最底要求。毛石基础：毛石为未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。灰土基础：依体积比分为3：7灰土、2：8灰土，灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。优点：施工简便，造价便宜，可节约水泥、砖石材料。缺点：在水中硬化慢，早期强度低，抗水性差，抗冻性差。一般只用于冰冻线以下，地下水位以上。钢筋混凝土基础混凝土和毛石混凝土基础第13页/共122页砖基础：低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低、抗冻性差。砌法：二一间隔收（1/4砖）返回第14页/共122页毛石基础：砌筑较方便，抗冻性好。砌法：错缝搭接。≥MU20毛石M5砂浆≥MU20毛石M5砂浆返回第15页/共122页混凝土与毛石混凝土基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积20~30%，尺寸≤300mm掺入毛石节约水泥柱下混凝土基础墙下砼基础第16页/共122页（二）浅基础的类型十字交叉阀板箱形柱下条形基础，柱下十字交叉条形基础，筏板基础，箱形基础。长度远大于宽度的基础单独基础联合基础条形基础按构造分类第17页/共122页（二）浅基础的类型三、扩展基础：（一）无筋扩展基础（刚性基础）1、材料：砖、毛石、灰土或三合土。2、构造要求:保证抗拉强度、抗剪强度第18页/共122页（二）浅基础的类型（二）钢筋混凝土扩展基础1、特点：抗弯、剪性能好。2、形式：墙下和柱下钢筋混凝土扩展基础。第19页/共122页（二）浅基础的类型四、联合基础第20页/共122页联合基础——柱下十字交叉基础柱底板梁第21页/共122页联合基础——筏形基础（板式与梁板式）第22页/共122页联合基础——箱形基础第23页/共122页（二）浅基础的类型五、独立基础第24页/共122页（三）基础埋置深度的选择一、工程水文地质条件：基础底面应尽量埋于地下水位以上，以避免地下水对基坑施工的影响，如必须埋在地下水位以下时，则应采取措施（如基坑排水、坑壁围护等），以保证地基土施工时不受扰动。地下水对基础材料的侵蚀作用及防护措施也应充分考虑。第25页/共122页（三）基础埋置深度的选择二、建筑物的用途及基础类型

建筑物的用途影响基础埋深的选择。如有地下室的建筑，埋深由地下室标高决定；工业建筑中的地下设施和设备基础，不能离建筑物基础太近。基础类型是影响埋深的另一个主要因素。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因其高度相对较大，若埋深较小则有露的可能因此，基础的埋深由基础的构造高度决定。第26页/共122页（三）基础埋置深度的选择三、作用在基础上的荷载大小和性质

对于只受垂直荷载作用的基础，可根据荷载的大小经过地基承载力的计算，选择持力层，确定埋深；如果基础同时还承受水平荷载作用（如挡土墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物的基础），则应加大埋深，以增强土层对基础的嵌固作用，保证构筑物的稳定性第27页/共122页（三）基础埋置深度的选择四、相邻建筑物基础埋深

为保证相邻原有建筑物在施工期间的安全和正常使用，基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础。五、地基土的冻胀和融陷在有冻胀性土的地区建设时，除基础埋深必须符合上述规定外，还应根据土的冻胀性和冻深的大小，采取一些相应的防冻害措施。第28页/共122页1、地基承载力：地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。2、地基承载力的确定方法：a、根据《规范》表格确定；b、按静载荷试验方法确定；c、根据土的强度理论计算确定；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。（四）地基承载力设计值第29页/共122页（四）地基承载力设计值一、按土的抗剪强度指标确定（一）魏锡克公式承载力设计值按下式计算：—折减系数；—有效面积；A

—基础实际面积。K—安全系数2~3。第30页/共122页（四）地基承载力设计值（二）规范推荐的理论公式长期承载力设计值：短期承载力设计值：第31页/共122页（四）地基承载力设计值二、按地基载荷试验确定承载力实测值：对低压缩性土：对高压缩性土：或(当)第32页/共122页（四）地基承载力设计值三、软弱下卧层验算

当地基受力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。基底压力标准值；基底处自重压力值；应力扩散角；pcpczpz第33页/共122页（五）连续基础概述连续基础:在地基平面上一个或两个方向的尺度与其竖截面高度相比较大.一般可看成是地基上的受弯构件，如梁、板。连续基础的特点:它的挠曲特征、基底反力和截面内力分布与地基、基础以及上部结构的相对刚度特征有关，因此考虑要三者相互作用问题。例如：高层建筑地基、基础和上部结构三者相互作用的过程中，地基起主导作用，其次是基础，另外还受到上部结构刚度的约束作用。第34页/共122页连续基础条形基础筏板基础箱形基础补偿性基础多层住宅的砖混结构，其特点是墙体直接承受各层楼板或楼面梁的荷载，荷载以线荷载的形式传至基础顶面。高层建筑的特点之一就是层数多、高度高、体积大。当地基承载力及地基沉降变形能满足要求时,大部分高层建筑基础可采用箱形或箱筏式结构。基础有足够埋深使得基底的实际压力等于该处原来土体的自重压力，即基坑开挖移去的土重补偿了建筑物的重量（五）连续基础概述第35页/共122页1、是天然基础，不需进行特殊人工处理；2、地基承载力有所提高；3、增加建筑物的稳定性；4、减少建筑物总沉降量。连续基础条形基础筏板基础箱形基础补偿性基础多层住宅的砖混结构，其特点是墙体直接承受各层楼板或楼面梁的荷载，荷载以线荷载的形式传至基础顶面。高层建筑的特点之一就是层数多、高度高、体积大。当地基承载力及地基沉降变形能满足要求时,大部分高层建筑基础可采用箱形或箱筏式结构。（五）连续基础概述优点其形式有：片筏基础和箱型基础。第36页/共122页“零层板”的方法即是补偿性基础中最简单的方法，它在片筏基础上回填少量的房心土，不须压实，一楼地面采用架空楼板，减少填土重量，提高地基承载力。条形基础沉降曲线是“锅底状”，中部沉降最大，两边沉降最小，若处理不当，将产生不均匀沉降，在进行房心土回填时，两端多填点，中间少填点，恰好可抵消这种沉降变形倾向。（五）连续基础概述补偿性基础应用实例第37页/共122页（六）连续基础地基计算模型一、文克勒地基模型（1867）地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降s成正比，即式中，比例常数k为基床系数。第38页/共122页（六）连续基础地基计算模型基床系数k参考值土的名称土的状态k（kN/m3）弱淤泥质土、有机质土

0.5×104～1.0×104粘土、粉质粘土软塑0.5×104～2.0×104可塑2.0×104～4.0×104硬塑4.0×104～10.0×104砂土松散0.7×104～1.5×104中密1.5×104～2.5×104密实2.5×104～4.0×104砾土中密2.5×104～4.0×104黄土、黄土性粉质粘土

4.0×104～5.0×104第39页/共122页（六）连续基础地基计算模型二、弹性半空间地基模型

弹性半空间的计算模型rzoP弹性半空间第40页/共122页（六）连续基础地基计算模型对于任意荷载对于均布矩形荷载第41页/共122页（七）文克勒地基上梁的计算一、无限长梁的解答根据作用于梁单元上竖向的静力平衡条件将上式对x求两次导数,可得根据材料力学,梁挠度的微分方程由此得第42页/共122页二、有限长梁的计算（七）文克勒地基上梁的计算引起的弯矩Md和剪力Vd分别为：第43页/共122页三、基床系数的确定

如果地基是一种直线变形体，i点的基床系数ki可以表示为K值取决于地基土层的分布情况及其压缩性、基底的大小和形状，与基础荷载和刚度有关的地基中的应力等因素（七）文克勒地基上梁的计算第44页/共122页例题：如图所示，承受对称柱荷载的钢筋混凝土条形基础的抗弯刚度EcI=4.3e3MPa•m4，长l=17m，底面宽b=2.5m。地基土的压缩模量Es=10MPa，基岩面位于基底以下5m处。试计算基础中点C处的挠度，弯矩和基底净反力。第45页/共122页第46页/共122页第47页/共122页第48页/共122页第49页/共122页对其他各点计算后，绘制基底净反力图、剪力图和弯矩图第50页/共122页柱下条形基础通常在下列情况下采用:1.当上部结构传下的荷载较大,地基的承载力较低,采用各种形式的单独基础不能满足设计要求时。2.当采用单独基础所需底面积由于邻近建筑物或构筑物基础的限制而无法扩展时。3.地基土质变化较大或局部有不均匀的软弱地基。4.各柱荷载差异过大。5.防止过大的不均匀沉降量时。（八）柱下条形基础第51页/共122页简化计算方法：有静力平衡法和倒梁法两种，

都是不考虑地基与上部结构变形协调条件。假定基底反力按线性分布,仅进行满足静力平衡条件下梁的计算。适用范围：当柱荷载比较均匀,柱距相差不大,基础与地基相对刚度较大,可忽略柱下不均匀沉降时采用。（八）柱下条形基础第52页/共122页一、计算图式上部结构荷载和基础剖面图（八）柱下条形基础第53页/共122页静力平衡法计算图式（八）柱下条形基础第54页/共122页

倒梁法计算图式（八）柱下条形基础第55页/共122页二、静力平衡法和倒梁法的应用1.静力平衡法具体步骤(1)先确定基础梁纵向每米长度上地基净反力设计值静力平衡法计算模型（八）柱下条形基础(一)、静力平衡法第56页/共122页计算图式(2)对基础梁从左至右取分离体,列出分离体上竖向力平衡方程和弯矩平衡方程,求解梁纵向任意截面处的弯矩Ｍｓ和剪力Ｖｓ。（八）柱下条形基础第57页/共122页地基压缩性和基础荷载分布都比较均匀,基础高度大于柱距的1/6或平均柱距满足lｍ

≤1.75Iλ,且上部结构为柔性结构时的柱下条形基础和联合基础.（八）柱下条形基础静力平衡法适用条件第58页/共122页（1）由于静力平衡法不考虑基础与上部结构的相互作用,因而在荷载和直线分布的基底反力作用下可能产生整体弯曲。（2）上述适用条件中,要求上部结构为柔性结构。如何判断上部结构为柔性结构,从绝大多数建筑的实际刚度来看,均介于绝对刚性和完全柔性之间,目前还难以定量计算。（八）柱下条形基础3.对静力平衡法的一些看法第59页/共122页1.倒梁法具体步骤(1)先用弯矩分配法或弯矩系数法计算出梁各跨的初始弯矩和剪力。弯矩系数法的计算内力表达式为:弯矩系数和剪力系数按所计算的梁跨数和其上作用的均布荷载形式,直接从建筑结构静力计算手册中查。（八）柱下条形基础M=弯矩系数×Pj×b×l2；V=剪力系数×Pj×b×l(二)倒梁法第60页/共122页(2)调整不平衡力:首先,由支座处柱荷载Ｆｉ和求得的支座反力Ｒ1计算不平衡力ΔＲｉ:式中ΔＲｉ

——支座ｉ处不平衡力,

Ｖ左ｉ，Ｖ右ｉ——支座ｉ处梁截面左、右边剪力其次,将各支座不平衡力均匀分布在相邻两跨的各1/3跨度范围内如图6,Δｑｉ按下式计算:（八）柱下条形基础第61页/共122页继续用弯矩分配法或弯矩系数法计算出此情况的弯矩和剪力,并求出其支座反力与原支座反力叠加,得到新的支座反力Ｒｉ。第62页/共122页(3)重复步骤(2),直至不平衡力在计算容许精度范围内。(4)将逐次计算结果叠加即可得到最终弯矩和剪力。计算简图和支座反力Ｒｉ柱荷载Ｆｉ和柱距图（八）柱下条形基础第63页/共122页2.倒梁法适用条件地基压缩性和基础荷载分布都比较均匀,基础高度大于柱距的1/6或平均柱距满足ｌｍ≤1.75/λ,且上部结构刚度较好时的柱下条形基础,可按倒梁法计算。基础梁的线刚度大于柱子线刚度的3倍（八）柱下条形基础第64页/共122页3.对倒梁法的一些看法(1)满足上述适用条件之一的条形基础一般都能迫使地基产生比较均匀的下沉,与假定的地基反力按直线分布基本吻合。(2)柱距不宜过大,尽量等间距。(3)当基础与地基相对刚度愈小,柱荷载作用点下反力会过于集中成“钟形”。(3)将第一步用弯矩分配法或弯矩系数法计算出的弯矩和剪力直接作为最终值,这对于中间支座及其中间跨中来说是偏于安全的,而对于边跨及其支座是偏于不安全。（八）柱下条形基础第65页/共122页第66页/共122页（九）筏板基础筏板基础的特点：1、成片覆盖于建筑物地基较大面积上,2、易于满足软弱地基承载力的要求,3、减少地基的附加应力和不均沉降,4、增加建筑物的整体抗震性,5、对地下室或架空地板的筏基还具有一定的补偿性效应。第67页/共122页按所支承的上部结构类型分：1、墙下筏板基础-----用于砖砌体承重结构房屋.2、柱下筏板基础-----用于框架、剪力墙结构。按基础构造特点分：1、等厚的平板式筏板基础2、沿纵横柱列方向的筏板顶面或底面加肋形成的肋梁式筏板基础。（九）筏板基础第68页/共122页平板式筏板基础的厚度≥200ｍｍ,当柱荷载较大时,可将柱位下筏板局部加厚。肋梁式筏板基础的板厚≥200ｍｍ,且宜大于计算区段内最小板跨1/20。筏板受力钢筋的配置除应满足计算要求,对剪力墙下筏板,纵向为配筋率为0.15%,横向配筋率为0.10%,对柱下筏板,纵向和横向配筋率均为0.15%,柱下和墙下筏板的跨中钢筋均按实际配筋率全部连通。筏板边缘的外伸部分应上下配置钢筋。构造要求：（九）筏板基础第69页/共122页内力计算：先按常规方法进行地基承载力验算。为了避免基础发生太大的倾斜和改善基础受力状况,在决定筏板基础平面尺寸时,可以通过改变底板在四边的外挑长度来调整基底的形心位置,以尽量减少基础所受的偏心力距.当设计荷载为恒载与活载组合时,而无风载时,一般要求偏心距不超过基础宽度的1/60,有风载时为1/30.筏板的设计方法有:按刚性的设计、按弹性板方法设计、按弹性地基梁设计.（九）筏板基础第70页/共122页二、关于地下建筑空间施工的几个概念明挖法：也称挖盖法暗挖法：也称矿山法，钻爆法等浅埋暗挖法：盾构法：沉井法：沉管法：顶管法：地下连续墙法：TBM法：第71页/共122页(1)明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）第72页/共122页(2)暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工，如大瑶山隧道、秦岭隧道等。挖衬埋深一般大于10m第73页/共122页(3)浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段第74页/共122页(4)盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。

第75页/共122页(5)沉井法地下结构施工示意图

沉井结构用途十分广泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂的水泵房、地下沉淀池和水池、地下热电站、地下油库、地下车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段连续沉井等。第76页/共122页(6)沉管法地下结构施工示意图1第77页/共122页(6)沉管法地下结构施工示意图2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江隧道，总长2880m（沉管段长736m），双向8车道。第78页/共122页(7)顶管法地下结构施工示意图顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西气东输工程穿越黄河的隧道，长度近3000m，直径约2m。第79页/共122页(8)地下连续墙法施工示意图

地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比明挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。第80页/共122页(9)TBM法地下结构施工示意图目前国内,习惯上将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM,将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构机。归类还是同在掘进机门下。第81页/共122页三、

深基础沉井基础地下连续墙第82页/共122页三.1沉井基础这种基础现采用较少。由于它整体性好、刚度大、传力可靠，在大跨度和深水地区修建桥梁仍被采用。第83页/共122页沉井基础

沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状钢筋混凝土结构。多用于重型设备基础、桥墩、取水结构、超高层建筑物基础等。沉井施工：制作钢板或角钢刃脚浇注第一节沉井井筒内边挖土边下沉加高沉井，分段浇注、多次下沉达到设计标高用砼封底，浇注钢筋混凝土底板构成地下结构。刃脚：在沉井下沉时起切入土的作用。井筒：下沉过程中起挡土作用。内隔墙：把沉井分成许多小间，减少井壁的净跨距以减小弯矩，施工时便于挖土和控制沉降和纠偏。井壁表面应做成1/100的坡度。第84页/共122页第85页/共122页沉井施工：将上下开口，下口带刃脚的空心筒状结构物，下沉到地基中，井筒多为钢筋混凝土施工工序：沉井井筒制作挖土下沉沉井井筒接高继续挖土下沉和接高清基封底填充和浇筑顶板混凝土第86页/共122页南京长江大桥的沉井下沉深度达54.87米第87页/共122页第88页/共122页第89页/共122页第90页/共122页第91页/共122页第92页/共122页江阴长江