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文档简介

《地下结构与技术》

主讲:肖明

2009年~2010年第二学期

班级:2007级0r06班

2010年4月~6月

•《地下空间与地下结构》

第一章绪论

§1-1地下结构基本概念

♦地下结构的定义:保留上部地层的前提下,在开挖出能提供某种用途的地

下空间内修建的结构物,统称为地下结构。

地下工程分类:交通隧道、水工隧洞、

矿山巷道、地下仓库、

地下工厂、人防工程、

地下民用与公共建筑、

地下市政工程、

国防地下工程。

§1-2地下空间利用的发展和现状

人类对地下空间的利用经历了一个从自发到自觉的过程。

整个过程的四个时期:(见第一章:1)

1、远古:人类出现——公元前3000年

特征:人类利用洞穴作防风、雨、避暑寒

2、古代时■期:公元前3000——5世纪

特征:铜、铁器时代,生产力发展很快,以地下陵墓工程为主。

3、中世纪时期:5世纪——14世纪

特征:地下粮仓和文化石窟

4、近代时期:15世纪一现在

结论:地下工程与人类的生活发展紧密相关

如何合理地利用地下空间是关系到人类生存的大计。

§1-3地下空间的发展现状

一、世界发展

二、中国发展

运用:铁路、公路、地铁、水工隧洞、地下厂房取得了令人瞩目的成果

1.1铁路隧道

1.2公路隧道

1.3地铁建设

1.4水工隧洞

1.5地下厂房

1.6城市地下空间的开发利用

结论:地下工程任重道远,发展前景大有可为

21世纪地下工程中心在中国

二十一是城市地下空间开发和利用的时代,它必将为隧道与地下工程的加

速发展开创出新的更加辉煌的前程,同时也为地下工程的研究提供了广阔的天地

和发展舞台。

§1-4地下空间开发的动因

动因:建立可持续发展战略-----第四次地下空间开发浪潮的中心内容

所谓可持续发展战略:保持人类生存可持续发展

-、''可持续发展战略”提出的原因

发展是人类社会永恒的主题,人类从诞生就不断追求生产力的发展和社会文明的

提高,20世纪人类进入了一个快速发展时代。

特征:生产发展一财富剧增;

随着生产力的迅速发展,人类创造的财富成倍增加,生活日益舒适;

人口剧增一生存威胁

由于人口迅速增加,资源剧烈消耗、环境严重污染,不合理的资源开发利用,

导致生态环境日益恶化,严重威胁人类生存。

危机:人类需要持续发展。所以1987年联合国世界环境和发展大会提出一一“可

持续发展战略”

原因:世界经济“畸形”发展,导致环境日益恶化

状况:世界经济飞速发展,使自然资源惊人的损耗,使自然资源开发利用程度,

超过了人类发展的正常需要,使得世界问题日益突出。

二、世界问题

①人口爆炸:人口成儿何发展一一生存环境危机

(a)世界人口急剧膨胀

(b)中国人口急剧膨胀

②资源剧耗:石油、煤气、有色金属只有可数开发年限,按现有能源耗速度:

石油50年;煤100^200多年;天然气60年耗竭;矿场已非常有限。

③土地沙化,耕地减少

土地属性:具有自然属性、经济属性和社会属性,人类赖以生成的自然资源。

土地功用:支撑人类生产和生活;

提供人类生成的植物和动物;

容纳和转化危机人类的排泄物。

土地特性:面积有限。全球陆地1.318亿km2,占地球表面的29%;

土地沙化,耕地减少严重危机人类生成。

④温室效应,臭气层空洞扩大

温室效应:是由于能原过度消耗,导致地球表面气温上升,全球变暖,冰川

后撤,海平面上升。

臭气层空洞扩大:煤、石油过度消耗是温室和酸雨形成的元凶,加速臭气层

的破坏一一使地球失去了保护。酸雨面积超过国土40%南方城市81.8%出现过

酸雨。

⑤环境污染:

地理环境污染

原因:主要是人为向地理环境释放物质和能量,影响人类和其他生物的正常

生存与发展,或造成某些地理要素的使用价值下降等现象。

水资源的污染:一一导致水资源短缺,急需污水处理

大气污染:燃煤和汽车尾气排放,需解决城市燃料结构

危害:影响我们后代的生存和发展

§1-5地下空间开发的意义

可持续发展的必由之路一一开发地下空间

1、地下空间提供巨大的活动空间

2、地下空间提供自然洁净能源

3、地下空间开发减少环境污染

4、地下空间可保持耕地降低高层

结论:

开发和利用地下空间,给人类和城市带来巨大的生机。

是解决人类生存和发展的重要途径。

第二章:地下结构特点

§2-1地下结构的基本特点和复杂性

一、地下工程的基本特点

地下工程是以地下洞室围岩作为建筑物的结构工程。地下洞室围岩是一种受

过工程开挖扰动的岩体,它又处于工程地质环境中,所以地下工程有其自身的特

点。与地面工程相比,地下工程有以下几个不同点:

(1)地面工程是以大地为基础,依靠地基承载;而地下工程是以岩体作为

基础,依靠围岩承载。

地面工程的重点,主要是对受力比较明了的基础进行加固,设计较为简单。

地下工程面对的是十分复杂的岩体结构,有许多不确定的因素。

(2)地面工程以建筑材料为主体,材料强度是关键;地下工程以支护为主

体,围岩稳定是关键。

地面工程材料多以钢材、混凝土为主,其材料特性容易把握;

(3)地面工程是浇筑浆砌而成,施工方便;而地下工程是开挖钻爆而成,

施工复杂。

浇筑浆砌是一种成熟较为完善的施工工艺。

地下工程开挖钻爆施工是近儿十年来随着地下工程的兴起而发展起来的一

种施工工艺。

二、地下工程的复杂性

地下工程是在岩体结构中挖掘地下空间,使得复杂多变的岩体原有结构性态

发生变化,可能导致地下洞室围岩发生各种情况的破坏。地下工程的这种特性,

决定了地下工程的复杂性。地下工程的复杂性主要表现在以下儿个方面:

(1)地质勘探的复杂性

(2)影响地下工程洞室围岩稳定因素的复杂性

(3)地下工程设计和分析计算的复杂性

(4)地下工程施工的复杂性:施工技术难度大

地下工程:

结构复杂、设计困难、施工艰难;

应用广泛、发展迅速、大有可为

三、城市地下工程的基本属性

1、综合性

综合了城市规划、建筑、环保、地质管理、运行等综合因素。

涉及:测量、岩土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、设备、机械经济管理、

施工组织、计算机运用等知识

2、社会性

城市地下工程:反映社会经济、文化、科学技术水平

体现人类生活水平和精神面貌

3、实践性:

城市地下工程是实践先于理论一实践性很强的科学

4、技术、经济、艺术和环境的统一性

城市地下工程:是实现高效、文明、舒适和安全现代化的重要组成部分。要求:

<1>布局与现有城市建筑配合统一

<2>符合建筑规范:满足装饰艺术又有利于人类活动

<3>符合结构规范:安全稳定;通风、采光;防噪音、防潮

<4>反映时代和民族特色:为城市建筑增添景观

四、城市地下空间发展的主要方向

地下空间分层化和深层化

1、分层开发利用:

浅层:人类活动、交通、娱乐、商业车库等。

中层:污水、垃圾处理、市政管线

次深和深层:地下水、输送、处理、回收、能源贮存、储存的循环系统

2、地面地下综合化

地下综合体的开发和利用

新城区一定要有地下空间规划

地下铁道和地下步行街系统

地下空间功能分区和协调发展

3、大型地下综合体开发利用

工业和民用项目综合开发利用。

4、地下交通网是城市交通利用的重点

5、具有防灾功能的地下空间

防灾:自然灾害(地震、火山喷发、飓风)、战争浩劫、生产事故(放射、泄毒)一一

地下空间是最好的防御

6、市政设施的地下空间利用

市政设施是城市的生命线系统:包括水、暧、电气等供排

7、原有地下空间和天然洞室利用

规划改造合理是十分经济的

8、发展建立水和能源的贮存系统

包括:水、液化气、热源、油等

五、城市地下空间工程规划的基本原则

目的:保证地下空间开发和利用的可持续发展

城市地下空间应纳入城市总体规划中

城市地下空间应结合现有的地面建筑进行开发

城市地下空间应保护城市的历史原貌

城市地下空间应根据发展水平和经济实力分近、中、远期目标规划,分层分阶段

开发

城市地下空间应保证地面空间的物理环境,降低能耗

城市地下空间应保证防灾、减灾要求

§2-2地下结构的基本施工方法

一、铁路隧道施工方法的分类

1、新奥法(含辅助施工法)

2、长大隧道机械化施工

3、钻爆法施工

4、盾构法

5、大型机械:TBM

二、公路隧道施工方法的分类

1、浅埋矿山法

2、盾构法

3、沉管法

4、明挖法

§2-3地下工程若干问题的辩证对比思考

一、地表抗灾和地下防灾

二、地表储水和地下储水

三、高架路和地下高速路

四、越江越海架桥和隧道工程

五、能源地面储存与地下储存

六、高边坡与隧道

§2-4地下空间持续性发展问题

地下工程有利地面的自然环境保持,但改变了原有的工程地质环境,必须考

虑地下工程自身的持续发展。

一、充分考虑地下工程不可逆性,需认真规划,考虑未来发展。

二、地下开挖引起的破坏

三、考虑地下空间的废弃和远期回收。

未来临近使用年限的地下建筑的报废处理,对地质环境的影响。

四、地下结构自身的抗灾能力和建筑垃圾处理

如果地下工程开发不好,将造成新的人类危机

第三章明挖法

§3-1明挖法概述

一、明挖法的概念

明挖法:从地表向下开挖基坑至设计标高,再自基础由下向上顺序施工,完成结

构体浇筑,回填基坑,恢复地面交通。

施工程序:打桩(护坡桩)f路面开挖-埋设支撑、开挖f地下结构物施工一

回填一拔桩恢复路面。

施工方法:护坡桩法明挖、敞口放坡明挖、旋喷护坡明挖、槽壁支护明挖。

二、明挖施工方法

明挖施工可以根据工程地质条件、规模、地面环境、交通状况采用顺筑法、逆筑

法和分部开挖法进行明挖施工。

顺筑法:是直接从上到下逐层开挖。开挖方法有:

护坡桩法明挖、敞口放坡明挖;

逆筑法:是先做外围支护结构,再从上到下逐层开挖,开挖方法有:

旋喷护坡明挖、槽壁支护明挖。

分部开挖法:将基坑分为若干块进行分部分区开挖,主要适用大型广场的基坑开

挖。

明挖适用工程:

浅埋地下工程:如地铁车站、地下人行道、地下综合管网等。

范围较大的地下工程:地下广场、商场、医院等。

基坑工程:高层建筑基坑、其他工程基坑

三、明挖优缺点

优点:施工开挖简单,主体工程在基坑内施工与地面施工一样方面。

缺点:对地面环境干扰大,影响交通。

城市边坡工程的重要性:

对交通、房屋建筑影响较大。

§3-2敞口放坡法

放坡:基坑挖到一定深度,为了保证稳定,土壁挖成斜坡。

定义:敞口开挖是指不采用支撑而采用直立或放坡施工进行开挖的基坑工程。

直坡:适用于开挖深度不大、无地下水、基坑土质条件较好的场地。施工站地小。

放坡:基坑挖到一定深度,为了保证稳定,土壁挖成斜坡。

由于其费用低,工期短,是首先要考虑的开挖方式。

一、坡度设计

原则:保证土壁不塌方

*坡缓:边坡稳定,但占地大,工程量大,造价高。

坡陡:占地少,但易塌方,把握不好,造价更大,易出事故。

*坡度大小应根据规范,通过稳定分析确定。

二、土坡的稳定分析

1无粘性土土坡稳定分析

(1)无渗流时无粘性土坡稳定分析

原则:阻滑力=下滑力

边坡滑动安全系数:K,,=£=Wcosa*fgj妞川]

L

「TWsinatga」

结论:说明无粘性土沿边坡平面滑动安全系数K0等于内摩擦角正切与边坡坡角

正切之比。4)>a时稳定。

(2)有渗流时无粘性土边坡稳定分析

边坡安全系数小鬻|,指圾

讨论:对于砂性土r,=;,故K,p=Kp/2,说明当有水渗出时,边坡的安全

系数比无渗水时小一倍%

2、粘性土边坡稳定分析

特点:粘土由摩擦力和粘聚强度两部分组成,粘土滑动接近圆弧面。

(1)瑞典圆弧滑动法(简称费伦纽斯法)

阻滑力:G=(C4+"g。%

/K

滑动力:T,=sin(9,.

绕圆弧AB滑动的平衡条件:阻滑力矩=滑动力矩,即

E[R=£F,R

则K=Z(G4+w,cos>fg*J

'5Z吗sin4

讨论:

①圆弧滑动法,应用时间很长,积累了很多经验,偏于保守。

②该法的难点在于确定最小圆弧滑动面。通常假定若干滑动而进行搜收,确

定。

③当有孔隙水压力时,应从土体自重中减去水压力的影响(对一孔隙水

压力,4—土条底边弧长),即:

二阻滑力_Z(G4+(7cos6

'一滑动力-zw<sinq

三、边坡失稳的防止措施

(1)边坡修坡

(2)设置边坡护面

(3)边坡坡脚抗滑加固

(4)设置抗滑桩,旋喷桩,分层注浆法,深层搅拌桩

§3-3边坡的排水与降水

目的:降低地下水是基坑加固的一种方法。

条件:明挖时,当基坑低于地下水位时,必须降低地下水。

一、降水和排水的基本方法

根据集水方法,一般分为下列两种:

1、集水坑排降法

集水坑:沿基坑底部周围基坑范围以外开挖排水沟。

2、井点降水法

井点降水法:在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管,利用

抽水设备抽水,使地下水位降落到坑底以下。

类型:轻型井点、喷射井点、深井点等降水方式。

(1)轻型井点:

在井的四周布置滤水管,经滤水管抽出,水位逐渐降落到基坑以下。

优点:抽水直至基础开挖完毕,土体始终干燥,密实。可以加大坡度。

适用:透水性不是很大的情况。

(2)喷射井点

布置:方式与轻型井点相同

抽水:采用喷射方式

原理:高压泵输入水流f经输水导管到喷嘴-喷嘴变小,流速加大-吸出

导管内水一混合后喷出。

(3)深井点

布置:可单独布置,也可与井点系统合用。

条件:降水深、渗水大,透水层厚,轻型井点和喷射井点不奏效。

特点:降水深度大,范围广,造价大。

(4)其他排水方式

*真空井点降水:将井点顶部用粘土或膨润土封住,使滤管和填料内形成真

空,以增加井点的水力坡降,降低地下水。

条件:基坑渗透系数小、为细粒粉土,土中的水在毛细管力作用不能用重力

的方法抽出。

特点:降水井点布置较密。

**电渗降水:在土层中插入两个电极,通过直流电将土中的水与土分开,将水

引入阴极,通过阴极处布置的井点将水抽出。

条件:更细颗粒的粉质土,红粒粘土。

二、渗透变形破坏及防止措施

渗透变形破坏:向上的渗透力大于土的浮容重,渗流携带土粒流动向上浮。

1、渗透变形的基本形式

根据土体颗粒的流动公式分为:流土和管涌两种。

(1)流土破坏

流土:指在渗流作用下,粘性土或无粘性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群

同时发生移动的现象。

*流土一般发生于渗流处,而不是发生于土体内部。

发生流土的临界坡降=%

(2)管涌破坏

管涌:在渗流作用下,无粘性土体中的细小颗粒,通过粗大颗粒的孔隙,发

生移动或被水流带走。

*管涌可发生在渗流处,也可在土体的内部。

**管涌发生的条件:

A、儿何条件:

土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒直径。

*对不均匀系数小于10的土,较均匀,是非管涌土。粘土不会发生管涌,只

发生流土。

**对不均匀系数C)10的不均匀砂砾石土,管涌、流土都可能。

B、水力条件:

渗透坡降i〉[i](管涌的允许临界坡降)

*:管涌临界坡降一般通过试验确定。

**:无试验条件,参考类似工程。

2、防止流砂的措施

(1)排水降低地下水,保持基坑稳定。

(2)用长板桩、冻结法和地下连续墙防止地下水渗入。

流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。具体措施为:

(1)抢挖法

(2)水下挖土法

(3)打钢板桩或作地下连续墙法

(4)在枯水季节开挖

(5)井点降水法

§3-4井点降水法

井点降水法就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),利

用抽水设备从中抽水,使地下水位降落到坑底标高以下。

一、轻型井点

优点:抽水直至基础开挖完毕,土体始终干燥,密实。可以加大坡度。

适用:透水性不是很大的情况。

二、喷射井点

当基坑开挖较深,降水深度要求较大时,可采用喷射井点降水。

喷射井点降水深度可达8~20m,可用于渗透系数为0.l~50m/d的砂土、淤

泥质土层。

布置:方式与轻型井点相同

抽水:采用喷射方式

三、管井井点

管井井点就是沿基坑每隔一定距离(20~50m)设置一个管井,每个管井单独用

一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20~200m/d)的土层

中,宜采用管井井点。

地下水量大的土层中,此法可降低地下水位

管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。

四、深井井点

当要求井内降水深度超过15m时,可在管井中使用深井泵抽水。

深井井点(或深管井井点)一般可降低水位30~40m,有的甚至可达百米以

上。常用的深井泵有两种类型:

一种是深井潜水泵,

另一种是电动机安装在地面上,通过传动轴带动多级叶轮工作而排水。

布置:可单独布置,也可与井点系统合用。

条件:降水深、渗水大,透水层厚,轻型井点和喷射井点不奏效。

特点:降水深度大,范围广,造价大。

五、电渗井点

电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成,主要用于渗透系数小于

0.Im/d的土层。

适应条件:更细颗粒的粉质土,红粒粘土。

小结

当土的渗透系数K<5m/d时,宜用轻型井点和喷射井点;

当K=5~20m/d时,除上述方法外,还可选用管井井点;

当K<0.lm/d时,因土的渗透性很差,可在轻型井点管的内圈增设由钢管或

钢筋做成的电极,通以直流电,促使地下水加速向井点渗透(这种方法称为

电渗井点法)。

当降水深、渗水大,透水层厚,轻型井点和喷射井点不奏效时采用深井井点。

(特点:降水深,范围广,造价高。)

六、降水对周围地面的影响

影响:

降低地下水位时,由于土颗粒流失或土体压缩固结,易引起周周地面沉降。

由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状,地面沉降多为不均匀沉降,可

能导致周围的建筑物倾斜、下沉、道路开裂或管线断裂

措施:井点降水时,必须采取相应措施,以防造成危害。

1.回灌井点法

2.设置止水帷幕法

3.减缓降水速度法

小结:

地下水处理归结成两种:

第一种是降水;降水的方法有集水井降水和井点降水两类。

集水井降水:方法间接

井点降水法有轻型井点、喷射井点和电渗井点、管井井点和深井泵等。

❖第二种是止水——防水帷幕。

回灌井点方法:可以使地表沉陷减少2/3;在城市中由于深基坑降水,总会引

起地面沉陷,影响邻近建筑物和管线,回灌减少地下水降低是较经济的措施。

防水帷幕方法:采用特定的支护结构,既挡土,又止水,但造价较高。

防水帷幕常用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙。

§3-5明挖的机械化施工

一、场地平整施工

(一)推土机施工

定义:推土机是一种自行式的挖土、运土

工具。

组成:推土机由拖拉机和推土铲刀组成。

分类:

按行走的方式分履带式和轮胎式;

按操作的方式分为索式和液压式;

按安装的方式又分为固定式和回转式。

(二)挖土机械配套计算

(三)开挖施工要点

1.选用施工机械:应根据地下水位、机械条件、进度要求等合理选用施工机械。

2.绘制开挖图:根据土方开挖情况绘制土方开挖图o

3.基底标高开挖:当基底标高不一时,可采取先整片挖至一平均标高,然后再

挖个别较深部位。

4.基坑边角处理:机械开挖不到的边角部位,应用少量人工配合清坡。

5.开挖机械线路:挖掘机、运土汽车进出基坑的运输道路,应尽量利用基础一

侧或地下车库坡道部位作为运输通道,以减少挖土量。

6.软土或雨期施工:注意大型机械在坑下作业,需铺垫钢板或铺路基箱垫道。

7.深基坑开挖:对某些面积不大、深度较大的基坑,应尽量不开或少开坡道。

8.开挖顺序:机械开挖应由深而浅,基底及边坡应预留一层200〜300mm厚土层

用人工清底、修坡、找平。

9.基坑保护:基坑挖好后,应紧接着进行下打钎验槽,尽量减少暴露时间。

三、土方填筑与压实

1、填筑土料选择

2、填土压实方法

3、填土压实的质量检验

第四章深基坑支护

§4-1概述

一、基本概念和发展

二、基坑工程特点

1、建筑工程高层化,基坑深大化;

2、超大基坑,支撑布置难度大;

3、基坑地质条件复杂化,如软弱地层沉降变形大,对周围建筑物、道路

和管线稳定影响大。

4、基坑工期长、开挖、支护稳定难度大。

5、相邻工程施工相互影响,场地窄、雨水、压重对稳定不利,施工困难

三、基坑支护的功能和分类

❖基坑支护的功能:一是挡土;二是止水。

基坑支护分类:分支护型、加固型

支护型基坑支护包括板桩墙、排桩、地下连续墙等

加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和树根桩等。

四、基坑支护的分类

1、基坑的土体加固分类

(1)支护型——将支护墙(排桩)作为主要受力构件,支档坑壁的水土压力;

支护墙体承受荷载:坑内外水压力、土压力及内支护系统反力。

支护型基坑包括:板桩墙、排桩、地下连续墙、内支护系统、土层锚杆等。

在基坑较浅时可不设支撑,成悬臂式结构;

当基坑较深或对周围地面变形严格限制时,应设水平或斜向支撑,或锚定系

统,形成空间力系是发展方向。

(2)加固型——加固土体的强度,维持坑壁稳定。

加固型式:水泥搅拌桩、高压旋喷桩、土工锚杆和土钉支护等。

加固方法:

(a)提高墙体被动区的抗力:灌浆等控制墙体被动变形大小一减小被动压

力;

(b)降低墙体主动区的荷载:卸载等控制墙体承担的土压力一减小主动压

力;

(c)加强支护基坑底部结构:与边墙连成整体,增加结构整体性一提高支

护抗力。

2、基坑的支护结构类型

支护结构包括挡墙和支撑(或拉锚)两部分。

挡墙或支撑中任何一部分的选型不当或产生破坏(包括变形过大),都会导致整

个支护结构的失败。

3、基坑挡墙支护结构可分为两类:

重力式挡墙支护结构和非重力式挡墙支护结构

A、重力式包括

旋喷桩帷幕墙

深层搅拌水泥土桩挡墙

重力式挡土墙是一种依靠自重来平衡坑内外土压差的挡土结构。

挡墙结构主要有水泥搅拌桩、高压旋喷桩等,由于依靠自重维持稳定,所以挡墙

较厚。

优点:结构简单、施工方便(噪音小、震动小、速度快)、止水好、经济。

缺点:体积大,占地大

适用:软土

B、非重力式包括

非重力式挡土墙是由排桩或地下连续墙结构承受坑内外土压力。

挡墙结构主要有

钢板桩

钢筋混凝土预制桩

钻孔灌注桩挡墙

地下连续墙等。

优点:结构尺寸小、便于施做

缺点:变形较大,刚度小,稳定稍差

五、基坑设计原则和内容

1、设计原则:安全经济、施工简便

(1)安全可靠:满足支护结构强度、稳定、变形要求,确保周围环境的

安全。

(2)经济合理:在安全的前提下,从工期、材料、设备、人工以及环境

保护等具有明确的经济技术效益。

(3)施工方便:在保证安全条件下,使支护、开挖简单,尽可能缩短工

期。

2、设计内容:围护结构、支撑系统、开挖方案、换撑措施、降水方案、地

基加固

(1)支护体系的方案比较和选型

(2)支护结构的强度和变形计算

(3)基坑稳定性验算

(4)围护墙的抗渗计算

(5)降水和挖土方案

(6)监测方案和环境保护设计

3、设计步骤:

(1)初步拟定基坑支护结构和支撑系统形式

(2)计算支护结构的荷载

(3)强度支护结构的入土深度

(4)支护结构内力计算

(5)配筋、变形、强度计算

(6)施工图设计、编制施工说明

§4-2基坑支撑结构类型

当基坑深度较大,悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时,需增设支撑系统。

支撑系统是为保证挡墙稳定而增加的附加结构。

按支护性质分,其类型有:

放坡自稳

悬臂支护

基坑内支撑

基坑外拉锚(顶部拉锚上层锚杆拉锚)

其他支护

板桩法:基坑开挖的一种临时支护方法。

1、无支撑板桩(a)

条件:基坑较浅、地下水位低、土质密实可采用。

结构:简单一单一板桩如图a,受力条件较差。

2、水平支撑板桩(b)

条件:基坑较深,但宽度不大,设多道水平支撑。

结构:增加水平支撑,受力条件较好。

3、拉锚支撑板桩(c)

条件:基坑较宽,但土质较好,有施锚的条件。

结构:增加锚筋结构,施工复杂。

4、斜支撑板桩(d)

条件:基坑较宽,其他支撑方式无采用时,土质较差。

结构:增加基坑斜支撑结构,基坑施工不便。

5、卸荷板桩(e)

条件:施工场地较大,在板桩外围挖土卸荷。

结构:可减少板桩长度,占地较大。

板桩施工程序:

打板桩至施工深度(3-5m)挖土增加其他支撑开挖到设计深度。

6.土工格珊挡土墙

条件:应用很广。

结构:刚性壁面一体化的土工格栅加筋挡上构造,加筋材为柔性引张性的抗拉材

§4-3挡墙的选型

(一)钢板桩

1.槽钢钢板桩

2.热轧锁口钢板桩

3.型钢横挡板挡墙

优点:材质好、可靠性高、施工速度快、止水好、可重复使用、占地小。

缺点:价格高,施工噪音大、刚度小变形大

适用:较深基坑软土

(二)钢筋混凝土板桩

优点:比钢板桩造价低,刚度大

缺点:施工噪音震动大、工期长、挤压大、接头防水差

适用:不宜在建筑物集中和硬土中施工

(三)钻孔灌注桩挡墙

(1)钻孔灌注桩挡墙

优点:施工噪音小、震动小、刚度大、强度高

缺点:施工慢、质量难控制、需处理泥浆

适用:软土、开挖深度5~12m

(2)水泥土搅拌桩挡墙

水泥土搅拌桩是在水泥桩内插入H型钢或其他抗拉材料形成一个受拉和防

渗的复合结构。日本称SMW工法。

作用:维护基坑稳定、阻止地下水

优点:施工噪音小、对环境影响小、止水效果好、强度高。

缺点:经验不足、H型钢不好收、造价高

适用:开挖深度较大的情况

(四)H型钢支柱(或钢筋混凝土桩支柱)

结构:H型钢做支柱,钢筋混凝土桩或木挡板做支护墙。

适用:该类支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区。

要求:型钢或支柱按一定间距打入,支柱间设木挡板或其它挡土设施。

(五)深层搅拌水泥土桩挡墙

深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入深层土的搅拌机将喷出的水泥浆固

化剂与地基上进行原位强制搅拌制成水泥土桩,相互搭接,硬化后即形成具有一

定强度的壁状挡墙,既可挡土又可形成隔水帷幕。

优点:施工相对简单、止水效果好、经济。

缺点:强度较低。

适用:受力要求不高的情况

(六)旋喷桩帷幕墙

旋喷法一又称高压旋喷。

工序:用钻机钻孔至需要深度,用高压脉冲泵,通过安装在钻杆底端的喷嘴旋转

向四周喷射化学浆液。

优点:施工噪音小、震动小、止水效果好、占地小、整体刚度大、强度高。

缺点:施工工艺复杂、造价高、需处理泥浆。

适用:软弱地层、建筑物密集区施工

(1)高压喷射流的破坏作用

喷射对土体的破坏机理较复杂,大约有下列六个方面:

喷射流压力:

喷射流的破坏压力与喷射流速和喷射面积成正比。

水体的冲击力与射流脉动荷载的作用

喷头喷射和提升,使水体产生脉动冲击,土粒受脉动荷载而破坏。

空穴效应

喷射使土体产生局部孔洞,水流压差使空穴水流紊乱,造成空穴进一步扩

大,使土体颗粒剥落。

水楔效应

水流进入缝隙,动压变静压使裂缝加宽,造成土体剥落。

挤压效应

喷射流在终了区,能量衰减,不能使土体剥落,但产生压力使土体压密。填

落空隙,产生固壁效应。

气流搅动作用

空气流的搅动使得水或浆的喷射条件得到改善,阻力减小,喷射能力加大,

增加射流的破坏能力。

(2)旋喷成柱机理

旋喷柱加固范围:喷射距离加渗透和压缩部分组成的半径圆柱体。

加固原理:喷射一小颗粒随浆液带出一大颗粒与浆液混合一在动压、离心力、

重力作用下重新排列一形成小粒居中,大粒外缘排列一经时间与浆液固结成柱

桩。

§4—4非重力结构支护计算

一.支护结构的形式和设计依据

1、非重力式包括

钢板桩

钢筋混凝土预制桩

钻孔灌注桩挡墙

地下连续墙等。

2、设计依据

相关规范:国家标准、行业地方规范

地勘资料:地质(地层)、水文(地下水)

工程环境:周围和地下建筑、道路、管线

主体结构:设计图、基础处理方案

施工条件:施工方案队伍、机械设备

二、非重力式支护结构挡墙的破坏

包括:强度破坏和稳定性破坏

1、非重力式支护强度破坏

(1)拉锚破坏或支撑压曲

地面荷载增加过多、土压力过大使拉杆断裂,或锚固失败、腰梁破坏、内

支撑受压失稳。需正确计算拉锚深度。

(2)支护墙体底部隆起破坏

支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。

需正确的计算入土深度。

(3)支护墙的平面变形过大或弯曲破坏

支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深,需

准确计算最大弯矩值以验算截面。

需正确确定支护板的强度。

2、非重力式支护结构的稳定性破坏

(1)墙后土体整体滑动失稳

拉锚的长度不够、

软粘土发生圆弧

滑动,引起支护

结构整体失稳。

需校核板桩后的上体稳定

(2)挡墙倾覆

档墙后的士压过大导致档墙倾覆。

需校核挡墙刚度。

(3)坑底隆起

如挖土深度大,由于卸土过多,在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。

需校核基坑土体稳定。

(4)管涌破坏

在砂土区,当地下水较高坑较深时,在动水压力作用下,地下水绕过支

护墙连砂土一同涌入基坑。

需校核渗流稳定。

三、非重力式支护结构计算

(一)、支护结构承受的荷载

支护结构承受的荷载一般包括

土压力

水压力

墙后地面荷载引起的附加荷载(车辆、建筑物)。

其他荷载:地震、温度影响。

1、土压力

(1)静止土压力:

若挡墙在土压力作用下,墙本身不发生变形和任何位移(移动或滑动),墙后

填土处于弹性平衡状态,则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以E0

表示。

(2)主动土压力:

若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时,随位移增大墙后土压力渐减小;

当位移达某一数值时,土体内出现滑裂面,墙后土达极限平衡状态,此时土

压力称为主动土压力,以Ea表示。

注:主动土压力小于静止土压力。

(3)被动土压力:

若挡墙在外力作用下墙向填土方向移动,随位移增大,墙所受土的反作用力渐增

大。

当位移达一定数值时,土体内出现滑裂面,墙后土处被动极限平衡状态,此时土

压力称为被动土压力,以Ep表示。

注:被动土压力大于静止土压力

2、水压力和土压力计算方法

水压力和土压力的分算或合算问题,目前均采用。

(1)粘性土:采用水土合算

特点:一般情况下,粘性土中水主要是结晶水和结合水,宜合算;

方法:合算时,地下水位以下土的重力密度采用饱和重力密度Ysat

(2)砂性土:采用水土分算

特性:砂性土中土颗粒之间的空隙中充满自由水,受重力作用,为静水压力

作用,宜分算。

方法:分算时,地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度丫';

另外单独计算静水压力,按三角形分布考虑。

3.墙后地面荷载引起附加荷载

有三种情况:

⑴墙后有均布荷载q

⑵距离支护结构一定距离有均布荷载q

⑶距离支护结构一定距离有集中荷载P(如塔吊、混凝土泵车等)由P引起的

附加荷载分布在支护结构的一定范围h2上。

(二)非重力式支护结构计算状态

深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态进行设计。

基坑支护结构极限状态可有两类:

承载能力极限状态

正常使用极限状态

(1)承载能力极限状态:

对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基

坑周边环境破坏;

(2)正常使用极限状态:

对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使

用功能。

(三)板桩的设计和计算

目的:确定板桩的插入深度

1、作用在板桩上的压力分布

(1)土压力

(2)水压力

2、深板桩的土压力计算

(1)悬臂式板桩的土压力计算

板桩的稳定条件:

(2)悬臂桩简化计算:

3、单支撑深板桩的计算

板桩下端深嵌后,土压力零点0和弯矩零点的位置很接近。

假定:土压零点和弯矩零点重合于0,则单支撑板桩可简化成两个相联的简

支梁A0和0B计算。

此法叫等值梁法。

§4-5重力结构计算

一.支护结构的形式和计算依据

1、重力式包括

旋喷桩帷幕墙

深层搅拌水泥土桩挡墙

2、设计依据

相关规范:国家标准、行业地方规范

地勘资料:地质(地层)、水文(地下水)

工程环境:周围和地下建筑、道路、管线

主体结构:设计图、基础处理方案

施工条件:施工方案队伍、机械设备

二、重力式支护结构的破坏

重力式支护结构的破坏包括:

强度破坏

稳定性破坏

1、强度破坏

其强度破坏只是水泥土抗剪强度不足,产生剪切破坏,为此需验算最大剪应力处

的墙身应力。

2、重力式支护结构的稳定破坏

重力式支护结构的稳定性破坏包括:

1).倾覆

2).滑移

3).土体整体滑动失稳

4).坑底隆起

5).管涌

三重力式支护结构计算

(一)原理重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。

(二)荷载组合

1土压力;

2重力式结构自重;

3地面超载包括:永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载(施工机

械荷载、材料堆放荷载)以及偶然荷载(地震荷载、人防荷载)。

(三)重力式结构计算内容

(1)滑动稳定性验算

(2)倾覆稳定性验算

(3)土体整体滑动验算

(4)坑底隆起验算

(5)管涌验算

(四)重力式支护结构计算简图(略)

(五)重力式支护结构设计(略)

§4-6支护结构施工

一钢板桩施工

(一)常用种类:U型、Z型、H型、直腹板式和组合式。

(二)打设前准备工作

1钢板桩的检验和矫正

2导架安装

3沉桩机械的选择

打设钢板桩可用落锤、汽锤、柴油锤和振动锤,前三种皆为冲击打入法,此

法可使桩锤的冲击力均匀分布,保护桩顶免受损坏。

(三)钢板桩的打设和拔除

1打设方式选择

⑴单独打入法即从板桩墙的一角始,逐块打设,直至工程结束。

⑵屏风式打入法即将10〜20根钢板桩成排插入导架内,呈屏风状,再

分批施打。(按屏风排数,分为单屏风、双屏风和全屏风)

2钢板桩的打设

吊车对准插桩,经纬仪加以控制,分几次打入,

注意位置和方向的精度,每打入1m应测量一次。

二钻孔灌注桩挡墙施工

钻孔灌注桩挡墙施工

钻孔灌注桩施工时无振动,不会危害周围建筑物等,造价低,有优越性。

施工速度慢,宜注意质量。

钻孔灌注桩的间距由计算确定。

钻孔灌注桩用作支护桩时,按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋。

三深层搅拌水泥土桩墙施工

(一)施工机具

1深层搅拌机

中心管喷浆方式

叶片喷浆方式

前者的输浆方式是水泥浆从两根搅拌轴间的另一根管输出;后者是使水泥

浆从叶片的小孔喷出。

2配套机械(灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。)

(二)施工工艺

定位一预拌下沉一制备水泥浆一提升、喷浆、搅拌一重复上、下搅拌一清洗、移

(三)提高挡墙支护能力的措施

L卸载:挖去顶部一部分以减少主动土压力

2.加筋:可在墙中压入竹筋等,有助于提高墙体稳定性。

3.起拱:将水泥土挡墙作成拱形,在拱脚处设钻孔灌注桩,可提高其支护能

力。

4.挡墙变厚度:对矩形基坑因边角效应,在角部的主动土压力有所减小,故

角部可减薄水泥土挡墙的厚度,以节约投资。

第七节土工格栅支护

土工格栅:主要应用加筋挡土墙,道路路基加固,斜面边坡稳定加固,软土

地基改良等

第五章:盖挖逆筑法

§5-1概述

一、盖挖法分类

盖挖法:先由地面向下开挖至一定深度,然后施工地下工程柱、梁、顶板,再

将顶部覆盖,恢复交通,最后进行地下开挖。

适用条件、特点:埋深较浅,不允许较长时间占用交通线。

分类:根据施工对交通的影响程度分为:

1.盖挖顺作法(临时路面维持交通):

施工:先施工两侧桩(墙),中间临时柱和下部基础上架设临时路面系统,再在

其下修筑结构,最后回填重新完善路面一一建筑埋深较大。

特点:与明挖施工基本相同,占用路面时间较长。

2.盖挖逆作法(结构顶板维持交通):

施工:先施工两侧和中间的柱(墙),明挖基坑修建顶板,再回填土修筑路面恢

复交通,最后转入暗挖修筑建筑物。

适用:埋深较浅的情况。

特点:占用路面时间较少,其结构有以下特点:

(1)结构形式与施工期对地面交通的处理要求密切相关;

(2)地下结构受力构件兼有临时和永久双重功能;

(3)跨度较大时中间需设立柱和临时支撑,由于侧墙和中间立柱受力不均

匀,容易导致不均匀沉陷,对结构接触部位的刚度有较高要求。

(4)由于侧墙和中间立柱的自身下沉,容易导致混凝土开裂,需采用一些

特殊施工方法和处理技术。

3.半逆作法(半明半暗法施工):

施工:两侧和中间的柱(墙)采用矿山法施工,明挖中间的基坑修筑顶部建筑,

再回填恢复交通,最后再采用暗挖法完成主体工程。

适应:埋深适中,采用明、暗结合,减少占用交通的时间。

特点:边墙采用连续墙或浇注桩,不影响交通;中间柱明挖影响交通时间较短。

二、盖挖建筑结构型式

1.单跨结构

2.双跨结构

中间柱的结构施工方法:

(1)在永久柱两侧先单独设临时柱

(2)永久柱和临时柱合而为一

(3)永久柱和临时柱合而为一,两侧加设临时柱

大方法(2)采用的最多

三、盖挖法的施工方式

1,中间的主体工程与明挖施工相同。

2.两边的侧墙和中间柱:一般采用地下连续墙和桩基础的施工方法。

§5—2浅埋的地下结构(略)

概念:当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时,则为浅埋式结构.

分类:浅埋的地下结构包括附建式的地下室结构(防空地下室)、隧道的引道结

构和一般的浅埋结构。

§5-3地下连续墙的设计

一、地下连续墙施工的发展

地下连续墙起源于欧洲,由打井、石油钻井的泥浆护壁和水下浇筑碎的施工

方法结合。

1950年开始用于工程,主要是法国和意大利使用最多,用于地铁和城市建设。

1958年我国开始使用,主要用于高层建筑。广州白天鹅宾馆、上海电讯大楼等。

最深达26m。

二.地下连续墙的概念

用特制挖槽机械,在泥浆护壁状态下开挖长槽,将钢筋笼吊入沟槽,用导管

法在泥浆沟内浇筋碎,用碎将泥浆置换完,形成整体的地下连续墙。

1.地下连续墙的定义

是连续构筑在地下的一道钢筋混凝土墙。具有挡土、防水抗渗及承重等功能。

2.地下连续墙的优点

(1)可减少工程施工时对环境的影响。

(2)防水抗渗性能好。

(3)地下连续墙刚度大,能承受较大的侧压力。

(4)适用于多种地基条件。

(5)在建(构)筑物密集地区可以施工

但:施工需专门设备,宜造成施工环境泥泞潮湿。单体工程造价高。

缺点:

(1)施工后对废泥浆要进行处理。

(2)墙面虽可保证垂直度,但比较粗糙。

(3)造价较高

三、地下连续墙的施工工艺

地下连续墙的施工,要经过筑导墙、成槽、吊放接头管、吊放钢筋笼、浇筑

水下混凝土及拔出接头管成墙等环节。

四.地下连续墙的破坏形式

地下连续墙的受力与基坑形状、大小、埋深、墙体刚度、支撑刚度、土体性状、

地下水、开挖方法、工序有关。破坏形式有稳定和强度破坏两大类:

(1)稳定破坏:

包括:整体失稳、基坑隆起、管涌和流砂破坏等形式

(2)强度破坏:

包括:支撑强度不足或压屈、墙体强度不足、变形过大等。

五.地下连续墙的计算内容

计算内容:

1)、内力计算:按弹性地基梁进行计算

2)、截面确定:根据结构受力、槽壁稳定、环境

条件、施工因素等确定。

3)、入土深度:根据隆起、抗倾、抗渗和内力计

算确定

4)、结构配筋:按构造配筋

5)、防渗设计:接头止水

六.地下连续墙的计算方法

目前计算理论不完善,大致有四类:

(1)古典理论计算法:

条件:考虑土压力已知,不考虑墙体和支撑变形

方法:等值梁法,泰沙基法

(2)弹性计算法:

假定:墙体弯矩和支撑轴力不随开挖过程变化。

条件:土压力已知,考虑墙体变形,不考虑支撑变形。

方法:按弹性力学法计算。

(3)墙体变形协调方法

考虑:墙体弯矩和支撑轴力随开挖过程和支撑设置而变化。

条件:土压已知,考虑墙体变形和支撑弹性变位,但不考虑土体变形。

方法:结构力学和数值分析

(4)共同变形计算方法

考虑:土压力随墙体变形而变化,土体与墙体变形协调。

条件:已知土体特性

方法:一般采用数值分析方法

*目前一般采用前两种方法,后两种较为复杂。

§5-4地下连续墙施工

一、地下连续墙施工的主要设备和材料

1.泥浆制备和处理设备

制浆设备:胶质灰浆搅拌机,螺旋桨式搅拌机,压缩空气搅拌机,离心泵重

复循环拌和机

我国多用:泥浆搅拌机

泥浆处理设备:振动筛和旋流器

处理方法:机械处理、重力沉淀、化学处理。

2.挖槽设备

(1)抓斗式挖槽机:能在破碎挖土时,将士直接运出

特点:效率高,切土和弃土质量高

适用:粘性土和N值小于30的砂性土(N土的贯入值)

(2)钻头式挖槽机:钻头破碎土,泥浆循环出渣

特点:设备简单,操作容易,工效低,槽壁精度差

适用:无粘性土,硬土和夹有石子的复杂土层。

二、泥浆材料

(1)泥浆的作用:固壁、携渣、冷却和润滑

原理:泥浆渗入孔隙,在土槽表面形成透水性很小的泥皮,使土体表面胶

结成整体,泥浆比重大于地下水,使之足以平衡土压和地下水,以

维持槽壁的稳定。

(2)泥浆成分:膨润土、掺合物和水

(3)泥浆配比:

三、地下连续墙的施工

1.修筑导墙

导墙:沿连续墙纵轴线的地表开挖导沟,在两边修筑导墙。

(1)作用:为地下连续土墙定线和定标高

为挖槽机械定向

容蓄泥浆稳定液位

防止槽壁顶部土体坍落

作为吊放钢筋笼,杆导管和架设挖槽设的支点。

(2)型式:a.板墙式;b.L型;

c.倒L型;d.工字型;

(3)尺寸

2.泥浆护壁方式

根据开挖方式不同分两种

(1)静止泥浆护壁

采用抓斗挖槽,泥浆静止在槽内,随开挖深入,不断向槽内补浆,直至砂将

泥浆全部置换出。

(2)循环泥浆护壁

采用钻头挖槽,泥浆循环抽出,并把泥硝带出,经过对泥浆处理,再注入槽

内,起排磴、护壁作用。

泥浆作用:

(1)护壁作用

液体压力,相当于一种液体支撑;

槽壁形成泥皮

可以防止槽壁倒坍和剥落,并防止地下水渗入。

(2)携渣作用

泥浆具有一定的粘度,能土渣悬浮起来,使土渣随同泥浆一同排出槽

外。

(3)冷却和润滑作用

降低钻具温度,并具有润滑作用

3.深槽挖掘

挖掘:是地下连续墙施工的关键。

因素:应根据地质条件、开挖深度、施工条件选挖掘机械。

4、钢筋笼吊放

钢筋笼的起吊应用横吊梁或吊架。吊点布置和起吊方式要防止起吊时引起钢筋笼

变形。

5.硅浇筑

方法:碎由导管靠自重从导管口压出,随碎上升,泥浆挤出抽入沉淀池。

要求:导管插入硅内1.5~2m,导管间距3~4m.

碎浇至设计标高30~50cm以上。

*:导管插入太浅,碎被泥浆污染;太深碎不流畅。

*:超出标高30~50cm以备产除与泥浆污染层。

6.接头施工

地下连续墙混凝土浇筑时,连接两相邻单元槽段之间地下连续墙的施工接头,最

常用是接头管方式。

(1)接头管接头

(2)接头箱接头

(3)隔板式接头

(4)钢板组合接头

(5)预制块接头

§5-5逆作法施工工艺

一、逆作法施工工艺流程

适用:逆作法施工工艺常用于软土地区的深基坑工程。

基坑支护:在软土地区深基坑土方开挖中必须进行基坑支护,基坑支护体系由外

维护结构和坑内支撑体系组成。

基坑外支护:基坑外维护结构一般为地下连续墙或钢筋碎支护桩+水泥搅拌桩。

基坑内支护:通常在基坑内设若干道水平支撑,可将地下各层永久结构的梁板作

为水平支撑结构使用。

施工:基坑施工时的顺序先挖一步土方,随后做一道水平支撑;然后往下再挖一

步土方,然后再做一道水平支撑,如此顺序施工,地下结构的施工顺序就变成了

从上向下的逆作法施工。

二、逆作法在我国的应用

三、逆作法的特点

(1)有利于基坑周围环境的安全稳定;

(2)可不同程度地缩短施工总工期;

(3)地下结构设计更加合理;

(4)改善了施工现场的场地限制;

(5)具有明显的社会效益和经济效益

四、逆作法的计算实例分析

逆作法与顺作法相比,基坑更安全;围护结构受力大大减小,结构配筋可以更优。

但:然逆作法对施工工艺要求较高,在接缝防水方面要特殊处理。

五、逆作法尚待解决的问题

(1)软土中支承柱与地下连续墙的差异沉降施工控制;

(2)地上、地下施工层数的确定;

(3)中柱桩的定位及垂直度控制;

(4)“两墙合一”的后浇混凝土墙施工;

(5)土方开挖方法的改进。

六、逆作法柱头插筋施工

逆作法施工问题:

荷载传递:逆作法施工上层采用的水平支撑结构在下一层土方开挖时,水平支撑

结构悬空了,其荷载不能下传。

传递结构:需要设计竖向承重构件来承受各道水平支撑向下传递的荷载,工程设

计中通常采用钢格构柱来作为竖向承重构件,其结构如何施工。

解决措施:

钢格构柱:在工程桩基施工阶段预埋在灌注桩顶,土方开挖后格构柱露出,基坑

各道水平支撑结构与之连接,其荷载通过钢格构柱竖向传递到灌注桩,以解决逆

作法施工中水平支撑结构荷载的竖向传递问题。

接头处理:框架柱与格构柱重合位置的柱头施工较为复杂,柱头插筋就是逆作法

最重要的施工工序之一,其施工质量直接关系到工程的结构安全

第6章新奥法与锚喷支护

§6-1新奥法概述

一、新奥法要点

♦新奥法:围岩本身具有“自承”能力,若采用正确的设计施工方法,最

大限度地发挥这种自承能力,即可以使得经济效果达到最佳。

♦要点:尽可能不扰动周边围岩,开挖之后及时进行一次支护,然后视需要

进行二次支护。

特点:支护都是柔性的,以适应围岩的变形。目前采用经验统计类比的方

法做预设计,再在施工过程中不断监测围岩的应力、应变状况,按其发展

规律来调整支护措施。

适用:深埋、浅埋、中等埋深均可;

要求:勘测、设计、施工、控制各环节密切配合;

♦关键:尽可能地发挥围岩的自承作用,采用控制爆破(光面爆破、预裂

爆破)

二、新奥法的优点

(1)经济、快速

(2)安全、适应性强

能充分发挥围岩的自身承载能力,适应深埋、浅埋、中等埋深的各种岩质体。

(3)施工方便

采用喷锚等柔性支护,较宜实施。

三、新奥法的主要原则

(1)围岩是洞室的主要承载结构,而不是单纯的荷载,它具有一定的自承能力。

(2)尽量保持围岩原有的结构和强度;

(3)尽可能作到适时支护。

(4)支护本身应具有薄、柔、与围岩密贴和早强等特性,支护施工应及时快速,

使围岩尽快封闭而处于三向受力状态。

(5)洞室尽可能为圆形断面,或由光滑曲线连接而形成的断面,以避免应力集

中。

(6)良好的施工组织和施工人员的良好素质对洞室结构施工的安全、经济非常

重要。

新奥法施工的基本原则:

“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”

§6-2锚喷支护概述

一、锚喷支护简介

1、支护结构理论的发展

(1)1920年以前的古典压力理论阶段

⑵1920〜1960年代的松散体理论阶段

⑶60年代后发展成的现代支护结构

2、锚喷支护理论与设计要点

1)概念

锚喷支护(ShotcreteandBolting)是采用喷射混凝土、钢筋网喷射混

凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及时地对

地层进行加固的结构。

2)特点

⑴及时性:喷射碎,如早强,能迅速给围岩提供支护抗力;

⑵粘贴性:喷射碎与围岩能全面密贴粘结。

⑶柔性:喷锚支护是一种柔性支护,能适应围岩变形。

⑷协同性:锚杆可深入围岩一定深度形成承载圈。

⑸灵活性:可根据需要分别选择喷层、锚杆和钢筋网进行组合支护。

(6)封闭性:喷锚支护能及时封闭围岩,阻止空气中的水对围岩的侵蚀,防止

岩体膨胀和软化。

3适用条件

♦适用:各种一般性的岩体。

很好硬岩可以不喷;太差岩体不使用;

要求:配合光面爆破等控制爆破技术,使开挖断面轮廓平整、准确,便于

锚喷成型,并减少回弹量;

关键:减轻爆破对围岩的松动破坏,维持围岩强度和自承能力。

二、锚喷支护与传统支护的区别

(1)对围岩和围岩压力的认识上

・传统:“松散压力”;现代:形变压力。

⑵在围岩和支护间的相互关系上:

・传统:“荷载-结构”;现代:“围岩-支护”

⑶在支护功能和作用原理上:

・传统:承受荷载;锚喷:限制和加固围岩。

(4)在设计计算方法上:

・传统:计算在支护上的荷载;锚喷:确定支护效果;

⑸在支护形式和工艺上

・传统:模注混凝土;锚喷:及时加固围岩。

三、锚喷支护理念

①一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的;

②支护与围岩视作统一的复合体,支护和围岩共同作用;

③在复合体中,围岩是承载主体,最大限度的发挥围岩的自承能力,同时也要

发挥支护结构的承载能力;

④凭借现场试验和监测手段,划定围岩级别,获得力学参数,指导施工;

⑤对不同的地质条件,力学特征的围岩,灵活采用不同支护方式和相应的力学

计算模型。

四、锚喷支护设计要求

①支护必须与周围岩体大面积的牢固接触,即保证支护-围岩作为一个统一的支

护体系而共同工作;

②重视初期支护的作用,并使初期支护与二次支护相互配合,协调一致的工作;

③要允许围岩及支护结构产生有限的变形,以发挥围岩承载作用而减少支护结

构的受力。

④必须保证支护结构及时施作。如支护施作过晚,会使围岩暴露时间过长,产

生过渡的位移而濒临破坏;

⑤支护结

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