深基坑工程施工及监测.pptx

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1、深基坑施工监测及其模拟深基坑施工监测监测新技术和方法的应用施工过程控制要点施工过程模拟第1页/共91页现有成熟的施工技术1灌注桩后注浆技术(1)主要技术内容在钢筋笼上预埋注浆管和注浆阀,在成桩后一定时间内实施桩侧和桩底后注浆,一是加固桩底沉渣和桩侧泥皮;二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入(粗粒土)、劈裂(细粒土)和压密(非饱和松散土)注浆起到加固作用,从而增强桩侧阻力和桩端阻力,提高单桩承载力,减小沉降。在优化工艺参数的条件下,可使单桩承载力提高40%120%,粗粒土增幅高于细粒土,软土增幅最小,桩侧桩底复式注浆高于桩底注浆;桩基沉降减小30%左右。(2)技术指标根据地层性质、桩长、承载力

2、增幅和桩的使用功能(抗压、抗拔)等因素,灌注桩后注浆可采用桩底注浆、桩侧注浆、桩侧桩底复式注浆。主要技术指标为:浆液水灰比:地下水位以下0.450.7,地下水位以上0.70.9最大注浆压力:第2页/共91页软土层2 MPa,软土层4 8MPa,风化岩1016MPa。注浆水泥量:Gc=pd(桩端)+snd(桩侧)p=1.51.8,s=0.50.7n一桩侧注浆断面数d一桩径(m)实际工程中,以上参数根据土的类别、土的饱和度、桩的尺寸、承载力增幅等因素适当调整,并通过现场试注浆最终确定。(3)适用范围适用于泥浆护壁钻、挖孔灌注桩及干作业钻、挖孔灌注桩。(4)已应用的典型工程该技术已在北京、天津、上海

3、、福州、汕头、武汉、宜春、济南、廊坊、西宁、西安、德州、哈尔滨等地200余项高层、超高层建筑桩基工程中应用,经济效益显著,据对80项工程的初步统计,节约工程投资1.5亿元以上。对于单桩混凝土体积8-20m3 的桩,每根可节约造价0.20.8万元,具有极好的应用前景。该技术由中国建筑科学研究院地基基础研究所研发,获2项发明专利,2000年建设部认定其为国家工法。第3页/共91页2长螺旋水下灌注成桩技术(1)主要技术内容长螺旋水下成桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高,利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出,边压灌混凝土边提钻直至成桩,然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入桩体,形成钢筋混凝土灌注桩。后插

4、钢筋笼应与压灌混凝土宜连续进行。与普通水下灌注桩施工工艺相比,长螺旋水下成桩施工,由于不需要泥浆护壁,无泥皮,无沉渣,无泥浆污染,施工速度快,造价低。(2)技术指标基桩承载力:设计要求;桩径:设计要求;桩长:设计要求;桩垂直度:1%;混凝土强度:满足设计要求,不小于C20;混凝土塌落度:宜为200220mm;提钻速度:宜为1.21.5m/min;钢筋笼:设计要求,应具有一定刚度。第4页/共91页(3)适用范围适用于灌注桩水下施工。(4)已应用典型工程该技术为一项灌注桩施工新技术,已在北京、天津、唐山等地10多项工程中应用,受到建设单位、设计单位和施工单位的欢迎,经济效益显著,具有极好的应用前景

5、。该技术由中国建筑 科学研究院地基基础研究所研发并获发明专利。第5页/共91页3水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基成套技术(1)主要技术内容水泥粉煤灰碎石桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩(简称CFG桩),通过在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承担荷载,使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩端持力层应选择承载力相对较高的土层。水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大,地基变形小等特点,并具有较大的使用范围。(2)技术指标根据工程实际情况,水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成

6、桩。主要技术指标为:地基承载力:设计要求;桩径:宜取350600mm;桩长:设计要求,桩端持力层应选择承载力相对较高的土层;第6页/共91页桩身强度:混凝土强度满足设计要求,通常C15;桩间距:宜35倍桩径;桩垂直度:1.5%;褥垫层:宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等,不宜选用卵石,最大粒径不宜大于30mm。厚度150300mm,夯填度0.9。实际工程中,以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等条件或现场试验确定。(3)适用范围适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按当地经验或通过现场试验确定其适用性。就基础形式而言,既可用于条形基础、独立

7、基础,又可用于箱形基础、筏形基础。(4)应用情况该技术已在北京、天津、廊坊、石家庄、唐山、成都、南宁、深圳、德州、长春、哈尔滨、新疆等地多层、高层建筑、工业厂房地基处理工程中广泛应用,经济效益显著,具有极好的应用前景。第7页/共91页4夯实水泥土桩复合地基成套技术(1)主要技术内容夯实水泥土桩是用人工或机械成孔,选用相对单一的土质材料,与水泥按一定配比,在孔外充分拌和均匀制成水泥土,分层向孔内回填并强力夯实,制成均匀的水泥土桩。通过在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层,使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。由于夯实中形成的高密度及水泥土本身的强度,与搅拌水泥土桩相比,夯实水泥土桩桩体有较高强度

8、。夯实水泥土桩复合地基具有桩身强度均匀、施工速度快、不受场地的影响、造价低、无污染等特点。(2)技术指标根据工程实际情况,夯实水泥土桩成孔可采用机械成孔(挤土、不挤土)或人工成孔,混合料夯填可采用人工夯填和机械夯填。技术指标为:地基承载力:设计要求;桩径:宜为300600mm;桩长:设计要求,人工成孔,深度不宜超过6m;桩距:宜为24倍桩径;第8页/共91页桩垂直度:1.5%;桩体干密度:设计要求;混合料配比:设计要求;混合料含水率:人工夯实土料最优含水率Wop+(12);机械夯实土料最优含水率Wop-(12);混合料压实系数:0.93;褥垫层:宜用中砂、粗砂、碎石等,最大粒径不宜大于20mm

9、。厚度100300mm,夯填度0.9。实际工程中,以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等条件或现场试验确定。(3)适用范围适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。(4)应用典型工程夯实水泥土桩技术自开发应用以来,就受到建设单位、设计单位的欢迎,目前已在华北地区广泛应用,已处理工程数千项,取得了显著的经济效益和社会效益。第9页/共91页5真空预压法加固软基技术(1)主要技术内容真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水板,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜使与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中的吸水管道,用真空

10、装置进行抽气,将膜内空气排出,因而在膜内外产生一个气压差,这部分气压差即变成作用于地基上的荷载。地基随着等向应力的增加而固结。抽真空前,土中的有效应力等于土的自重应力,抽真空后,土体完成固结时,真空压力完全转化为有效应力。(2)技术指标该加固方法的技术指标有:密封膜内的真空度、加固土层要求达到的平均固结度、加固区的沉降值。当采用合理的施工工艺和设备,膜内真空度一般可维持相当于80kPa的真空压力;加固区要求达到的平均固结度,一般可采用80%的固结度,如工期许可,也可采用更大一些的固结度作为设计要求达到的固结度;先计算加固前建筑物荷载作用下天然地基的沉降量,然后计算真空预压期间完成的沉降量,两者

11、之差即为预压后建筑物使用荷载作用下可能发生的沉降。第10页/共91页(3)适用范围该地基加固方法适用于软粘土的地基加固,在我国广泛存在着海相、湖相及河相沉积的软弱粘土层。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差。在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差。对于该种地基,尤其是大面积处理时,如在该地基上建造码头、机场等,真空预压法是处理软粘土地基的有效方法之一。(4)已应用的典型工程黄骅港码头、深圳福田开发区、天津塘沽开发区、深圳宝安大道等。第11页/共91页6强夯法处理大块石高填方地基(1)主要技术内容强夯法处理大块石高填方地基方法主要是指强夯置换法,与其他地基处理方法相比具有费用

12、低、施工简单等优点,分整式置换和桩式置换二种方法。整式置换法是用强夯的冲击能将软弱土挤开置换成块石层,其机理与换填垫层法作用相似。桩式置换法是采用巨大的夯击能量将块石夯穿被加固土层并使块石沉底形成桩体,并与周围土体形成复合地基。由于桩体的加筋作用,地基中应力向桩体集中,使其分担了大部分基底传来的荷载;同时桩体的存在也使得土体中由于强夯引起的超静水孔隙水压力迅速消散,加快土体固结,提高土体抗剪强度,从而复合地基承载力相应提高。(2)技术指标夯击能量:单击夯击能量按Menard公式进行估算,锤底单位面积静压力不得小于100kN/m2。整式置换法单位夯击能不宜小于1500kN.m/m2;桩式置换法单

13、位夯击能不宜小于300kNm/m2。第12页/共91页夯击次数:通过现场试验确定,整式置换法宜控制在最后一击夯沉量不大于50mm;桩式置换法宜控制在最后一击夯沉量不大于200mm。夯点间距:夯点位置可按三角形、正方形布置。整式置换法的夯点间距S=D+(0.30.4)H;桩式置换法的夯点间距S=23D;D为锤径,H为加固深度。夯沉量:每阵夯沉量不宜大于0.8倍锤高,累计夯沉量宜为1.52.0H。加固宽度:每边应超出基础外边缘(0.51.0)H,且不小于3m。(3)适用范围强夯置换法适用于坐落在回填土、碎石土、湿陷性黄土、粘土、粉土、淤泥质土、淤泥等多种土层的工业与民用建筑,加固深度不宜超过7m。

14、(4)已应用的典型工程已应用的代表性工程有深圳国际机场停机坪、深圳西部通道工程等。第13页/共91页7爆破挤淤法技术(1)主要技术内容通过爆炸冲击作用降低淤泥结构性强度,同时利用抛石体本身的自重使爆前处于平衡状态的抛石体向强度降低处的淤泥内滑移,达到泥、石置换的目的。首先沿堤轴线陆上抛填达到爆炸处理的设计高程与宽度(见图1),形成爆前抛石堤纵断面线(1),然后在抛石堤前端“泥一石”交界面(2)前方一定位置、一定深度处的淤泥层内埋置单排群药包(3),引爆群药包,在淤泥内形成爆炸空腔,抛石体随即坍塌充填空腔形成“石舌”,同时抛石体前方和下方一定范围内的淤泥被爆炸弱化,强度降低,抛石体下沉滑移挤淤。

15、随后进行抛石,当淤泥内剪应力超过其抗剪强度时,抛石体沿定向滑移线(6)朝前方定向滑移,达到新的平衡后滑移停止。继续加高抛填,从而又出现新的定向滑移下沉,如此反复出现多次,直到抛石堤稳定为止,此时单循环结束。另外,当新的循环开始时,其爆炸作用对已形成的抛石体仍有密实和挤淤作用。第14页/共91页(3)适用范围:目前国内采用爆破挤淤法置换淤泥软基的厚度一般在420m,对于淤泥厚度小于4m时,可与抛石挤淤、强夯挤淤比较,大于20m时,须进行论证。(4)已有的典型工程该技术在海军16642工程防波堤、连云港西大堤、浙江嵊泗中心渔港防波堤、大连港东区围堤、珠海电厂陆域围堤、浙江玉环坎门渔港防波堤、深圳滨

16、海大道、广东汕头华能电厂以及深港西部通道等上百项工程中被成功采用。该技术具有工期短、造价少及工后沉降量小等特点,技术经济效益极其显 著,具有极好的应用前景。第15页/共91页8复合土钉墙支护技术(1)主要技术内容复合土钉墙是20世纪90年代研究开发成功的一项深基坑支护新技术。它是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术(如预应力锚杆、竖向钢管、微型桩等)或截水技术(深层搅拌桩、旋喷桩等)有机组合成的支护截水体系,分为加强型土钉墙,截水型土钉墙,截水加强型土钉墙三大类。复合土钉墙具有支护能力强,适用范围广,可作超前支护,并兼备支护、截水等性能,是一项技术先进,施工简便,经济合理,综合性能突出的

17、深基坑支护新技术。(2)技术指标复合土钉墙目前尚无技术标准,其主要组成要素普通土钉墙、预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩等应符合国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ120-99等技术标准的要求。另外,微型桩一般桩径250300,间距0.52.0m,骨架可采用钢筋笼或型钢,端头伸入坑底以下2.04.0m。竖向钢管一般4860,壁厚35mm。复合土钉墙在水位以下和软土中,采用48、厚3.5mm钢花管土钉,直接用机械打入土中,并从管中高压注浆压入土体。第16页/共91页(3)适用范围复合土钉墙可用于回填土、淤泥质土、粘性土、砂土、粉土等常见土层;可在不降水条件下采用,解决了在城市建设中因环境限制不宜人

18、工降水的难题;在无环境限制时,可垂直开挖与支护,易于在场地狭小的条件下方便施工;在工程规模上,深度20m以内的深基坑均可根据具体条件,灵活、合理地推广使用。(4)已应用的典型工程复合土钉墙由于技术上和经济上的综合优势,目前在北京、上海、深圳、广州、浙江、南京、武汉等地得到了广泛的应用,仅深圳、上海每年应用复合土钉墙支护的基坑工程都在150200个,典型的工程如深圳电视中心(深9.312.85m);深圳长城盛世家园一期(深11.65m),深圳长城盛世家园二期(14.221.7m);深圳凤凰大厦(深14.0m);深圳假日广场(深14.020.0m);上海西门广场等一批深5.07.0m,并有深层软土

19、的基坑;广州地铁新港站(深914.1m)等。第17页/共91页9预应力锚杆施工技术(1)主要技术内容将拉力传递到稳定的岩层或土体的锚固体系。锚杆的一端与岩土体或结构物相连,另一端锚固在岩土体层内,并对其施加预应力,以承受岩土压力、水压力、抗浮、抗倾覆等所产生的结构拉力,用以维护岩土体或结构物的稳定。它通常包括杆体(由钢绞线、钢筋、特殊钢管等筋材组成)、灌浆体、锚具、套管和可能使用的连接器。预应力锚杆施工包括:钻孔、预应力钢筋制作安放、灌浆、外锚头制作及张拉与锁定。(2)技术指标预应力锚杆施工技术指标应符合标准锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001、建筑基坑支护技术规程JGJ122-9

20、9、(岩土锚杆设计与施工规范(送审稿-2004)等的规定。通常锚杆钻孔直径为130 160mm,荷载设计值为200 3000kN。(3)适用范围预应力锚杆广泛的应用于各类岩土体加固工程,如:隧道与地下洞室的加固、岩土边坡加固、深基坑支护、混凝土坝体加第18页/共91页固、结构抗浮、抗倾覆,各种结构物稳定与锚固等。(4)已应用典型工程预应力锚杆在国内的土建工程中,例如高层建筑深基础工程、水电工程、铁道工程、交通工程、矿山工程、军工工程等基础设施工程中逐渐得到广泛应用。比较典型的工程有北京京城大厦深基坑支护工程、三峡永久船闸高边坡预应力锚杆加固工程、首都机场扩建工程地下车库抗浮工程、小浪底水利枢纽

21、地下厂房支护工程、京福高速公路边坡加固及滑坡整治工程。第19页/共91页10组合内支撑技术(1)主要技术内容组合内支撑技术是建筑基坑支护的一项新技术,它是在混凝土内支撑技术的基础上发展起来的一种内支撑结构体系,主要利用组合式钢结构构件截面灵活可变、加工方便等优点,其具有以下特点:适用性广,可在各种地质情况和复杂周边环境下使用;施工速度快;支撑形式多样;计算理论成熟;可拆卸重复利用,节省投资。(2)技术指标(3)适用范围适用于周围建筑物密集,相邻建筑物基础埋深较大,周围土质情况复杂,施工场地狭小,软土场地等深大基坑。(4)已应用典型工程北京国贸中心、广东工商行业务大楼、广东荔湾广场、广东金汇大厦

22、。第20页/共91页11型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术(1)主要技术内容型钢水泥土复合搅拌桩支护结构同时具有抵抗侧向土水压力和阻止地下水渗漏的功能,主要用于深基坑支护。其制作工艺是:通过特制的多轴深层搅拌机自上而下将施工场地原位土体切碎,同时从搅拌头处将水泥浆等固化剂注入土体并与土体搅拌均匀,通过连续的重叠搭接施工,形成水泥土地下连续墙;在水泥土硬凝之前,将型钢插入墙中,形成型钢与水泥土的复合墙体。实际工程应用中主要有两种结构形式:I型是在水泥土墙中插入断面较大H型,主要利用型钢承受水土侧压力,水泥土墙仅作为止水帷幕,基本不考虑水泥土的承载作用和与型钢的共同工作,型钢一般需要涂抹隔离剂,待基

23、坑工程结束之后将H型钢拔除,以节省钢材。II型是在水泥土墙内外两侧应力较大的区域插入断面较小的工字钢等型钢,利用水泥土与型钢的共同工作,共同承受水土压力并具有止水帷幕的功能。该技术具有以下技术特点:施工时对邻近土体扰动较少,故不至于对周围建筑物、市政设施造成危害;可做到墙体全长无接缝施工、墙体水泥土渗透系数k 可达10-7cm/s,因而具有可靠的止水性;成墙厚度可低至550mm,故围护结构占地和施工占地大大第21页/共91页减少;废土外运量少,施工时无振动、无噪声、无泥浆污染;工程造价较常用的钻孔灌注排桩的方法约节省20%30%。(2)技术指标水泥土地下连续墙按地基处理技术规程J220-200

24、2 相关要求施工。水泥土强度宜大于1MPa,水泥土渗透系数k宜大于10-6mm/s。水泥土墙厚宜大于550mm,且应符合当地对水泥土止水帷幕厚度的要求和施工技术的要求。型钢的断面、长度和在水泥土墙中的位置应由设计计算确定。型钢材质须满足国家相关规范的要求。(3)适用范围该技术可在粘性土、粉土、砂砾土使用,目前在国内主要在软土地区有成功应用。该技术目前可在开挖深度15m下的基坑围护工程中应用。(4)已应用的典型工程型钢水泥土复合搅拌桩支护结构在许多基坑支护工程中得到了成功应用,例如:上海静安寺下沉式广场、上海国际会议中心、和田路下立交引道、丁香花园大厦、地铁陆家嘴车站出入口、地铁2号线龙东路延伸

25、段、上海梅山大厦、上海怡沣丰基地等工程的基坑围护。第22页/共91页12冻结排桩法进行特大型深基坑施工技术(1)主要技术内容基础冻结排桩法的基本思路是:以含水地层冻结形成的冻结帷幕墙为基坑的封水结构,以排桩及内支撑系统为抵抗水土压力的受力结构,充分发挥各自的优势特点。在施工深、大基坑时,采用排桩作为结构支撑体系工艺成熟,冻结帷幕具有良好的封水性能,两种技术的结合不仅解决了基础维护结构的嵌岩问题而且解决了封水问题,施工可操作性强。两种技术的结合既是优势互补,又是一种大胆的技术创新。为了保护冻结墙体,增加封水深度减少基底涌水量和扬压力,通过冻结孔外侧设置的多个注浆孔在一定标高范围内形成注浆帷幕。同

26、时考虑到冻结过程中冻土体积膨胀会产生一定的冻胀力,为降低冻胀力对排桩结构的影响,在冻结孔外侧距其中心一定位置处插花布设多个卸压孔,施工中需要注意的问题:在冻结过程中土的体积膨胀将对排桩产生较大的水平冻胀压力。排桩靠基坑内侧在基坑开挖过程中与空气接触后,温度将急剧上升;而另外一侧与冻土墙体接触温度非常低,排桩因两侧巨大温差将产生的温度应力。第23页/共91页冻土墙体达到设计厚度后,如何对其进行有效控制从而避免产生更大的冻胀力。岩土力学基本理论的不成熟,设计计算所采用的数学力学模型岩土体的实际应力一应变状态常存在着较大的差距,必须加强工程监测,通过信息化施工及时发现问题,保证工程安全。(2)技术指

27、标根据深大基坑施工的技术难点和特点冻结排桩法施工,各分项工程的主要技术指标如下:排桩垂直度:1/200;排桩充盈系数:5%;排桩平面位置偏差:2cm;冻结管垂直度:表土0.3%;岩层0.5%;盐水温度:积极冻结期-25-28;维护冻结期-2225;设计冷凝温度:30;冻结壁平均温度:-7;第24页/共91页(3)适用范围冻结止水适用于各种不良地质情况,并且基坑越深,其经济上、工期上的优势也就越大,特别是地下水丰富的软土地层就更具有优越性。适用于25-50米的大型和特大型基坑(矩形、圆形和其他几何形状)的施工。(4)已应用的典型工程在润杨长江公路大桥南汊悬索桥南锚碇基础等项目的施工中得以应用,并

28、取得成功经验,为今后特大型深基坑基础工程开创了新的技术手段。该项目由中国路桥集团第二公路工程局开发,是中国路桥集团重点资助的科技开发项目。第25页/共91页13高边坡防护技术(1)主要技术内容经过采用极限平衡法、数值分析方法对边坡稳定性进行分析计算,得出保证高边坡稳定所需要的锚固力。通过在坡体内施工预应力锚索、打入一定数量的系统锚杆(土钉)或注浆加固对边坡进行处治。系统预应力锚索为主动受力,单根锚索设计锚固力可高达3000kN,是高边坡深层加固防护的主要措施。系统锚杆(土钉)对边坡防护的机理相当于螺栓的作用,是一种对边坡进行中浅层加固的手段。根据滑动面的埋深确定边坡不稳定块体大小及所需锚固力,

29、一般多用预应力锚(索)杆有针对性的进行加固防护。为防治边坡表面风化、冲蚀或弱化,主要采取植物防护、砌体封闭防护、喷射(网喷)混凝土等作为坡面防护措施。(2)技术指标根据边坡高度、岩体性状、构造及地下水的分布,判断潜在滑移面的位置。选择适宜的计算方法确定所需的锚固力并给出整体安全系数。采用加固防护措施提高边坡的稳定性。主要技术指标为:锚索锚固力:5003000kN；锚杆锚固力:100500kN第26页/共91页喷射混凝土:强度不低于C20锚(索)杆固定方式:可采用机械固定、灌浆(胶结材料)固定、扩张基底固定方式,根据粘结强度确定锚固力设计值。在实际工程中,要结合边坡坡度、高度、水文地质条件、边坡

30、危害程度合理选择防护措施,提高地层软弱结构面、潜在滑移面的抗剪强度,改善地层的其他力学性能,并加固危岩,将结构物一地层形成共同工作的体系,提高边坡稳定性。(3)适用范围高度大于30m的岩质高陡边坡、高度大于15m的土质边坡、水电站侧岸高边坡、船闸、特大桥桥墩下岩石陡壁、隧道进出口仰坡等。(4)已应用的典型工程高边坡加固防护技术在交通、铁道、水电、矿山等行业应用规模不断扩大,展示了广阔的发展前景。在三峡永久船闸高边坡、李家峡水电站侧岸边坡、小浪底水利枢纽高边坡、小湾水电站高边坡、宜昌下涝溪特大桥桥墩下岩石陡壁锚固、大连港矿石码头高边坡、京福国道、京珠高速等项目中应用高边坡加固防护技术,取得了良好

31、的工程效果。第27页/共91页14非开挖埋管技术(1)主要技术内容非开挖埋管技术即人们通常所说的顶管法施工技术。顶管法是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中、小型管道的一种施工方法。它无须挖槽,可避免为疏干和固结土体而采用降低水位等辅助措施,从而大大加快施工进度。在特殊地层和地表环境下施工,具有很多优点。顶管法已有百年历史。短距离、小管径类地下管线工程施工,广泛采用顶管法。近几十年,中继接力顶进技术的出现使顶管法已发展成为可长距离顶进的施工方法。顶管法的主要技术内容包括:顶管法的基本构成,包括顶进设备、顶管机头、中继环、工程管及吸泥设备;顶管法顶力计算;顶管法综合施工技术,包括顶管工作坑的开挖

32、、穿墙管及穿墙技术、顶进与纠偏技术、陀螺仪激光导向技术、局部气压与冲泥技术及触变泥浆减阻技术。第28页/共91页(2)技术指标顶管法的技术指标应符合国家行业标准顶管施工规范的规定。(3)适用范围适用于直接在松软土层或富水松软地层中敷设中、小型管道。(4)已应用的典型工程近几十年,中继接力顶进技术的出现使顶管法已发展成为可长距离顶进的施工方法,使顶管技术在长距离穿越江河、湖泊及地面交通工程等的地下管道的敷设工程中逐渐得到普遍应用。比较典型的工程有:浙江镇海穿越甬江的顶管工程、上海穿越黄浦江的顶管工程、西气东输穿越黄河顶管工程等。第29页/共91页15土工合成材料应用技术(1)主要技术内容土工合成

33、材料是一种新型的岩土工程材料,分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等种。土工合成材料具有过滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护等六大功能及作用。在我国不仅已经广泛应用于建筑工程的各种领域,而且已成功地研究、开发了成套的应用技术。该项技术里可细分为:土工织物滤层应用技术;土工合成材料加筋垫层应用技术;土工合成材料加筋挡土墙、陡坡及码头岸壁应用技术;土工织物软体排应用技术;土工织物充填袋应用技术;模袋混凝土应用技术;塑料排水板应用技术;土工膜防渗墙和防渗铺盖应用技术;软式透水管和土工合成材料排水盲沟应用技术;第30页/共91页土工织物治理路基和路面病害应用技术;11土工合成材料三

34、维网垫边坡防护应用技术等。(2)技术指标土工合成材料生产规格和应用技术应符合国家行业标准土工合成材料应用技术规范以及交通部行业标准水运工程土工合成材料应用技术规范(JTJ239-2005)、公路土工合成材料应用技术规范(JTJ/T019-98)。(3)适用范围目前我国的土工合成材料产品的品种、规格已趋齐全,产量具有相当规模,其主要技术性能指标和产品质量已达到国际水平,可以满足各类工程对其力学性能、水力学性能、耐久性能和施工性能的需要。土工合成材料应用在各类工程不仅能很好地解决传统材料和传统工艺难于解决的技术问题,而且的均取得了显著的经济效益,工程造价可降低15%以上。土工合成材料应用技术的适用

35、范围十分广泛。可在所有涉及岩土领域的各种建筑工程中应用。(4)已应用的典型工程第31页/共91页我国各地的水利、水运、铁路、公路、机场、市政、环保、工业与民用建筑等行业均大量地使用了土工合成材料。据粗略统计,应用土工织物滤层应用技术的工程超过近10000个;应用加筋垫层技术的超过1000个,使用加筋技术修建的高大挡土墙和码头岸壁超过100个,仅重庆市的加筋岸壁的长度已超过20km;土工织物软体排已应用于所有的航道整治工程;麻袋混凝土技术不仅在苏南运河已有30年的应用历程,近几年也在海湾工程中得到大规模的使用;长江堤防工程和许多堆石坝已大量土工膜防渗墙;高速公路广泛采用土工织物综合治理路基和路面

36、病害,均取得了显著的技术经济效益。长江口深水航道治理工程:该工程于1998年开工。其主要整治建筑物有南、北导堤两座总长97128km、丁坝24座总长19.09km、分水口鱼嘴浅堤3.8km。该工程大规模地使用了软体排护底、充填袋筑堤、塑料排水板处理软土地基和模袋混凝土压顶技术。共使用各类土工织物3285万m2、加筋带3826万m、塑料排水板670万m。很好的控制了河势稳定、保障了堤身结构在施工期和使用期的稳定安全。该工程的二期工程已于2004年竣工,确保了二期工程航道整治目标水深的实现。青藏铁路工程:在新建的1118km线路中,积极慎重大量地应用了土工合成材料,解第32页/共91页 决了高寒地

37、区筑路的特殊技术问题。如在高含冰量较高路基堤中采用土工搁栅,加强了路基的强度,解决不均匀沉降,避免纵向裂缝;在高含冰量冻土段的路暂及深季节冻土段使用防渗复合土工膜,防止了地表水渗入地基,影响冻土的温度场及水分含量避免造成融化下沉和冻涨问题的产生;采用平面及三维土工网垫,试验人工植草,解决边坡防护;使用土工格室进行软土地基处理和边坡柔性防护等,均取得了良好的效果。第33页/共91页16暗挖法(1)主要技术内容暗挖法即新奥法,它是在传统矿山法修建隧道方法的基础上发展起来的。新奥法创立之前,采用传统矿山法修建隧道。传统矿山法认为,开挖隧道必然要引起围岩坍塌掉落,开挖的断面越大,坍塌的范围也越大。因此

38、,传统的隧道结构设计方法将围岩看成是必然要松弛塌落而成为作用于支护结构上的荷载。传统矿山法将隧道断面分成为若干小块进行开挖,随挖随用钢材或木材支撑,然后,从上到下,或从下到上砌筑刚性衬砌。这是与当时的机械设备、建筑材料和技术水平相一致的。随着锚喷技术的出现和岩石力学理论的进展,人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了更深入的认识。1963年,由奥地利学者L.腊布兹维奇教授命名的“新奥地利隧道施工法(New Austria Tunnelling Method)”,简称“新奥法(NATM)”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段,以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法,将理论

39、指导、监控量测和工程经验相结合的一种施工方法。其主要技术内容包括:第34页/共91页新奥法的原理及技术要点;新奥法的分类及施工工艺;光面爆破、控制爆破及机械开挖技术;锚喷支护技术;监控量测及信息反馈技术。(2)技术指标新奥法的技术指标应符合铁路隧道设计规范(TB10003-2005)、铁路隧道新奥法指南(中国铁道出版社,1988)和公路隧道设计规范(JTGD70-2004)的规定。(3)适用范围可应用于铁路隧道、公路隧道、地下铁道及其他地下工程的设计和施工。(4)已应用的典型工程从20世纪80年代初开始,我国隧道工程的设计与施工全面推广和实施新奥法,著名的隧道工程有大瑶山隧道、华蓥山隧道、五指

40、山隧道、米花岭隧道、秦岭隧道、圆梁山隧道等。第35页/共91页17逆作法(1)主要技术内容逆作法是建筑基坑支护的一种施工技术,它通过合理利用建(构)筑物地下结构自身的抗力,达到支护基坑的目的。传统意义上的逆作法是将地下结构的外墙作为基坑支护的挡墙(地下连续墙)、将结构的梁板作为挡墙的水平支撑、将结构的框架柱作为挡墙支撑立柱的自上而下作业的基坑支护施工方法。根据基坑支撑方式,逆作法可分为全逆作法、半逆作法和部分逆作法三种。逆作法设计施工的关键是节点问题,即墙与梁板的连接,柱与梁板的连接,它关系到结构体系能否协调工作,建筑功能能否实现。与其他施工技术相比,逆作法具有以下技术特点:适用性广,可在各种

41、地质条件和周围环境下作业;基坑变形小,对周围环境和建筑物影响小;施工效率高,工程施工总工期短;结构设计合理;施工工序简化,经济效益明显。第36页/共91页(2)技术指标逆作法的设计施工应符合国家标准建筑地基基础设计规范(GB5007-2002)和冶金行业标准建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)的相关规定。(3)适用范围适用于建筑群密集,相邻建筑物较近,地下水位较高,地下室埋深大和施工场地狭小的高(多)层地上、地下建筑工程,如地铁站、地下车库、地下厂房、地下贮库、地下变电站等。(4)已应用的典型工程我国已有近百项逆作法建筑基坑支护的工程实例,比较典型的工程有:北京百货大楼新楼、上海恒积大厦

42、、广州国际银行中心、北京地铁天安门东站等。.第37页/共91页18盾构法(1)主要技术内容盾构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。自1818年法国工程师布鲁诺尔(Brunel)发明盾构法以来,经过100多年的应用与发展,已使盾构法能适用于任何水文地质条件下的施工,无论是松软的、坚硬的、有地下水的、无地下水的暗挖隧道工程都可用盾构法。盾构法施工之所以广泛采用,除了城市地下工程发展的客观需要外,还由于该法本身具有以下突出的优越性。1.施工安全:在盾构设备掩护下,于不稳定土层中,可安全进行土层开挖与支护工作。2.暗挖方式:施工时与地面工程及交通互不影响,尤其是在城区建筑物密集和交通

43、繁忙地段,该法更有优越性。3.震动和噪音小:可严格控制地表沉陷,对施工区域环境影响小,对施工地区附近的居民几乎没有干扰。盾构法施工作业的主要技术内容包括:盾构分类及选型;盾构技术参数设计;盾构施工技术;盾构施工的地表沉陷及地层移动控制技术。第38页/共91页(2)技术指标盾构法的技术指标应符合公路工程技术标准(JTGB01-2005)、铁路隧道设计规范(TB10003-2005)的规定。(3)适用范围适用于各类土层或松软岩层中隧道的施工。(4)已应用的典型工程近年来,我国城市地铁隧道、污水隧道及管线隧道的修建越来越广泛地采用盾构法。广州、深圳、南京和北京地铁隧道的修建均采用了盾构法。典型的盾构

44、隧道工程:上海地铁盾构隧道、深圳地铁盾构隧道、广州地铁盾构隧道、南京地铁盾构隧道、北京地铁五号线盾构隧道、北京清河污水盾构隧道等。第39页/共91页动态施工 一.施工过程的模拟与量测数据分析 1施工过程的数值模拟基坑工程的动态施工过程,除了其围护墙体结构的初始施作外,主要包括:土体在平面上的分区和剖面上的分层开挖;内支撑结构的逐道设置;预加荷载的逐级施加、墙体结构的逐次锚固;临时性支撑结构的逐道撤除。此外,还存在于基坑最终开挖深度之下的底部注浆加固及井点降水等辅助性控制阶段。因此,随着工程的进展,一方面墙体的变形与内力在不断增加,土体的地表沉降与坑底隆起呈增大趋势;另一方面,作用在墙体上的水平

45、侧压力则随着结构变形的增加在减小。这就是说,现行将水平侧压力作为静止不变的荷载来输入的各种简化设计方法都存在其固有的缺陷与不足。为了模拟上述不同的施工过程,必须建立围护结构墙体-横向内支撑-土体的共同作用模型,将施工工况分成若干有代表性的阶段,采用有限元数值法,实现动态施工过程的仿真运算。第40页/共91页在一般条件下,各施工过程的变化可用下式描述:(K0 +Ki)i=Fi r+Fia(i=1,L)(1)式中 L 为施工阶段总数;K0 为施工前土体与墙体结构的初始总刚度;Ki 为施工过程中土体和结构刚度的增减量,用以描述挖去土体单元及设置或撤除支撑、锚固结构单元的刚度;Fi r为开挖释放产生的

46、增量边界结点力列阵,初次开挖由土体自重、地下水荷载、地面荷载等确定,其后的各开挖步由当前应力状态来决定;Fia为施工中所施加的附加结点荷载列阵;i为任一施工阶段所产生的增量位移列阵。任一施工阶段 i 的位移i和应力i为(i=1，L)（2）式中 为初始应力;为任一施工阶段的增量应力。第41页/共91页2 墙体及内支撑结构的施工模拟在有限元法分析过程中,一般采用板单元或梁单元模拟围护墙体结构,而用梁单元或杆单元来模拟内支撑体系,有关结构单元刚度矩阵可参见文献 1。如上所述,在基坑施工过程中,墙体结构作为初始刚度考虑,内支撑梁则随着施工过程的进而逐道施作,当开挖至预定标高施作主体结构时,又需要由下而

47、上撤除用作临时性支护的内支撑结构。为反映这一先施作再撤除的动态过程,采用Ki 来模拟其增减变化量。在施工过程中内支撑梁轴力的变化量由下式表示:Ni=Ni-1+KNi(ui-ui-1)(3)其中 N0=0,(4)式中 KNi为第 i 道内支撑梁的轴向刚度;Ei,Ai 分别为梁材料的模量和截面积;L为开挖宽度;S 为内支撑间距;为刚度折减系数,它取决于施工误差、圈梁的变形以及混凝土蠕变引起的内支撑梁刚度降低,一般取=0.51.0,对于混凝土材料则有=(1-c)/(1+c),c为蠕变系数,c为干燥收缩应变值。为模拟墙体与土体间的相互作用,计算过程中宜引入古德曼(Goodman)单元,其法向刚度kn按

48、地层的刚度系数择定,切向刚度ks的选择需满足墙体与土体易于滑动的条件,一般取 10kN/m33。第42页/共91页3 现场量测与数据处理分析(1)现场量测与数据源深基坑工程现场监测工作主要包括与围护结构、周围土体和周围环境影响有关的量测。本文仅讨论与围护结构有关的量测,其主要量测项目有墙体结构的水平倾斜角、横向内支撑梁的轴向力以及墙背面的水、土压力等。由墙体的水平倾斜角推算出的水平变形和弯矩,可用来验证围护结构设计,指导坑内开挖,保证施工安全。鉴于其量测结果的可靠性,可成为反演分析的一个主要数据源。(2)量测数据处理现场量测数据常常由于测点间距设置过大或测点受到破坏而引起量测点数不够充足,或需

49、要向其它物理量(如变形、弯矩等)转换时,宜作插值处理,而且由于量测数据本身的读数误差等影响,还需对离散的数据作平滑分析。利用墙体倾斜角来推算其水平变形和弯矩,一般是假定墙体最下端的水平方向固定,分别通过数值积分和数值微分的方法获得。具体由下式定义:第43页/共91页 ；（5）式中为水平倾斜角;u(x)为点 x 相对于 x=a 处的位移;M为相应的弯矩;EI 为其弯曲模量。当量测点间距小于 0.5m 时,来自仪器的量测误差(一般仪器的量测精度为 2 10-5rad)因积分和微分传递不大,无需进行拟合分析;但当量测点间距大于0.5m或因某些量测点受到破坏,常求助于拉格朗日插值或样条函数插值的方法来

50、进行数据处理,下面给出样条函数插值的方法:；x i x x i+1(i=1,2,n-1)a x1 x n b(6)式中为测点 x i 处量测值;S(x)为相应的插值;cik为插值系数;a,b为插值区间。将式(6)代入式(5)可得任意点的插值位移为：(x j x x j+1)(7)其中 同样有任意点弯矩为M(x)=EI c+c(x-x i)+c(x-x)(x i x x i+1)(8)第44页/共91页二.动态施工反演分析在常规的反演分析中,忽视了施工过程对反演计算结果的影响,人为地造成了一些计算上的误差。由于基坑施工工序的特殊性,量测结果是随着工况的变化而变化,呈现一种动态的响应过程。因此,有