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地下建筑工程施工技术教案DOC

绪论

一.地下建筑施工课程的任务、特点

1.地下工程是埋于岩土介质中的结构物

2.应根据工程地质与水文地质条件,综合考虑下列因素:

◆地下工程的类型、规模、结构形式;

◆开挖深度、降水排水条件、施工季节;

◆周边环境、工程经验、工程造价;

◆做到因地制宜、因时制宜,选用合适的地下工程施工方法与施工技术,以

取得以下效果:安全可靠、质量保证、方便施工、技术先进、经济合理。3.地下建筑施工专门研究各类地下工程、基础工程的:

◆施工方法

◆施工工艺

◆施工技术

4.本课程的任务:

不但要求学习、掌握地下建筑施工技术,而且要求能够研究各类地下工程的施工方法、施工工艺与施工技术,具有独立分析和解决地下工程施工问题的能力。二.地下建筑施工技术概要

1.一般地下工程:

城市地铁、越江隧道、引水隧道、地下工厂、地下民用设施、地下军用设施、高层建筑地下室

2.常用地下工程施工方法:

◆明挖法

◆暗挖法

◆明暗结合开挖法

3.明挖法有:

放坡开挖(大开挖)法、重力式水泥土墙法、高压旋喷法、土钉墙法、深基坑施工法、沉井法。

4.暗挖法有:

◆盾构法;

◆顶管法;

◆矿山(暗挖隧道)法

5.明暗结合开挖法有:

◆逆作法;

◆沉管法;

◆箱涵法

其中逆作法又分为:全逆作法、半逆作法、盖挖法

三.学习本课程需要注意的几个问题:

1.本课程着重讨论地下工程:

施工方法、施工工艺和施工技术;每一种施工方法、施工工艺和施工技术都有其特点,应注意它们各自的适用场合。

2.要求掌握一般地下工程常用的施工方法和施工技术;了解国内外施工领域的新技术和发展动态;具有独立分析和解决地下工程施工技术问题的初步能力。3.地下建筑施工技术涉及面广,实践性强,技术发展迅速,要求坚持理论联系实际,要重视生产实习、教学参观、现场教学等实践性的教学环节,要有计划地

到施工现场去参观,积累实践的感性知识。

第一章大开挖基坑工程施工

§1.1 概述

1.大开挖土方工程:指不采用支撑形式而采用直立或放坡施工方法进行开挖的基坑工程,有时又称放坡基坑开挖。开挖深度不大:一般小余10m深。

2.大开挖(放坡开挖)是明挖法中用得最多、最普通的一种方法,它具有的优点是:

◆坑内无支撑

◆方便大型机械与主体结构施工

◆施工速度快、成本低

3.边坡设计需要确定两个基本参数:边坡开挖深度和坡度

边坡开挖深度称为坡高H,坡度用坡角或高宽比表示

4.大开挖基坑的边坡稳定主要是通过边坡土质的抗剪强度来实现的。边坡的稳定性安全系数越低,变形越大。

5.大开挖基坑工程的施工内容包括:

◆施工组织设计;

◆基坑降水和边坡加固的方法;

◆基坑土方开挖

§1.2 施工组织设计

1.施工组织设计的任务:

根据建筑结构设计的要求,结合施工现场的具体情况,提出施工的具体方法和实施途径,保证工程按质如期完成。

2.施工组织设计主要包括如下内容:

◆选择合理的土方开挖方案、施工方法和施工设备;

◆对建筑工地进行总平面规划

3.大开挖基坑施工的土方开挖方案:

主要指边坡稳定计算、基坑降水方案、土方开挖的行进路线和边坡加固方法。4.土方开挖的施工方法:

人工开挖和机械开挖两种

5.选择施工设备

根据施工方法,选择合理的施工机具,提高挖土的机械化水平,缩短工期6.施工平面图设计内容应包括:

◆地上和地下原有建筑物和构筑物;

◆地上和地下拟建建筑物和构筑物;

◆为施工服务的临时设施。

§1.3 边坡稳定性计算和边坡失稳防止措施

1.基坑边坡主要的破坏形式:

◆沿近似圆弧的滑动面破坏;

◆沿近乎平面的滑移。

2.边坡失稳有如下几种原因可能导致边坡原来受力平衡状态失去平衡:

◆受荷;

◆土体抗剪强度降低;

◆动、静水压力的作用。

3.边坡稳定性计算的目的:确定边坡的主要系数、放坡坡度等

4.边坡失稳的防止措施:

◆边坡修坡;

◆设置边坡护面;

◆边坡坡脚抗滑加固。

§1.4 流砂、管涌的防止和基坑降水措施

1.流砂和管涌是基坑土方工程施工需要防止的两大危害

2.流砂:当水力梯度大于临界值

3.管涌:当土层主要由粗细相差较大的两类土粒组成时

4.防止流砂和管涌的措施:

◆设置防渗帷幕,增大渗径,减少水力梯度;

◆水下挖土,减少水力梯度;

◆人工降低地下水位。

5.大开挖基坑的降水一般有两种途径:

◆明排法

◆人工降水法

§1.5 土方开挖施工

1.放坡开挖的方法:

◆人工开挖:劳动强度大;

◆小型机械开挖:施工空间受限制情况下;

◆大型机械开挖:工作效率高。

2.机械挖土:

◆正向铲挖土机开挖:正向开行、侧向开行;

◆反向铲挖土机开挖:沟端开行、沟侧开行;

◆索铲挖土机开挖;

◆合瓣(抓斗)挖土机开挖。

第二章深基坑工程施工

深基坑工程施工是地下工程施工技术的重要组成部分

§2.1 概述

1.深基坑工程:通常基坑开挖深度大于等于7.0m

2.深基坑工程作用:

◆给地下结构敞开开挖创造条件;

◆建筑物地下结构的一部分。

3.基坑安全等级:

◆一级

◆二级

◆三级

§2.2 基坑支护结构类型与选择

1.支护结构分类:挡土结构和支撑结构两类

2.支护结构类型:

◆钢板桩、钢管桩、H型钢桩加横挡板、钢筋混凝土预制板桩、

◆钻孔(挖孔)灌注桩围护墙;地下连续墙;水泥土墙;高压旋喷桩;

◆钻孔灌注桩与水泥搅拌桩相结合;劲性水泥土墙;外拉锚;

◆土钉墙;沉井;沉箱。

3.支撑结构类型:

◆内支撑:型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑、围檩、立柱等;

◆外支撑:拉锚和土锚

§2.3 基坑稳定性验算

◆基坑抗整体滑动失稳验算;

◆基坑抗隆起验算;

◆基坑抗管涌验算;

◆基坑抗承压水稳定验算

§2.4 钢板桩支护结构施工

1.钢板桩施工准备:柱帽、转角桩的制作

2.钢板桩打入方法:

◆单桩打入法;

◆双层围檩法;

◆屏风打入法。

3.钢板桩的拔除:

两种拔桩方法:振动锤拔桩法、重型起重机与振动锤共同拔桩法

4.钢板桩打入的允许偏差

5.钢板桩施工常遇问题与对策

§2.5 钻孔灌注桩支护结构施工

◆施工机械:干作业成孔机械;湿作业成孔机械。

◆干作业成孔钻孔灌注桩施工工艺

◆湿作业成孔钻孔灌注桩施工工艺

§2.6 挖孔桩支护结构施工

◆人工挖孔桩

◆施工安全:重视操作人员的人身安全

§2.7 水泥土墙支护结构施工

深层搅拌桩水泥土墙施工工序:定位、预搅下沉、预备水泥浆、喷浆搅拌提升、重复上、下搅拌、清洗、移位至下一根桩。

第三章沉井施工

§3.1 概述

通常沉井由刃脚、井壁、内隔墙、井内纵横粱等组成的圆筒或矩形钢筋混凝土结构

1.沉井的应用:

◆地下工业厂房、大型设备基础、地下仓(油)库、人防掩蔽所、盾构拼装井、◆船坞坞首、桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站、矿用竖井、

◆地下车道与车站、地下建(构)筑物的围壁、大型深埋基础等等

2.沉井在施工中具有的独特优点:

◆占地面积小;

◆不需要围护;

◆挖土量小;

◆对邻近建筑物的影响比较小;

◆操作简便,无需特殊的专业设备。

§3.2 沉井的分类与构造

1.沉井按制作材料分类:

混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石

2.沉井按平面形状分类:

◆圆形单孔沉井;

◆方形单孔沉井;

◆矩形单孔沉井;

◆矩形双孔沉井;

◆椭圆形双孔沉井;

◆矩形多孔沉井。

3.沉井按竖向剖面形状分类:

◆圆柱形沉井;

◆阶梯形沉井;

◆锥形沉井。

4.沉井的组成:

井壁、刃脚、内隔墙、上、下横梁及框架、井孔、封底

§3.3 沉井施工

1.沉井施工前的淮备工作

◆对施工场地进行勘察

◆熟悉工程地质、水文地质、施工图纸等资料

◆敷设水电管线、修筑临时道路、平整场地,即三通一平

◆搭建必要的临时设施,集中必要的材料、机具设备和劳动力◆应事先编制施工组识设计与施工方案

2.沉井施工的淮备工作

◆地质勘查和制定施工方案;

◆不开挖基坑制作沉井;

◆开挖基坑制作沉井;

◆地基处理后制作沉井;

◆人工筑岛制作沉井;

◆测量控制和沉降观察。

3.沉井下沉与抗浮稳定验算

4.沉井制作:

◆刃脚支设;

◆沉井壁制作;

◆单节式沉井混凝土的浇筑;

◆多节式沉井混凝土的浇筑;

5.沉井制作与下沉的顺序:

◆一次制作,一次下沉;

◆分节制作,多次下沉;

◆分节制作,一次下沉。

6.沉井下沉方法:

排水下沉和不排水下沉

7.排水下沉常用的排水方法:

◆明沟直接排水方法;

◆井点系统降水;

◆井点与明沟排水相接合的方法。

8.下沉挖土方法:

排水下沉挖土方法和不排水下沉挖土方法

9.沉井的辅助下沉方法:

◆射水下沉法;

◆触变泥浆护壁下沉法;

◆抽水下沉法;

◆井外挖土下沉法;

◆压重下沉法;

◆炮震下沉法。

10.沉井封底:

◆排水封底;

◆不排水封底;

◆导管法灌注沉井水下封底混凝土。

11.沉井施工机具:

◆双瓣抓土斗;

◆四瓣抓土斗;

◆空气吸泥机;

◆压缩空气管。

§3.4 沉井施工引起土体移动的分析与计算

1.沉井施工引起土体移动的因素:

◆由于开挖井内土体,开挖面释放了原有土体的自重应力,使井底土体失去

三维平衡条件,引起井底土体移动;

◆由于井壁外预留空隙,引起井周土体移动;

◆由于沉井在下沉中经常纠偏,扰动土体,引起土体移动;

◆井底流砂引起土体的移动;

◆井底承压水引起土体的移动;

◆制作沉井时,由于地基承载力不够,引起土体的移动。

2.井底流砂引起土体移动的分析

3.井底承压水引起土体移动的分析

第四章地下连续墙施工

§4.1 概述

地下连续墙:刚度大,既挡土又止水,施工时噪音低,无振动,无挤土,可适用于各类地层,也可使用于逆作法施工

§4.2 地下连续墙的施工简述与工艺流程

地下连续墙的施工由多种工序组成,施工内容包括:准备工作和墙体施工§4.3 地下连续墙施工

1.施工准备

2.导墙施工

3.泥浆护壁

4.成槽施工

5.钢筋笼施工

6.导墙的作用:

划分挖槽位置,控制施工精度,支挡侧向土压力,容蓄泥浆

7.护壁泥浆的作用:

◆护壁;

◆携渣;

◆冷却机具;

◆切土润滑。

8.外加济按其功能分为下面四类:

加重型、增粘型、分数型和防漏型

9.成槽施工:

◆槽段长度确定;

◆成槽顺序:顺槽法和跳槽法;

◆槽段平面形状和接头位置

10.地下连续墙的接头形式:施工接头、结构接头

11.施工接头:

◆直接连接构成接头;

◆接头管接头;

◆接头箱接头;

◆隔板式接头。

12.结构接头:

◆直接连接接头;

◆间接接头:预埋连接钢板、预埋剪力块和预埋钢筋连接器。

§4.4 地下连续墙的施工机具设备

◆索式斗体推压式导板抓斗

◆中心提拉式导板抓斗

◆导杆液压抓斗

§4.5 地下墙施工常遇问题与处理对策

§4.6 地下连续墙施工质量标准

第五章地下工程逆作法施工

§5.1 概述

1.逆作法:地下工程施工中,不架设临时支撑;结构本身既作挡墙又作内支撑;施工顺序与顺作法相反:从上往下依次开挖和浇筑结构主体

2.逆作法分为:全逆作法和半逆作法

3.全逆作法:地上、地下同时进行立体交叉施工

4.半逆作法:地下结构从上往下施工,地上结构不能与地下结构同时施工5.顺作法的施工顺序:挡墙、支撑、开挖、底板、从下往上浇筑结构主体6.顺作法支撑:型钢支撑、钢管支撑、钢筋混凝土支撑和土锚

7.逆作法支撑:地下结构主体的粱、板作为支撑

8.逆作法的优点:

◆由于地下结构本身作为支撑,且具有相当大的刚度,使围护结构的应力、

变位减小,提高了工程施工的安全性,能有效控制周围土体的变形和地表的沉降,减小了对周边环境的影响,有利于保护邻近建(构)筑物;逆作法适用于任何不规则形状平面或大平面;

◆由于最先筑好顶板,地下、地上结构可以同时施工,缩短了工程的施工总

工期;

◆一层结构平面可作为工作平台,不必另外架设开挖工作平台与内撑,这样

大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施,减少了施工费用。

◆由于开挖和施工的交错进行,逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递

至地基,减少了大开挖时卸载对持力层的影响,降低了基坑内地基回弹量;9.逆作法的缺点:

◆需要设临时立柱及立柱桩,增加了施工费用;且由于支撑为建筑结构本身,

自重大,为防止不均匀沉降,要求立柱具有足够的承载力。

◆逆作法所设立柱内钢骨与原设计设置的梁主筋、基础梁主筋冲突相碰,节

点构造复杂,施工难度大。

◆为运送开挖出的土方与施工材料,需在顶板多处设置临时施工洞。必须对

顶板采用加强措施。

◆地下工程在楼板的覆盖下进行施工,闭锁的空间使大型机械设备难于进

场,作业不便,施工难度大。

◆在逆作施工的各个阶段浇注的混凝土都分有先浇和后浇,产生的交接处

(缝),不仅给施工带来不便,而且为保证结构、防水等问题,给施工计划及质量管理提出了很高的要求。

10.逆作法的施工的适用范围:

逆作法常用于埋藏较深的地下(基础)工程的施工,可适用于各类土层条件,包括饱和含水的软土地层,尤其适用于城市密集建筑物街区的地下(基础)工程施工。如地下厂房、地下车库、高层建筑下的深基础、地下贮库、地下变电站、地铁车站等工程。

§5.2 逆作法施工顺序与工艺流程

◆逆作法的施工顺序

◆逆作法的施工工艺流程

§5.3 逆作法施工

1.中间支撑柱(桩)的施工

2.中间支撑柱(桩)的作用:将上部结构及其承重的荷载传递给地基

3.地下室结构常用的浇筑方法有两种:

◆利用土模浇筑粱板;

◆利用支模方式浇筑粱板。

4.施工缝处的浇筑方法有三种:

◆直接法;

◆充填法;

◆注浆法。

第六章盾构法隧道施工

§6.1 概述

1.盾构法是地面以下暗挖隧道的一种施工方法

2.盾构法建造的隧道主要用于:

◆水底公路隧道;

◆地铁区间隧道;

◆电力电讯隧道;

◆市政管线隧道;

◆进水排水隧道。

3.断面形式:圆形、矩形、马蹄形、双园形、多园形

4.盾构法施工的优点:

◆地面作业少,隐蔽性好,噪音、振动引起的公害小;

◆费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响;

◆隧道施工可完全不影响航道通航和地面建筑与市政管线正常使用

◆不受气候影响;

◆施工自动化程度高、劳动强度低、施工速度快;

◆适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工

5.盾构法施工的缺点:

◆不能完全防止盾构施工区域内的地表变形;

◆盾构一次掘进长度有限;

◆隧道覆土小于0.5时,盾构开挖面土体稳定较困难;

◆施工人员易患减压病的危险;

◆当盾构的曲线半径小于20D时,盾构转向比较困难。

§6.2 盾构的构造、分类与选型

1.盾构的基本构造:

◆盾壳:切口环部分、支撑环部分、盾尾部分;

◆推进系统:液压设备,盾构千斤顶;

◆正面支撑系统:千斤顶、刀盘面板、网格类;

◆衬砌拼装系统:举重臂,真圆保持器;

◆液压系统:为千斤顶、举重臂、大刀盘供动力;

◆操作系统:控制盾构掘进机的工作状态。

2.盾构的分类及其适用范围:

◆手掘系统盾构:手掘式盾构、挤压式盾构、网格式盾构;

◆半机械式盾构;

◆机械系统盾构:机械式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构。

3.盾构选型:

盾构选型一般应根据拟建隧道的规模、特征、施工场地的工程水文地质条件、施工人员的技术水平、隧道施工区域内的环境保护要求、经济性等因素,综合考虑选择盾构类型。

§6.3 盾构法施工

1.盾构法施工的准备工作:

◆盾构的拼装和拆卸室;

◆盾构基座;

◆盾构进出洞方法:

2.盾构出洞方法:临时基坑法、逐步掘进法、工作井进出洞法;

3.临时封门的构造形式:钢结构或砖石或砼;盾构后座。

4.盾构开挖方法:

◆敞开式开挖;

◆网格式开挖;

◆挤压式开挖;

◆机械切削式开挖。

5.盾构操纵与纠偏:

◆千斤顶编组的调整;

◆盾构纵坡的控制;

◆开挖面阻力的调整;

◆盾构自转的控制。

6.衬砌壁后压浆:

◆压浆方法:二次压浆法、一次压浆法;

◆压浆材料;

◆压浆设备。

§6.4 盾构法隧道衬砌

1.内部使用限界的确定:车辆限界、建筑限界。

2.圆形隧道断面的优点

◆受力好;

◆易于盾构推进;

◆便于管片的制作和拼装;

◆发生转动,对断面的利用的毫无妨碍。

3.衬砌分类:

◆铸铁管片;

◆钢管片;

◆钢筋混凝土管片;

◆钢与钢筋混凝土复合型管片;

◆混凝土管片;

◆砌块。

4.衬砌防水

§6.5 盾构法隧道衬砌

盾构掘进中的辅助施工法:

◆稳定开挖面的辅助施工方法;

◆盾构进出洞的辅助施工方法;

◆特殊情况下的辅助施工方法:

?二次压浆法;

?基础托换;

?承压板法;

?地层加固;

?管棚法。

§6.6 工程实例

工程概况

工程地质条件

盾构

盾构掘进施工

盾构施工引起地表变形与环境保护

第七章顶管法施工

§7.1 概述

1.顶管法施工:软土地区埋深大、直径小的隧道,特别对于城市市政管道,具有独特的优越性

2.顶管法的适用范围:

◆隧道或管道内径大于4米,盾构法施工;

◆管道内径小于4米,用顶管法;

◆顶管法和盾构法隧道的施工技术相互渗透,基本的原理和施工工艺越来越

趋向一致。

§7.2 工作井及后背墙