建筑施工第四次课.

1（二）基坑支护基坑支护结构一般根据地质条件，基坑开挖深度以及对周边环境保护要求采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。31、水泥挡土墙式水泥挡土墙式支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构。将软土与水泥浆强制拌和，使软土硬结成整体并具有足够强度的水泥加固土。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土，由此形成重力式支护结构。按施工机具和方法不同可分为深层搅拌法、旋喷法和粉喷法。45（1）深层搅拌水泥土桩墙用于支护结构的水泥土：水泥掺量通常12%~15%（单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比）；强度可达0.8~1.2MPa，渗透系数很小，一般不大于10-6cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。它适用于4~6m深的基坑，最大可达7~8m。6水泥土墙通常布置成格栅式设计中一般为：格栅的置换率：0.6~0.8（加固土的面积:水泥土墙的总面积）。墙体的宽度b、插入深度hd：b=(0.6~0.8)h，hd=（0.8~1.2）h。水泥土墙１—搅拌桩；２—插筋；３—面板3hhd21B111-17水泥土墙的设计下图为水泥土支护结构的计算图式。水泥土墙的计算图式Hbhae2PeqeP1dhP21aZbiiOq0EEEPPA8水泥土重力式支护结构的主要设计内容：整体稳定；抗倾覆稳定；抗滑移稳定；位移等。有时还应验算抗渗、墙体应力、地基强度等。9水泥土搅拌桩施工（1）施工机械深层搅拌桩机的组成：深层搅拌机（主机）、机架及灰浆搅拌机、灰浆泵等配套机械组成。10图深层搅拌桩机机组1—主机；2—机架；3—灰浆拌制机；4—集料斗；5—灰浆泵；6—贮水池；7—冷却水泵；8—道轨；9—导向管；10—电缆；11—输浆管；12—水管89101245761112311深层搅拌桩机常用的机架有三种形式：塔架式、桅杆式及履带式。前两种构造简便、易于加工，在我国应用较多，但其搭设及行走较困难。履带式的机械化程度高，塔架高度大，钻进深度大，但机械费用较高。12塔架式桅杆式履带式44搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。深层搅拌法的施工工艺深层搅拌机就位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升→提升直至孔口。14图“一次喷浆、二次搅拌”施工流程a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤5）作业时也进行注浆，以后再重复4）与5）的过程。15施工质量控制水泥浆配合比及搅拌制度——基本要求；水泥浆喷射速率与提升速度的关系——保证注浆的均匀性；桩的水泥浆喷注量——与桩身强度；桩的垂直度和桩的搭接等——水泥土墙的整体性与抗渗性。16（2）高压旋喷注浆桩墙利用专用钻机钻孔之设计处理深度，采用高压发生装置，通过安装在钻杆端部的特殊喷嘴，将高压水泥浆液向四周高速喷入土体，随钻头旋转和提升切削土层，使其拌和均匀。高压旋喷桩基本要求(1)高压喷射注浆地基工程的设计和施工，应因地制宜，综合考虑地基类型和性质、地下水条件、上部结构形式、荷载大小，场地环境、施工设备性能等因素，做到技术先进，经济合理，确保工程质量。(2)高压喷射注浆法的注浆形式分旋喷注浆、摆喷注浆和定喷注浆等3种类别。根据工程需要和机具设备条件，可分别采用单管法、二管法和三管法(高压水喷射与高速空气共同作用)，加固体形状可分为圆柱状、扇形块状、壁状和板状。(3)高压喷射注浆定喷适用于粒径不大于20mm的松散地层，摆喷适用于粒径不大于60mm的松散地层，大角度摆喷适用于粒径不大于100mm的松散地层，旋喷适用于卵砾石地层及基岩残坡积层。(4)在制定高压喷射注浆方案时，应掌握场地的工程地质、水文地质和建筑结构设计资料等。对既有建筑尚应搜集有关的历史和现状等资料、邻近建筑和地下埋设物等资料。(5)高压喷射注浆方案确定后，应结合工程情况进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数及工艺。(6)高压喷射注浆试验场地应选择在对整个工程有代表性地段，通过试验能够反映出高压喷射注浆后对地基处理工程所起到的加固或防渗效果。（3）粉体喷射注浆桩墙粉体搅拌是以石灰、水泥等粉体固化材料，通过专用的粉体搅拌机械用压缩空气将粉体送到软弱地层中。凭借钻头叶片，在原位进行强制搅拌，形成土和掺和料的混和物。使其产生一系列的物理——化学反映，从而形成柱状加固体，提高土的稳定性能和力学性能一般在掺入15％水泥的情况下，90天龄期的无侧限抗压强度可达20MPa.232.板式支护结构板式支护结构的组成板式支护结构由两大系统组成：挡墙系统和支撑(或拉锚)系统。悬臂式板桩支护结构则不设支撑(或拉锚)。24挡墙系统常用的形式有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩等。23182471521621钢板桩支撑在基坑开挖前先在周围用打桩机将钢板桩打入地下要求的深度，形成封闭的钢板支护结构，在封闭的结构内进行基础施工。钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。前者防水和承受轴向力的性能良好，易打人地下；后者的防水和抗弯性能好且应用广泛。钢板桩打入时一般有单打法、双层围檩插桩法和分段复打法。（a）平板桩（b）波浪式板桩常用的钢板桩形式27钢板桩支护钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚度小。钢板桩拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。2930支撑系统：大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。拉锚系统：材料——用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点。基坑较浅，挡墙具有一定刚度时，可采用悬臂式挡墙而不设支点。支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。31总结板桩的工程事故，其失败的原因主要有六方面：板桩计算a)板桩下部走动；b)拉锚破坏；c)支撑破坏；d)拉锚长度不足；e)板桩失稳弯曲；f)板桩变形及土体沉降板桩的工程事故a)b)c)d)e)f)32板桩的设计五大要素：板桩的入土深度；截面弯矩；支点反力；拉锚长度；板桩位移。33（1）荷载与变形分析单支点板桩的计算原理及计算方法：单支点板桩分成：自由支承单支点板桩、嵌固支承单支点板桩。34a)自由支承；b)嵌固支承图1-22单支点板桩的两种计算模式AEaCDAEaP2ECP1EEPhddhb)a)35两种类型单支点板桩的土压力分布、弯矩和变形不尽相同。板桩入土深度较浅，整个板桩都向坑内变形，板桩底端发生转动并有微小位移，坑底的被动土压力得到全部发挥。如板桩的入土深度增加，由于作用在板桩钱被动土压力也随之增加，当达到某一平衡状态时，桩底C仅在原位置发生转动而无位移。上述两种板桩底端的支承相当于简支，称为自由支承。入土深度继续增加，则桩前被动土压力随深度的增加继续增加，当达到一定深度D点时，板桩底部有一段既无位移也无转角，这时板桩在土中处于嵌固状态。这种板桩为单支点嵌固板桩，其在一定深度D点下弯矩为零。37用简单方法进行板桩的精确计算较为困难，主要是插入地下部分属超静定问题，其土压力分布状态难以精确确定。目前的计算方法也有多种，如：“弹性曲线法”；“竖向弹性地基梁法”；“相当梁法”等。38图1-23相当梁示意图C为反弯点a)b)c)d)AAAA'DDDD'CC--+C'RC'C'R'MfQ（2）相当梁法计算方法a.板墙部分39嵌固支承板桩hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC140用上述“相当梁法”求解嵌固支承单支点板桩，首先要找出板桩的反弯点C。反弯点C的位置的确定：反弯点C的位置与土的内摩擦角、粘聚力有关，并受板桩后的地下水位及地面荷载等因素影响。通过对不同长度和不同入土深度的板桩弯矩与挠曲线的研究，发现板桩的反弯点C与土压力强度等于零的位置较接近。计算中可取该点作为反弯点，由此引起的误差不大，但使计算大大简化。41用相当梁法计算嵌固支承单支点板桩(图1-24)：步骤（a）计算作用于板桩的主动土压力、被动土压力；hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC142步骤（b）计算反弯点位置即板桩上土压力强度为零的点C至地面的距离hc1：11()pcacrKhrKhh＝＋1acpaKhhKK＝－即：hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC143步骤（c）计算相当梁AC的支座反力RC、支撑或锚杆反力Tc1将板桩在C点截断，利用ΣX＝0，ΣM＝0求解RC、Tc1hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC14422112323CoopooaorrRhhKhhKh＝－6copaRhrKK＝－计算板桩入土深度计算值hd根据嵌固支承单支点板桩的特点，在桩底某一位置以下的弯矩为零，如该点位于D点，则由下段板桩CD可求得h0。因为CD段桩上矩形部分的主被动土压力相等，由ΣMD＝0得：hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC14511.2dcohhh＝＋计算板桩入土深度hd——h0的调整。由于实际桩前被动土压力较小，按式计算得到h0的偏小，故应增加入土深度△h，△h取0.2h0。hhhdhc1or(h+h)Kr(h+h+h)Koc1oc1CRR'CACDD'PaP2EBhhT1TC146b.支撑（拉锚）系统设计支撑或拉锚一端固定在板桩上部的围檩上，另一端则支撑到基坑对面的板桩上或固定到锚锭、锚座板上。支撑或拉锚的轴力——板墙单位长度的支撑(或拉锚)反力Tc1，通过板墙部分的计算已可求得，则根据支撑或锚布置的间距，即可求得每一支撑或拉锚的轴力。47b.支撑（拉锚）系统设计支撑立柱——如果支撑长度过大，则应在支撑中央设置竖撑，以防止支撑在自重作用下挠度过大引起附加内力。拉锚长度——应保证锚锭或锚座板位于它本身引起的被动土楔滑移线、板桩位移引起的主动土楔滑移线和静土楔滑移线之外。48图1-25拉锚长度计算1－锚碇被动土楔滑移线；2－板桩主动土楔滑移线；3－静止土楔滑移线45+/2hB45-hhdc1DC1hLLL12A23149拉锚的最小长度按下列两式计算，取其中大值：L=L1+L2L=h·tan（90-）式中L—拉描最小长度；H—基坑深度；hc1—对自由支承板桩，取板桩入土深度；对嵌固支承板桩，取基坑底至反弯点的距离；h1—锚锭底端至地面的距离；—土的内摩擦角。11tan45tan4522chhh12L=L+L＝＋－＋－（1-35）50c.围檩计算C1TaTaC1TaC1aaq=TC1图1-26围檩计算简图51（3）钢板桩施工钢板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。52对于钢板桩，通常有三种打桩方法：①单独打入法此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大(小于10m)、工程要求不高时可采用此法。钢板桩的施工53②围檩插桩法围檩支架由围檩和围檩桩组成，在平面上分单面围檩和双面围檩，高度方向有单层和双层之分。在打设板桩时起导向作用。双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大8～15mm。1-111图1-27围檩插桩法围檩支架作板桩打设导向装置54③分段复打桩此法又称屏风法，是将10～20块钢板桩组成的施工段沿单层围檩插入土中一定深度形成较短的