建筑施工新技术调研报告.docx

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建筑施工新技术调研报告

建筑施工新技术

调研报告

小组成员：

董佳陈晓宇来艳林倩徐梦颖

调研目录：

◆地基基础和地下空间工程技术：

◇夯实水泥土桩复合地基技术

◇真空预压法加固软基技术

◇盾构施工法

◆高性能混凝土技术：

◇混凝土裂缝防治技术

夯实水泥土桩复合地基技术

（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，与水泥按一定的额比例，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异地昂厚度的褥垫层，使桩，桩间土和褥垫层一起构成复合地基。

由于夯实中形成高密度及水泥本事的强度，与搅拌水泥土桩相比，夯实水泥土桩体有较高强度。

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

要求等条根据工程实际情况，夯实水泥土桩成孔可才有机械成孔（挤土，不挤土）或人工成孔，混合材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300~600mm；

桩长：

设计要求，人工成孔，深度不宜超过6m；

桩距：

宜为2~4倍桩径；

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+（1~2）；

机械夯实土料最优含水率Wop-（1~2）；

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；厚度100~300mm，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，地基承载力和变形件或现场试验确定。

（3）夯实水泥土桩施工工艺简述

夯实水泥土桩施工的程序分为：

成孔，制备水泥土，夯填成桩三步。

示意图如下图所示：

（4）适用范围及其特点

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。

夯实水泥土桩与搅拌水泥土桩（浆喷,粉喷桩）的主要区别在于：

搅拌水泥土桩桩体强度与现场的含水量，土的类型密切相关，搅拌后桩体密度增加很少，桩体强度主要取决于水泥的胶结作用。

夯实水泥土桩水泥和土在孔外拌合，均匀性好，场地土岩性变化对桩体强度影响不大，桩体强度以水泥的胶结作用为主，桩体密度的增加也是构成桩体强度的重要分量。

（5）工程实例

工程1中科院北郊住宅B区4号楼基地处理

中科院北郊住宅B区4号楼为六层砖混结构住宅，筏形基础，设计要求地基承载力标准值>=140kPa。

因地基土承载力达不到设计要求，故采用夯实水泥土桩复合地基方案加固。

工程实例2方庄冬绿化区搬迁住宅3号，4号楼地基处理

方庄冬绿化区搬迁住宅3号，4号楼位于北京市南二环南侧，方庄路东侧，建筑结构为6.5层砖混结构，条形基础，设计要求处理后的地基承载力标准值>=180kPa。

（6）技术经济效益分析

本技术特点在特定条件下比其他工法有不可取代的优点，社会效益在此不再分析，仅作为经济效益分析。

以一栋6层砖混结构住宅，条形基础，占地面积1000平方的工程作比较分析，基础里深2m。

天然地基承载力80kPa,需处理至180kPa。

地基处理采用的夯实水泥土桩桩长4m，置换率为1跟/m2,单桩承载力特征值100kN，桩身材料配比为水泥：

土=1：

6，总桩数1000根，4000延长米。

30个工人进行施工，人工洛阳铲成孔，4台夯实机成桩，每天成桩200根，总工期5天，总费用12万元，使用水泥120吨。

如本工程采用素混凝土材料，其他工艺相同，则工程总费用16万元，夯实水泥土桩工法节省费用25%。

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饱和软黏土地基上铺设砂垫层，打设塑料排水板或袋装砂井，在砂垫层中布设滤管，其上铺设密封膜，利用真空装置（射流泵）抽真空，使膜下形成负压，并通过砂垫层传递到打设在饱和软黏土层中的排水通道内，促使排水通道及边届孔隙水压力降低与土中的孔隙水压力形成压差和水力梯度，发生由土中向边界的渗流，加速地基固结。

真空预压作用下土体的固结过程，是在总应力基本保持不变的情况下，孔隙水压力降低，有效应力增长的过程，属于排水固结法。

真空预压施工流程

（2）工程实例

（一）天津新港东突堤真空预压加固工程

该工程为天津新港新建突堤码头后方堆场加固处理工程，总加固面积48万平方米。

被加固土为在原软粘土地基上新近吹填的超软粘土地基，土质为淤泥、淤泥质粘土及淤泥质亚粘土，含小量大、压缩性高、强度低。

　　该工程为国际招标工程。

因为加固面积大，工期要求紧，且缺乏堆载材料，所以普通堆载预压不但造价高，而且无法按预定工期要求完成。

交通部一航局采用真空预压法作为代案以最低价中标，并自1987年6月至1989年11月仅用29个月就完成了全部加固工程，比原定工期提前两个月。

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　　该加固工程采用塑料排水板作水竖向排水通道，板距1.3m，正方形布置，板长20m（部分长板达24.5m）。

　　整个加固工程分为72个区段逐块进行，平均每个加固单元面积为6700m2，最大加固单元2.25万平方米。

　　每块加固单元抽气10—20d膜下真空度均能达到600mmHG以上，预压120—150d总沉降量达1.7m.加固后土体固结度大于90%，强度、残余沉降量均满足设计要求。



　　与堆载预压相比，该工程节约工程投资500余万元。

（二）山东省济南遥墙机场跑道加固工程

该工程主跑道长2600m、宽60m、其中长2667.5m（包括防吹坪）、宽49m，总面积14.5万平方米采用塑料排水板真空预压法加固该地基表面为2—3m粉砂，以下为亚粘土，深7.5—11.5m处为淤泥质粘土及淤泥。

表层2—3m粉土对采用真空预压十分不利，如不采取特殊密封措施很难达到并维持较高的真空度。

为此，在每个加固单元周围的表层粉砂中用深层拌合机设置了粘土拌合密封墙，抽真空80—90d地基固结沉降20—25cm，固结度大于95%，各项物理力学指标均有明显提高。

全部工程仅用14个月完成，比原定工期缩短1个月。

　　该机场1992年投产，跑道运行正常。

（6）经济效益分析

任何一种软基加固方法的技术经济效益都离不开工程的技术要求，工期，工程所在地的自然条件。

采用何种加固方法应根据上述条件综合考虑。

几十年来，真空预压技术在全国港口，高速公路，机场跑道等领域被大量的应用。

其具有荷载可以一次性施加，不会出现地基失稳现象，施工工期短，施工工艺简单易操作，地基加固效果相对较好，施工干扰少等优点。

所以说，该技术的发明和研究为我国的基础设施建设创造了较大的社会效益和经济效益。

盾构施工法

（1）盾构概述

▲盾构的发展（国外、国内、北京）

▲盾构的型式：

根据结构特点、开挖方式——

手掘式

挤压式

半机械式

机械式（土压平衡、泥水加压式、大刀盘式、局部气压式）

（2）土压平衡盾构机工作原理

马达驱动刀盘旋转切削土体，同时盾构机液压千斤顶将盾构机向前推进，并向密封仓内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。

同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。

大体积混凝土裂缝控制技术

（1）大体积混凝土的定义

本讲中所称大体积混凝土是指，其规格尺寸，要求必须采取措施，妥善处理温差的变化，正确合理地减少或消除变形变化引起的应力，且必须把裂缝开展控制到最小程度的现浇混凝土。

（2）大体积混凝土抗裂性能的影响因素

▲温度与收缩裂缝产生的机理

△大体积混凝土收缩的组成

大体积混凝土收缩是由自生收缩、碳化收缩、塑性收缩、干缩、温度收缩组成的。

干缩：

混凝土内多余水分蒸发引起的体积收缩。

温度收缩：

由于混凝土温度下降引起的收缩。

△外约束与内约束

外约束：

即一个结构的变形受到其他结构的阻碍。

内约束：

当结构截面较厚时，其内部温度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束。

△表面裂缝与贯穿裂缝

表面裂缝：

大体积混凝土在硬化过程释放大量水化热，使基础中部产生较高温度，而混凝土表面和边界受气温影响，温度较低，这样形成较大内外温差，在混凝土内部产生压应力，在混凝土表面产生拉应力（称内约束应力），当此拉应力超过混凝土抗拉强度时，便会产生表面裂缝。

该裂缝多发生在混凝土升温阶段。

贯穿裂缝：

当大体积混凝土降温产生的收缩和混凝土自身收缩受到地基或基础约束时，在截面中产生拉应力（称外约束应力），当此拉应力超过混凝土的抗拉强度时，便会产生贯穿裂缝。

该裂缝多发生在混凝土降温阶段。

由此可见，混凝土的开裂与原材料、配合比、结构尺寸、配筋、约束程度、养护条件等多种因素有关。

▲原材料和配合比对大体积混凝土抗裂性能的影响

△水泥品种

在常用标号下，采用不同品种的水泥对混凝土极限拉伸值的影响不大。

水泥品种对混凝土干缩影响较大，一般情况下，C3A含量大，细度较小的水泥干缩较大。

△水灰比

混凝土抗拉强度，极限拉伸值均随着水灰比的减小而提高，混凝土收缩则随着水灰比的减小而减小，显然，在满足混凝土施工要求的前提下，减小水灰比对大体积混凝土抗裂是有利的。

△骨料

尽可能采用粒径较大，级配良好的高强度花岗岩、玄武岩等作为骨料对抗裂有利。

△外加剂

在混凝土中掺加外加剂，能改善混凝土和易性，在水泥用量不变的情况下，能减少用水量，提高混凝土强度。

在水灰比不变的情况下，能减少水泥用量，降低温升，延缓水化热放热速率，对抗裂有利。

△粉煤灰

在大体积混凝土中掺加粉煤灰能起到改善混凝土和易性，降低水灰比，即减少用水量，提高混凝土密实度，减少混凝土干缩的作用。

掺加粉煤灰能降低水泥用量，降低混凝土绝热温升值，延缓水化热放热速率。

掺加粉煤灰，一方面可减少混凝土的绝热温升和收缩，但另一方面，将降低混凝土的早期抗拉强度或极限拉伸。

▲配筋对大体积混凝土抗裂性能的影响

△关于配筋对大体积混凝土抗裂性能的影响，一方面配置构造筋对提高混凝土极限拉伸和抗裂能力是有利的，同时它也能起到控制裂缝开展，减少裂缝宽度的作用。

另一方面，配筋也将会增加一定程度的收缩应力，过大的配筋率将会导致较大的收缩应力，从而产生裂缝。

因此，合理的配筋尤为重要。

总的来说，在合理配筋的前提下，它提高极限拉伸和约束裂缝开展的优点大于增加收缩应力缺点。

△合理配筋是指：

配筋率不能过大，较为合理的配筋率应为0.3%~0.5%；

应采用小直径（10~16mm）,小间距的形式（约@100~@150），且不宜采用光圆钢筋。

△由于池壁、地下室侧墙等露天薄壁结构对环境湿度及养护条件极为敏感，其相应的收缩比大块式基础要大。

在混凝土早龄期容易因干缩产生表面裂缝，从而削弱了截面并在随后的温度应力作用下产生应力集中，导致表面裂缝往深处发展，诱发贯穿性裂缝。

因此，对薄壁结构的配筋要求要严格，并注意保湿养护，尽可能避免表面裂缝的出现。

▲龄期及养护对大体积混凝土抗裂性能的影响

△龄期的影响

根据资料，混凝土任意龄期t与28天龄期的抗拉强度的关系为：

ft﹦0.8f28（㏒t）2/3

△养护条件的影响

养护条件的影响包括湿度及温度两方面，良好的保湿能显著增加混凝土的抗拉强度及极限拉伸。

养护温度的升高能提高混凝土的早期强度，但对后期强度有不利影响。

因此，在控制内外温差的前提下，在升温阶段应尽可能适当放热，一方面可以降低混凝土温升峰值，另一方面又可防止影响后期强度。

（3）大体积混凝土的温控计算

▲大体积混凝土的最高温度计算

△混凝土内部的最高温度是由混凝土浇筑温度、水泥水化热引起的温升所组成。

△大体积混凝土的最高温度计算，如下式：

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