地下建筑结构作业.docx

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地下建筑结构作业

地下建筑结构作业

班级：

土木123班

姓名：

黄浩林

学号：

1216100044

课程：

地下建筑结构

日期：

2015/11/15

基坑工程单元作业

1.基坑支护设计和施工的原则有哪些？

基坑支护的主要类型有哪些？

各类型的特点和适用条件？

答：

基坑支护设计和施工的原则：

（1）.安全可靠

在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境的安全；

（2）.经济合理性

在保证安全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济效应和环境效应；

（3）.施工便利并保证工期

在安全可靠、经济合理的原则下，最大限度地满足方便施工的条件，以缩短工期。

（4）基坑围护结构的构件（包括围护墙、隔水帷幕和锚杆）在一般情况下不应超过工程用地范围，否则应事先征得政府主管部门或相邻地块业主的同意；

（5）基坑围护结构构件不能影响主体工程结构构件的正常施工；

（6）有条件时基坑平面形状尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形、。

基坑支护的主要类型及其特点和适用条件：

（1）、放坡大开挖

特点：

放坡大开挖造价低，施工速度快，决定了放坡是基坑支护优化的途径之一，在条件允许的情况下，尽量放坡或顶部适量放坡，但是基坑边不应有重要建筑物或地下管线等。

适用条件：

放坡段土层性质应具有较高的强度，不宜在未经改良的软塑或流塑状土体中放坡。

（2）、板状维护（钢板桩、槽钢、木桩）

特点：

强度高，容易打入坚硬土层；可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。

防水性能好；能按需要组成各种外形的围护结构，并可多次重复使用。

适用条件：

钢板桩抗弯能力较弱，一般用于深度≤5m土质较好的浅基坑或沟槽，同时顶部宜设置一道支撑或拉锚以形成刚性支点，平衡坑外水土压力。

（3）、重力式挡土墙

特点：

1）由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土；

2）具有挡土、止水的双重功能；

3）重力式挡土墙墙身厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

适用条件：

重力式挡土墙为柔性结构支护，适用于较好的地层和较浅的基坑，且允许基坑顶面有一定量的水平位移和地面沉降发生。

（4）、土钉墙或加强型土钉墙支护

特点：

土钉墙施工时随地层开挖逐层将土钉设置（打入或者钻孔植入）于边坡土体中并注浆，同时在坡面上设置钢筋网和分层喷射混凝土面层，使其连成整体，共同作用。

当土体发生变形时，土钉（注浆体）通过与原位土体接触面上的粘结力和摩擦力以及水泥浆液对周围土体的加固，约束和强化土体，从而达到加强和稳定边坡和基坑支护的目的。

适用条件：

土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。

（5）、排桩+支撑（或锚拉）

特点：

钢板桩具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后可将钢板桩拔出回收再次使用；但是由于钢板状搭接处有间隙，不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的含砂地层区需采取隔水或降水措施。

适用条件：

适用于基坑开挖深度大，地质条件较差，对基坑边土体的水平位移和地面沉降控制要求严格的基坑。

（6）、地下连续墙

特点：

1）施工时振动小，噪声低，能在建筑物、构筑物密集区施工；

2）能兼作临时基坑支护设施和永久地下主体结构，降低工程总造价，可结合“逆作法”施工，缩短总施工工期；

3）适用于多种土质情况，但在岩溶地区和承压水头很高的砂砾层地区慎用；

4）施工技术复杂，需专用设备，施工组织要求高，造价高。

适用条件：

适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。

（7）、逆作法施工

特点：

缩短施工工期；施工对周围环境影响小。

适用条件：

逆作法多用于大平面、大深度及周边环境要求严格的工程机械化程度较高广泛采用信息化施工具有明显的地域特点的地区。

2.叙述内支撑与锚索的区别？

内支撑的类型和特点及适用条件？

答：

深基坑工程中的支护结构一般有两种形式，分别为围护墙结合内支撑系统的形式和围护墙结合锚杆的形式。

作用在围护墙上的水土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土层锚杆平衡。

内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受的侧压力，构造简单，受力明确；锚杆设置在围护墙的外侧，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。

本节主要介绍内支撑系统的设计与施工。

内支撑系统由水平支撑和竖向支承两部分组成，深基坑开挖中采用内支撑系统的围护方式已得到广泛的应用，特别对于软土地区基坑面积大、开挖深度深的情况，内支撑系统由于具有无需占用基坑外侧地下空间资源、可提高整个围护体系的整体强度和刚度以及可有效控制基坑变形的特点而得到了大量的应用。

表1支护方式及其优劣性分析表

分项特点

支护方式

主要特点

质量

可靠性

工期

造价

在本工程中的适宜性

桩锚支护

适用于不同深度的基坑，普遍使用，地区经验丰富。

在淤泥质土及泥炭质土中锚杆锚固效果较差，易发生蠕变变形，邻近建筑为桩基础时不能使用。

好

较长

较高

场地地层为软土地区，锚杆锚固效果较差，变形难以控制，本场地不宜采用。

桩撑支护

可适用于不同深度的基坑，尤其使用于平面尺寸狭长或规则的基坑，有成功经验。

施工周期稍长，尤其对后续施工有一定的影响。

好

较长

较高

通过合理布置支撑构件，保证土方挖运便利，及后期结构施工。

内支撑的类型和特点及适用条件：

（1）钢支撑

钢结构支撑具有自重小、安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。

根据土方开挖进度，钢支撑可以做到随挖随撑，并可施加预应力，可以通过调整轴力而有效控制围护墙的变形，这对控制墙体变形是十分有利的。

因此，在一般情况下，应优先采用钢支撑。

缺点是钢结构支撑整体刚度较差，安装节点比较多，当节点构造不合理、施工不当或不符合设计要求，往往容易造成因节点变形与钢支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。

有时甚至由于节点破坏，造成断一点而破坏整体的后果。

对此应通过合理设计、严格现场管理和提高施工技术水平等措施加以控制。

（2）钢筋混凝土支撑

现浇钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度，适用于各种复杂平面形状的基坑。

现浇节点不会产生松动而增加墙体位移。

工程实践表明，在钢结构支撑施工技术水平不高的情况下，钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。

但混凝土支撑有自重大、材料不能重复使用，支撑浇注、养护时间长，拆除困难等缺点。

当采用爆破方法拆除支撑时，会对周围环境产生影响。

由于混凝土支撑从钢筋、模板、浇捣至养护的整个施工过程需要较长的时间，因此不能做到随挖随撑，这对控制墙体变形是不利的，对于大型基坑的下部采用钢筋混凝土支撑时应特别慎重。

（3）钢—钢筋混凝土组合支撑

通过合理使用，可以扬长避短。

常用于面积较大的不规则基坑，在基坑的端头、斜角等不规则部位采用钢筋混凝土结构支撑，矩形或条形部分采用钢结构支撑。

上层混凝土、下层钢结构

3.何谓止水帷幕？

主要的止水帷幕类型和适用条件？

答：

止水帷幕是一个概念，是工程主体外围止水系列的总称。

用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。

主要的止水帷幕类型和适用条件：

（1）普通水泥搅拌桩搭接的止水帷幕

在支护桩外侧施工相互搭搭接的普通水泥搅拌桩（一排或多排）形成止水帷幕；特点如下：

1）施工速度快、工程单价低、因桩体直径上下一样，因此在确保搭接效果时，止水效果还有保障的，所以还被大量采用。

2）搅拌桩机械底盘较大，需要有一定的施工作业空间；

3）机械动力较小，一般穿越地层为硬塑状粉质粘土或稍密状的砂层，标贯击数不大于16击；当出现砂和岩的不整合界面时更为困难。

4）钻杆垂直度影响造成桩体的搭接出现偏差导致桩体下部开叉（有效深度为10-12m以内）。

5）当存在地下障碍（如深埋旧基础或硬夹层）时施工困难。

6）当砂层厚、透水性强、水量大，尤其是在承压水和流动的动态水时，因水泥浆被地下水扰动成型困难。

7）机架高度和钻杆长度有限，一般在20米以内，因此对于深部的止水受到限制。

（2）单轴大直径搅拌机械的止水帷幕

为了克服上述单轴普通小直径搅拌机械的缺点，近几年出现了单轴大直径水泥搅拌机械；主要改进在以下几点：

1）机械的动力得到了加强，穿透能力得到提高，可以穿过密实砂层，可以进入到一定量的全风化岩层甚至强风化软岩层，可一定程度的防治砂和岩不整合界面渗漏问题。

2）因施工进尺速度较慢，桩体搅拌均匀性改善使得桩体强度有所提高；桩体直径可达1000以上，甚至达到1500mm。

3）机架的高度有所增高，因此桩体的深度有所加深，可以达到25m的深度。

4）因桩体直径大，桩体相互搭接厚度可以加大，止水效果可以保障。

5）因钻杆位于底盘的顶前端，因此对施工作业面的空间要求有所减少。

6）因桩体直径大，对动水砂层的止水效果得到改善。

7）费用较高、速度慢、工期长。

8）也必须进行地下障碍的清理。

（3）三轴大直径搅拌机械的止水帷幕

近三年，三轴大直径水泥搅拌机械在广东得到应用，主要特点如下：

1）机械动力大，穿透能力强，对于密实砂层可以穿过，并能进入强风化软岩层达到2-3m，但对于中风化岩层的动力还是不足。

2）机架高，钻杆深度可达地下40m。

3）搭接效果有保障，三轴之间的搭接由机械自身控制不会开叉，三桩之间的搭接可以加大甚至可以套打一桩。

4）水灰比大，水泥浆液浓度较稀，对承压水和快速流动地下水砂层时要慎重使用。

5）费用高，速度快。

6）要清障处理。

（4）双轮铣铣削搅拌水泥土地连墙

双轮铣深层搅拌机械技术是最近研发的一种水泥土深层搅拌机械和新工艺，该工艺使用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式，形成矩形槽段，并带气喷浆以改良土体形成水泥搅拌地连墙，而非以单轴或多轴搅拌钻具垂直旋转。

主要有以下特点：

1）铣削搅拌的方式与垂直搅拌的方式明显不同，由垂直上下搅拌改变为竖向加水平横向搅拌。

2）机械动力大，穿透力强，通过对动力头的改进，如加焊合金牙齿，可以穿过强风化岩层进入中风化软岩或中风化花岗岩层，对于砂层更不在话下。

本工地要求穿过砂层和强风化岩层，进入中风化岩不小于0.5m。

3）施工速度快，正常地层和砂层以及强风化岩层的进尺速度达到1.0-1.2米每分钟。

4）因带气注浆，墙体搅拌喷浆均匀，墙体强度高。

通过在本十六中的试验槽段的取样分析，7天水泥土强度达1.2MPa，10天强度达2.0MPa。

5）有限的保证了在承压水和流动地下水时的墙体质量和止水效果。

6）钻架高度和钻杆长度可伸缩，可有效达到地下35m的深度，与三轴搅拌桩深度相当。

7）对于地下的小型块体障碍可以自行处理，不需要清障。

8）因钻盘在底盘顶端施工，作业面小。

9）墙体厚度可变调整，目前为600、800、1000、1200。

10）施工费用与三轴搅拌的费用相当，进入中风化岩时需增加入岩费用。

（5）高压旋喷桩止水工艺

（1）机架占地面积小；

（2）桩体形状不规则，为串葫芦状。

不能确保止水帷幕的有效性，但对于定点旋喷如桩间旋喷有一定止水作用。

（3）引孔不怕地下障碍，可穿过砂层、岩层；但旋喷遇到地下障碍时效果受到影响。

（4）水灰比大，浆液稀，对流动的地下水和承压水难于成型。

（5）反浆量大，浪费大，施工文明度差。

（6）费用高。

4.叙述注浆的机理和注浆的主要方式。

答：

注浆的机理：

用适当的方法将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，通过置换、充填、挤压等方式以改善其物理力学性质的方法（浓浆高压、稀浆高压）

注浆法的分类方法很多，可以按注浆时间、浆液注入形态、浆液材料类型、被注浆的岩土类别和注浆的目的进行分类。

中国煤炭工业多采用按注浆工作与井巷掘砌工序的先后时间次序进行分类，即分为预注浆法和后注浆法。

预注浆法是在凿井前或在井筒掘进到含水层之前所进行的注浆工程。

依其施工地点而异，预注浆法又可分为地面预注浆和工作面预注浆两种施工方案。

后注浆法是在井巷掘砌之后所进行的注浆工作。

它往往是为了减少井筒涌水，杜绝井壁和井帮的渗水和加强永久支护采取的治水措施。

按浆液注入形态，注浆施工可分为：

渗透注浆、割裂注浆、压密注浆和充填注浆。

渗透注浆是将浆液均匀地注入岩石的裂隙或砂土孔隙，形成近似球状或柱状注浆体。

该种注浆基本上不破坏受注岩土结构与颗粒排列。

割裂注浆是将浆液注入岩土裂隙。

为增大扩散范围、获得良好封堵效果，可用高压加宽裂隙、促进浆液压入。

此种注浆改变了岩土结构，在砂土中浆液固结形成骨架。

压密注浆被用以压实松散土及砂。

常用高压力注入高固体含量的浆液，具有低注入速度的特点。

充填注浆主要用以充填并稳定自然孔洞与废矿空间。

注浆法的工艺特点 

注浆法与其他特殊凿井法比较，主要工艺特点如下：

1.设备少，工艺简单； 

2.能形成永久性封水帷幕，可改善支护工作条件； 

3.在裂隙含水岩层及浅薄砂层中均可用来堵水与加固，并可用于处理断层破碎带； 

4.可作为钻井法、沉井法施工时固结井壁和封堵刃脚的工艺措施。

预注浆是中国煤矿通过含水层的一种凿井方法，它又是实现打干井、推进立井机械化和加快建井速度的重要措施。

地面预注浆和工作面预注浆是两种技术雷同、又各具不同工艺特点的施工方案。

一、立井地面预注浆

井筒开凿之前，从地面钻孔到含水层，并利用设置在地面上的注浆设施，将浆液经注浆孔压注入含水层。

浆液在岩土的裂隙或孔隙中，经渗透、扩散和凝固、充塞，在井筒四周形成具有一定强度的，基本不透水的注浆帷幕。

注浆工艺流程是指从浆液配制开始到浆液进入受注岩土为止的全部施工工艺过程。

注浆工艺有单液注浆和双液注浆两种。

可根据地质条件、注浆目的、要求和注浆材料性能来决定选用。

水泥—水玻璃双液注浆工艺流程，比单液注浆多一套注浆设备和管路，较为复杂。

但它具有可调节进浆比例和浆液凝胶时间及减少浆液流失等优点。

地面预注浆凿井施工方案的主要工序包括：

1.注浆孔施工；

2.安装注浆设备；

3.压水试验、测定岩层的吸水率；

4.配制浆液、注浆施工及效果检查；

5.井筒掘砌。

二、井筒工作面预注浆

井筒工作面预注浆是在井筒掘至含水层之前，暂停掘进工作，利用含水层上部的不透水层作为防护“岩帽”，或修筑止浆垫，然后从工作面打钻、注浆、封堵含水层涌水，再继续进行井筒掘砌的施工方法。

井筒工作面预注浆的基本工艺过程和地面预注浆基本相同。

不同的只是将注浆作业的主要程序由地面移至井下，并增加了止浆“岩帽”或止浆垫。

1、止浆“岩帽”

当含水层顶板具有足够厚度的致密不透水层，或有坚硬的预注浆带时，应尽量采用预留止浆“岩帽”的方案。

因为止浆“岩帽”省工料，而且简单易行。

我国注浆实际所采用的“岩帽”厚度，一般为2—7m。

英国预留“岩帽”的厚度，为6—12m。

2、止浆垫

当无止浆“岩帽”可利用时，应修筑止浆垫。

止浆垫的作用在于封闭含水层涌水，防止注浆时浆液从含水层涌入井内。

止浆垫一般为整体浇筑的混凝土结构，其形式主要有单级球面型和单级平底型两种。

3、注浆孔布置与注浆段高

立井工作面预注浆的注浆孔的孔口布置在井筒净径以内。

为了使注浆孔穿过更多的裂隙，以求在井筒以外形成一定厚度的注浆壁，注浆孔可以打成径向斜孔，或同时具有两个方向倾斜的双斜钻孔。

注浆段高应根据受注岩层产状及注浆孔状况等因素确定。

斜孔注浆，一般段高为30—50m，直孔注浆可取大些。

三、隧道工作面预注浆

隧道施工的围岩封水的预注浆技术应用日渐广泛。

日本联接本州与北海道的青函隧道穿越海底23.30km，涌水量很大，每分钟达16—19m3。

采用超前工作面50—70m区段内施行预注浆，其注浆范围一般为断面轮廓大小的3倍，贯通点为5—6倍.注浆初期用水泥浆液，为了缩短凝胶时间加快掘进速度，后期改用水泥—水玻璃双液注浆。

5.土压力和水压力如何计算？

计算水土压力时应考虑哪些因素？

答：

土压力计算：

（1）、静止土压力的计算公式

静止土压力强度沿墙高呈三角形分布

（2）、朗肯主动土压力计算

1．无粘性土

Ea作用方向水平，作用点距墙基h/3。

2.粘性土

临界深度

Ea的作用方向水平，作用点距墙基（h-zo）/3处

（3）、朗肯被动土压力计算

1．被动土压力计算公式

当墙体在外荷载作用下想土体方向位移达极限平衡状态时，由极限平衡条件可得大主应力与小主应力的关系为：

无粘性土

粘性土

因此，朗肯被动土压力的计算公式：

无粘性土

或

粘性土

或

式中Kp——被动土压力系数，

2.被动土压力分布

无粘性土的被动土压力强度沿墙高呈三角形分布，粘性土的被动土压力强度沿墙高呈梯形分布，如图所示。

作用在单位墙长上的总被动土压力Ep，同样可由土压力实际分布面积计算。

Ep的作用方向水平，作用线通过土压力强度分布图的形心。

（4）．填土中有地下水

当墙后土体中有地下水存在时，墙体除受到土压力的作用外，还将受到水压力的作用。

计算土压力时，可将地下潜水面看作是土层的分界面，按分层土计算。

潜水面以下的土层分别采用“水土分算”或“水土合算”的方法计算。

（1）水土分算法

这种方法比较适合渗透性大的砂土层。

计算作用在挡土墙上的土压力时，采用有效重度；计算水压力时按静水压力计算。

然后两者叠加为总的侧压力。

（2）水土合算法

这种方法比较适合参透性小的粘性土层。

计算作用在挡土墙上的土压力时，采用饱和重度，水压力不再单独计算叠加。

基坑支护结构水土压力的影响因素分析

土体内孔隙水压力分析

基坑在逐层开挖过程中,墙后土体因墙前土体卸载减小,支护结构向墙前移动,墙后土体膨胀。

而基坑下的土体因卸载回弹使各部分土体都有膨胀的趋势。

这就在土体中形成了负超静孔隙水压力,并且根据土层透水性的大小,将保持很长时间,对工程相当不利。

所以一般的基坑工程施工,必须处理好地下水的问题。

通常通过井点降水来降低基坑内的水头,这同时减小了渗流对工程的影响。

在许多工程事故中常常是由于没有对土中的水头梯度引起足够的重视。

特别地要注意地层中的粉砂层在水头差很大的情况下,如果止水帷幕没有阻断坑内外的水力联系，很容易发生流砂现象，给工程带来巨大的损失。

原状土的结构性

取样的扰动会大大降低原状土的强度指标,对于砂土,可能将其结构强度丧失殆尽。

原状土在长期沉积固结过程中形成的颗粒间的胶结、咬合和土层间的物质渗透和约束,作用有时是十分强烈的。

基坑内土体中的残余应力

土样的采取

目前由于勘察设计水平所限，无法保证所取的土样为原状土样。

因土样的扰动，原状土的强度指标大大降低，试验结果无法反映原状土的性状另外，在土工试验所进行的三轴试验等一般围压在100kpa以上，而工程土体中10m范围内的实际围压小于100kpa,这就低估了土的强度指标。

基于目前的现状,要使基坑支护设计更加安全、合理,弥补理论上的不足,可以在试验的基础上对侧压力的强度参数φ值进行修正,提出更适当的经验公式。