第1个回答 2013-08-11
建筑基坑工程的设计与施工技术形式多样，实际工程影响因素很多，与(一般)岩土工程特性一样，基坑工程有着"先实践，后理论"的特点，迄今为止，我国已有大量的较成功的深基坑工程实践经验，但也有一些失败的教训。为了全面地了解建筑基坑的设计与施工特点，便于设计人员在计算时参考工程经验，本章选择了一些较成功的基坑工程实例。所选实例主要考虑以下几点：(1)工程规模大且典型的深基坑；(2)在某一方面具有突出的特色；(3)对以后基坑工程有指导意义。另外，对几种典型的悬臂桩墙围护结构的设计计算也通过实例进行了详细介绍。实例一 桩墙结构设计1．悬臂桩墙设计已知：悬臂桩墙结构挡土高度=3m；砂土y=19kN／m2；P一30，无地下水，钢板桩允许应力[口]=240MPa，如图8-1。确定板桩墙所需长度L和所需截面矩Ⅳ。可选用单位重度845N／m的300×300工字钢(W----365cm3／m)。2．单支撑桩墙设计已知：挡土高度H=6m，砂土7=19kN／m3，无地下水，采用横向支撑，间隔2m。作用点在墙后地面下1m处；钢板桩，允许挠曲应力240MPa，按"自由支座"进行设计。求：板桩所需长度L、支撑作用力F和所需截面矩W(见图8-2)。解3．拉锚板桩计算某工程挖土深6m，采用拉锚板桩挡土，将板桩后挖去1m深、1～2m宽的沟槽，地面荷载为条形荷载30kN／m2，宽6m，离板桩2m，地质情况如图8-3所示。基坑内为密集钢筋混凝土桩，板桩外设井点降水，井点管长7m。解(1)选用的各层土的P、c值，在井点降水范围内的认f值进行调整，板桩后主动侧压力(2)地面荷载：由于在板桩后预先挖了Im深的沟槽，计算土压力时以Im深处起算，该Im厚的土作为地面荷载，其值为4．多层支撑板桩墙计算某工程地下室，挖土深9m，桩基承台厚4m，土质情况如图8-4所示。钢板桩选用V号ESP，每延长米截面模量Ⅳ一3．82×106mm3，惯性矩，一9．55×108mm4，弹性模量E=2．06×105N／mm2。解由于在板桩内设井点降水，且为密集桩基，故对板桩墙前在9m以下的内摩擦角P和内聚力f进行调整，分别乘1．4和1．3系数。挖土和支撑的程序为：第一阶段挖土一第一层支撑一第二阶段挖土一第二层支撑-一第三阶段挖土-一第三层支撑-一第四阶段挖土-一加层垫层-一拆除第三层支撑。现分别对各阶段的板桩受力情况进行分析计算。(1)第一阶段挖土完成，板桩呈悬臂状，挖土深3．2m。第一阶段挖土板桩计算简图见图8-5。实例二 最大最深基坑工程--上海金茂大厦金茂大厦位于浦东陆家嘴隧道出口处南面，工程占地2．3万m2，建筑总面积29万m2，地下3层，地上88层，塔尖标高420m(见图8-10)。地下3层面积约6万m2，基坑开挖面积近2万m2(见图8-11)，开挖深度主楼为19．65m，裙房为15．1m。主楼下有429根直径914钢管桩，桩长65m，送桩17．5m；裙房下有632根直径609钢管桩，桩长33m，送桩13．5m。该工程由中国上海对外贸易中心股份有限公司投资，美国SOM设计事务所设计，上海建工集团总公司承包。1．基坑工程特点该工程是目前上海地区基础工程施工中最大最深的工程项目。其主要特点为：(1)作为基础外墙围护工程的地下连续墙兼有承重墙的职能，地下墙壁厚1m，深36m。由于地下墙内壁不设内衬，这就要求施工单位在地下墙施工中确保施工质量，尤其在槽段的接缝处理，槽底沉渣清理，整个墙体的防渗等方面，必须严格把关。(2)基坑的临时支撑采用现浇钢筋混凝土支撑。(3)基础土方量大，达30万rn3。(4)由于基础施工采用二阶段开挖方案，所以在主楼核心筒和地下室钢结构吊装时，混凝土支撑应不碰这些结构，故支撑设计应做到四避让：避让塔楼核心筒、避让地下室钢结构、避让裙房地梁、避让基础钢管桩。这些都给支撑平面布置带来了许多困难。2．基坑支护的设计(1)设计方案比选在金茂大厦基础工程中，SOM设计事务所原设计是采用斜拉锚方案。在主楼部分，斜拉锚共设六道；在裙房部分，斜拉锚共设四道。斜拉锚的使用角度为45，锚固于7～2层砂土层，在根部10～15m范围灌注水泥浆。斜拉锚由钢筋束组成，斜拉锚的锚固设计强度为150t(使用荷载)。钢筋混凝土内支撑方案由上海建工(集团)投标提出，在主楼部分，内支撑设四道，第一道支撑标高一3．4m；第二道支撑标高～8．3m；第三道支撑标高一13．1m；第四道支撑标高一17．1m。在裙房部分，内支撑设三道，标高同主楼部分。由于这一施工方案在上海有成熟的施工经验，施工可靠性强，在施工费用方面也不比斜拉锚施工方案多，所以最后经过比选认为对于金茂大厦基坑支护钢筋混凝土内支撑施工方法较适合。(2)岩土参数取值和土压力在表8-1中，除主动土压力由计算得到外，其余均由地质资料获得。对于基坑围护挡土墙的主动土压力，由于朗金理论的计算结果比较适合上海软土地基的客观情况，故可根据朗金主动土压力计算公式得到土压力分布。(3)基坑支护设计反力包络图根据主动土压力分布图进行综合，得到四道内支撑作用点支撑反力包络图(见图8-12)。根据朗金理论计算，第四道支撑的反力应大于第三道支撑的反力，但从各种资料和文献中查阅出，当挖土达到一定的深度时，由于深层土的变形滞后性，可对支撑反力作适当调整，故第四道支撑减为791kN／m。(4)基坑支护设计工况工况1：主楼和裙房第一次挖土结束；工况2：主楼第一道支撑和主楼第二次挖土结束；工况3：主楼第二道支撑和主楼第三次挖土结束；工况4：主楼第三道支撑和主楼第四次A挖土结束；工况5：主楼第四道支撑和主楼第四次8挖土结束；工况6：裙房第二次挖土结束；工况7：裙房第二道支撑和裙房第三次挖土结束；工况8：裙房第三道支撑和裙房第四次挖土结束；工况9：所有内支撑拆除和地下室三层楼板均结束。根据以上分析的边界条件以及各工况，用计算机SAP90程序进行计算可得到地下连续墙和钻孔灌注桩的弯矩包络图、剪力包络图和位移包络图。(5)地下连续墙和钻孔灌注排桩配筋设计根据地下连续墙在各工况下的包络图可得地下连续墙配筋包络图，然后按配筋包络图配筋。图8-13是以主楼某标准槽段配筋图。根据钻孔灌注排桩在各工况下的包络图得到排桩配筋(图8-14)，钻孔排桩直径为561200，间距为1400，桩顶标高为一8．7m，桩长24m，桩底标高为一32．7m。根据本工程钢筋混凝土内支撑四避让原则得第一、第二、第三道内支撑平面布置。用计算机SAP90程序进行计算，可得各道支撑在各点的变位值，水平弯矩值，竖向弯矩值，轴力值以及各节点的反力值等。第一道水平支撑的腰梁段面1000×800(6×)，塔吊行走支撑断面800×1000，其它断面分别为800×800、700×800、600×600。第二道水平支撑的腰梁1200×800，大开间侧支撑断面为900X 800，其它支撑断面为800X 800和600X 600。第三道水平支撑的腰梁为1200X800、大开间处大多为1000×800、局部杆件为ii00×800，其它支撑断面分别为900×800、700×700。第四道支撑与第三道支撑相同。根据前面的分析可得各断面的配筋图，图8-15及图8-16是典型断面的配筋图。立柱支撑由两部份构成，埋入坑底以下的为钻孔灌柱桩，坑底以上部份为格构式钢结构柱，该柱插入钻孔灌柱桩内5m，塔楼区域的钻孔桩径为声1000、桩长20m、格构柱外形截面尺寸600×600、肢件为11600×14、裙房区域的钻孔桩直径为850、桩长22．5m、格构柱截面尺寸为480x480、肢件为1140X14。格构柱的钢材为A3钢。根据各道支撑反力图进行计算，可得钻孔桩配筋(见图8-17)。3．基坑支护的施工本工程设计方SOM要求采用刚性接头，所以给施工带来了难题。作为基础支护工程的地下墙兼有承重的职能，且地下墙将作为地下室的外墙内侧面设有内衬，所以对防水性和质量均有较高要求。本工程首次使用了C40高强度水下混凝土，给工程带来了新的课题，由于工程桩较地下连续墙先施工，而部分送桩孔距地下连续墙很近，给地下连续墙施工带来了不利影响；又由于地下连续墙深36m，支承在7-2土层，而7-1土层和7-2土层土质较硬，成槽极为闲难．地下连续墙采用了新型的柔性接头(见图8-18)，标准雌槽段长5．4m，标准雄槽段长6．Om，施工时采用间隔跳跃式施工方式。用两台进口液压成槽机分区流水进行施工。在距地下连续墙较近的送桩孔进行压浆处理，保证地下连续墙成槽质量。在完成的地下连续墙外侧近接头区域进行劈裂压浆施工，保证地下连续墙的坑渗能力。在7-1层，7-2层标高处，若导杆式液压成槽机成槽困难。即用导杆式成槽机成槽7-1层以上部分。由绳牵式成槽机成槽7-1层和7-2土层。采用两只油压千斤顶，加扁担，分节顶升法预拔接头箱。导墙底部的土层必须是原状土，防止成槽时上口坍方。使用导杆式成槽机施工时，用经纬仪控制成槽垂直度；为了确保槽壁稳定，槽内泥浆液面高度要求控制在导墙顶面下200mm左右。在雄槽施工时，要求对雌槽进行刷接头处理，并随时用清水冲洗接头刷，使接头连接的质量达到要求。采用空气吸泥方法进行清基，使沉渣控制在200mm以内。由于原沉桩孔距槽壁较近，孔隙水压力较高，易造成槽壁坍方，为此，在成槽前对原沉桩孔四周进行地基加固处理。钻孔灌注桩是支护结构，共分为两类：第一类是支承钢筋混凝土内支撑的，第二类是主楼挡土围护排桩，各种类型钻孔桩的直径、孔底标高见表8-2。用日产履带式液压钻机(干钻机)成孔施工灌注桩。由于与地下连续墙同时施工，要求在使用场地上与地下连续墙施工进行流水作业。声850桩用声1100护口管；声1000桩用61300护口管；声1200桩用声1400护口管，护口管长6～7m。钢筋笼分两节吊放，钢立柱在地面拼装一次吊放，钢筋笼与钢立柱在洞口电焊连接。采用人造泥浆护壁保持孔壁稳定，泥浆比重为1．06～1．15，粘度控制在20s～30s之间。二次清孔采用正循环方式，在清孔效果不理想时，结合反循环方式清孔，立柱桩沉渣控制在10Omm以内，排桩沉渣控制在300mm以内。钻孔灌注桩的标号为C30水下，在现场进行自拌。混凝土在浇灌中，导管埋入混凝土中要求不小于3m，保证混凝土实度和翻浆能力。对于扩孔现象较大的围护排桩，采用外包锦纶布的做法施工。各道钢筋混凝土内支撑标号均为C30。每次土方开挖到各道支撑底时，开始内支撑施工，内支撑腰梁与地下墙的连接用声28锚固钢筋，采用锥螺纹连接方式。内支撑腰梁与钻孔排桩的连接用5628锚固钢筋，采用电焊连接方式，在主楼与裙房支撑分界处留设临时施工缝，并预留插筋和预埋件，在裙房支撑施工时，将裙房连接钢筋电焊在主楼支撑预件上，使主楼与裙房支撑连成一体。4．基坑降水工程的施工根据承压水计算公式式中K--分层土容重；ti--分层土厚度；比--水的容重：f--基坑底至不透水层顶的距离；为了满足主楼基坑挖土阶段的降水要求，基坑降水采用浅层降水与深层降水相结合的方法。由于第一阶段主楼挖土挖到一19．65m标高，裙房挖到一4．0m标高，所以第一阶段主楼采用深层降水方法，而裙房采用浅层的降水方法。浅层降水采用sl轻型井点，井点管长7m，深层降水采用SB一1深井泵，井管长22m。在基坑内深井泵的布置分两种类型，一种是可以固定在主楼支撑上保留的，另一种是在支撑的大空间中，这部分深井泵将随挖土过程分别拆除，在基坑内深井泵共有28台，其中9台将随挖土拆除。在第一次挖土前，在地下连续墙以内整个基坑范围内，打设6套轻型井点，轻型井点管间距控制在2．4m左右，井点管长6m，这部分轻型井点在第一次挖土后将拆除。在主楼施工时，为了保证土方边坡及车道边坡的稳定，考虑在裙房区域主楼边坡处及车道处共设8套轻型井点，轻型井点在第一次挖土后打设。