地基基础与地下空间工程技术.ppt

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1、地基基础与地下空间工程技术,中国建筑股份有限公司单彩杰,地基基础与地下空间工程技术,1.1 灌注桩后注浆技术1.2 长螺旋钻孔压灌桩技术1.3 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术1.4真空预压法加固软基技术1.5 土工合成材料应用技术1.6 复合土钉墙支护技术1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术1.8 工具式组合内支撑技术,地基基础与地下空间工程技术,1.9 逆作法施工技术1.10 爆破挤淤法技术1.11 高边坡防护技术1.12 非开挖埋管技术1.13 大断面矩形地下通道掘进施工技术1.14 盾构施工技术1.15 智能化气压沉箱施工技术1.16 双聚能预裂与光面爆破综合技术,1.1

2、灌注桩后注浆技术,早在60年代初，国外就开发出解决灌注桩桩底沉渣和桩身泥皮的后注浆技术。国外的桩底后注浆装置大体可分为以下几种：预埋于桩底的装有碎石的预载箱、注浆腔、U形管阀；桩侧后注浆装置为设置于钢筋笼上的带套袖阀的钢管。国外灌注桩后注浆技术的特点是工艺复杂，附加费用高，桩侧注浆需在成桩后2天内通过高压射水冲破混凝土保护层来实施。,背景,我国关于灌注桩后注浆的最早报道，是交通部一航局设计院1974年在天津塘沽采用，北京市建研所等的试验。80年代初，采用PVC管作为注浆管进行后注浆试验。上述两单位的技术当时是在干作业灌注桩中试验和应用的，因此注浆阀无需具备抵抗泥浆和静止水压力的功能，且桩长较短

3、，相对简单。90年代初，在徐州和郑州地区有关于后注浆技术应用于泥浆护壁灌注桩工程的报道，前者是将2根注浆管埋设在桩底虚土的碎石中，先由一管注入清水，由另一管排除泥浆，随后注入水泥浆，其承载力增幅较小；,背景,后者由西南交通大学岩土所与郑州铁路局郑州设计院进行的某桥梁桩基注浆试验，是在桩底设置橡胶囊，由带钢球的单向阀钢管与注浆腔相联，成桩后向囊中注浆，其加固机理主要靠注浆囊的膨胀压密和扩底作用，同时应用套管法于成桩后12小时内冲破混凝土保护层实施桩侧注浆的试验。总的说来，上述国内灌注桩后注浆装置与国外技术类似，安装较复杂，成本高，且与桩体施工有一定程度交叉。,基本概念,灌注桩后注浆（post g

4、routing for cast-in-situ pile,简写PPG）是指在灌注桩成桩后一定时间，通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。灌注桩后注浆是一种提高桩基承载力的辅助措施，而不是成桩方法。后注浆的效果取决于土层性质、注浆的工艺流程、参数和控制标准等因素。,基本原理,灌注桩后注浆提高承载力的机理：一是通过桩底和桩侧后注浆加固桩底沉渣（虚土）和桩身泥皮，二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入（粗颗粒土）、劈裂（细粒土）和压密（非饱和松散土）注浆起到加固作用，从而增大桩侧阻力和桩端阻力，提

5、高单桩承载力，减少沉降。在优化工艺参数的条件下，可使单桩承载力提高40%120%，粗粒土增幅高于细粒土，桩侧、桩底复式注浆高于桩底注浆；桩基沉降减小30%左右。可利用预埋于桩身的后注浆钢导管进行桩身完整性超声检测，注浆用导管可取代等承载力桩身纵向钢筋。,施工要点,1 桩底后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置，对于dl000mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于d600mm的桩，可设置1根；对于1000mmd2000mm的桩，宜对称设置34根；2管阀应能承受1MPa以上静水压力；管阀外部保护层应能抵抗砂、石等硬质物的刮撞而不至使管阀受损；,施工要点,3 浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透

6、性确定，对于饱和土宜为0.50.7，对于非饱和土宜为0.70.9(松散碎石土、砂砾宜为0.50.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；地下水处于流动状态时，应掺入速凝剂；4 桩底注浆终止工作压力应根据土层性质、注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和粘性土、粉土，宜为510Mpa；对于饱和土层宜为1.56Mpa，软土取低值，密实粘性土取高值；桩侧注浆终止压力宜为桩底注浆终止压力的12；,5 注浆流量不宜超过75Lmin：6.单桩注浆量的设计主要应考虑桩的直径、长度、桩底桩侧土层性质、单桩承载力增幅、是否复式注浆等因素确定。7 承载力估算公式：灌注桩经后注浆处理后的单桩极限承载力，应通过静载试验确定，在没有

7、地方经验的情况下，可按下式预估单桩竖向极限承载力标准值。,式中 qski、qpk 极限侧阻力和极限端阻力标准值，按JGJ94-94或有关地方标准取值；U、Ap 桩身周长和桩底面积si p 侧阻力、端阻力增强系数，可参考以下取值范围 si：1.22.0；1.23.0，细颗粒土取低值，粗颗粒土取高值。首都机场18000余根灌注桩全部采用后注浆技术，缩短工期4个月，节约投资1亿多。,1.2 长螺旋钻孔压灌桩技术,长螺旋钻孔压灌桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。后

8、插入钢筋笼的工序应在压灌混凝土工序后连续进行。与普通水下灌注桩施工工艺相比，长螺旋钻孔压灌桩施工，由于不需要泥浆护壁，无泥皮，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价较低。,施工工艺,1.螺旋钻机就位；2.启动马达钻孔至预定标；3.砼泵将搅拌好的砼通过钻杆内管压至钻头底端，边压砼边拔管直至成素砼桩；4.将制作好的钢筋笼与钢筋笼导入管连接并吊起，移至已成素砼桩的桩孔内；5.起吊振动锤至笼顶，通过振动锤下的夹具夹住钢筋笼导入管；6.启动振动锤通过导入管将钢筋笼送入桩身砼内至设计标高；7.边振动边拔管将钢筋笼导入管拔出，并使桩身砼振捣密实。,其施工流程如图所示。与该施工工艺配套的主要施工设备包括长螺旋钻

9、机、砼输送泵、钢筋笼导入管、夹具、振动锤。长螺旋钻机、砼输送泵）采用目前市场上常规型号的机械设备，其动力性能和砼输送泵功率的选择根据桩径及桩长确定。,技术要点,1.长螺旋钻孔泵送砼成桩技术 2.振动锤及夹具3.钢筋笼导入管4.导入管与钢筋笼的连接方式长螺旋水下成桩工艺与设备施工便捷、无泥浆或水泥浆污染、噪音小、效率高、成本低，是一种很好的灌注桩施工方法。该工法施工的单桩承载力高于普通的泥浆护壁钻孔灌注桩，成桩质量稳定。与泥浆护壁钻孔灌注桩相比，该工法的施工效率是其施工效率的45倍，施工费用是其施工费用的72%，节约费用约28%；与长螺旋钻孔无砂砼桩相比，该工法的施工效率是其施工效率的1.21.

10、5倍，施工费用是其施工费用的51%，节约费用约49%。钢筋笼导入管与钢筋笼巧妙连接，将激振力传至钢筋笼底部，通过下拉力有效地将钢筋笼下至设计标高。钢筋笼导入管的振动，使桩身砼密实，桩身砼质量更有保证。,技术指标,1 混凝土中可掺加粉煤灰或外加剂，每方混凝土的粉煤灰掺量宜为7090kg。2 混凝土中粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。3 混凝土塌落度宜为180220mm。4 提钻速度：宜为1.21.5m/min。5长螺旋钻孔压灌桩的充盈系数宜为1.01.2。6 桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.30.5m。7 钢筋笼插入速度宜控制在1.21.5m/min。设计施工可依据现行建筑桩基技术

11、规范JGJ94进行。适用范围适用于地下水位较高，易塌孔，且长螺旋钻孔机可以钻进的地层。北京京东方项目投入长螺旋成套设备16台，完成工程桩6195根，总延米148700米，桩身砼总方量42520m3。,1.3 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术,水泥粉煤灰碎石桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌合形成的高粘结强度桩（以下简称CFG桩），通过在建筑物基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承担荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。采用CFG桩复合地基

12、对建筑物进行地基处理设计时，除满足复合地基承载力和变形条件外，还要考虑以下诸多因素进行综合分析，确定设计参数：,技术要点,1 地基处理目的 设计时必须明确地基处理是为了解决地基承载力问题、变形问题还是液化问题，解决问题的目的不同采用的工艺、设计方法、布桩形式均不同。2 建筑物结构布置及荷载传递如建筑物是单体还是群体，体型是简单还是复杂，结构布置是均匀还是存在偏心荷载，主体建筑物是否带有裙房或地下车库，建筑物是否存在转换层或地下大空间结构，建筑物通过墙、柱和核心筒传到基础的荷载扩散到基底的范围及均匀性等。总之，在设计时必须认真分析结构传递荷载的特点以及建筑物对变形的适应能力，做到合理布桩，地基处

13、理方可达到预期目的，保证建筑物安全。,技术要点,3 场地土质的变化对复合地基施工工艺的选择和设计参数的确定有着密切的关系，因此在设计时需认真阅读勘察报告，仔细分析场地土质特点。不仅要阅读综合统计指标，而且要阅读每个孔点的试验指标。通过对场地土的了解，对荷载情况、地基处理要求等综合分析，考虑采用何种布桩形式。工程中，CFG桩采用的布桩形式有等桩长布桩、不等桩长布桩、长短桩间作布桩以及与其它桩型联合使用布桩等。4 施工设备和施工工艺选用的设备穿透土层能力和最大施工桩长能否满足要求，施工时对桩间土和已打桩是否会造成不良影响。5 场地周围环境场地周围环境情况是设计时确定施工工艺的一个重要因素。当场地离

14、居民区较近等，施工不宜选择振动成桩工艺，而应选择无振动低噪音的施工工艺，如长螺旋钻管内泵压CFG桩工法；若场地位于空旷地区，且地基土主要为松散的粉细砂或填土，选用振动沉管打桩机施工显然是适宜的。,设计流程,CFG桩复合地基设计主要确定5个参数，分别为桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。设计程序如图所示。,沉降计算,地基处理后的变形计算应按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 倍，值可按下式确定复合地基的变形计算经验系数应根据地区沉降观测资料统计确定，无经验资料时可采用表中数值。,

15、1.4真空预压法加固软基技术,真空预压法加固软基技术在1952年首先由瑞典皇家地质学院的W.杰尔曼教授（W.Kjellman）提出。1957年，天津大学在室内进行了真空预压试验，试验将配置均匀的黏土分四层填入20cm的圆筒中，利用真空泵抽真空，保持负压在80kPa情况下连续抽气84h后，对软土进行检测，含水量由抽气前的86降至52，说明有明显的加固效果。1960年，天津港务局在现场作了较大比尺的模型试验，平面尺寸为12m4m，排水砂井深2m，抽真空120h，虽取得一定的效果，但真空度较低，仅达到26kPa，故未能推广应用。,中港第一航务工程局自1980年起在天津港进行了小面积的现场试验，试验分

16、为砂垫层真空预压和袋装砂井真空预压，试验面积各为25m50m，试验初期密封膜采用的是1mm厚的合成革，抽真空设备则引入了降水设备射流泵。由于抽真空设备选用正确，使试验区的真空度形成并能维持在80kPa左右，达到了预期的目的。后经过加固效果检验，袋装砂井真空预压法显示出了强大的生命力，受到了人们高度重视。1983年，该项目经国家计委批准纳入国家“六五”科技攻关项目，在三年的试验研究中，科研人员从理论探讨，到室内试验、现场试验，进行了260m2的探索试验，550m2和1250m2的中间试验，以及18300m2的典型施工，3万m2生产应用，逐步改进和完善了真空预压的施工工艺、密封膜的材料性能、抽真空

17、设备等，搞清了真空预压法的加固机理。该项目获得圆满成功，并于1985年12月通过国家鉴定。,基本原理,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。由于塑料密封膜使被加固土体得到密封并与大气压隔离，当采用抽真空设备抽真空时，砂垫层和垂直排水通道内的孔隙水压力迅速降低。土体内的孔隙水压力随着排水通道内孔隙压力的降低（形成压力梯度）而逐渐降低。根据太沙基有效应力原理，当总应力不变时，孔隙水压力的降低值全部转化为有效应力的增加值。因抽真空设备理论上最大只能降低一个大气压（绝对压力零点），所以真空预压工程上的等效预压荷载理论极限值为100kPa，现在

18、的工艺水平一般能达到80kPa95kPa。,基本原理,真空预压法如图1.1a)所示。首先，在需要加固的地基上铺设水平排水垫层（如砂垫层等）和打设垂直排水通道（袋装砂井或塑料排水板等）。在砂垫层上铺设塑料密封膜并使其四周埋设于不透气层顶面以下至少50cm，使之与大气压隔离。然后采用抽真空装置（射流泵）降低被加固地基内孔隙水压力，使其地基内有效应力增加，从而使土体得到加固。,特点,a真空预压法加固的土体的密实度比同等条件下堆载预压加固法高。加固效果比同等条件下堆载预压加固法要好，特别适用于超软地基加固。b无须控制加荷速率，无须分级，加固速度快，工期短。c施工机具和设备简单，便于操作，施工方便，作业

19、效率高，适于大规模地基加固，易于推广应用。d不需要大量堆载材料、无噪音、无振动、不污染环境。d在堆载材料来源紧张、价格高的地区，真空预压的费用低于堆载预压，但是真空预压需要充足、连续的电力供应；加固时间不宜过长，否则，加固费用可能高于同等的堆载预压。,技术要点,真空预压法设计的主要内容有勘察、设计参数选取、排水系统设计、排气系统设计、验证满足设计荷载所需要的强度、固结时间、工后沉降等。1 勘察：土层分布、地下水、软土特征指标等。2 参数选取：预压荷载 80-90kPa固结度可取80，85，90和95加固范围及分区(单块加固面积1-3万平米)3 排水系统设计：由地表水平向排水层和竖向排水体组成。

20、4抽气系统:由砂垫层中铺设的滤管、密封膜、射流泵组成.5 计算:固结度，沉降，稳定分析,施工,1.场地整平,对原地面进行方格网测量，准确确定场地标高。2.铺设砂垫层,水平排水体一般采用透水性好的中粗砂.3.打设塑料排水板4.抽真空:真空设备在安装前应进行试运转，空抽时必须达到98kPa以上的真空吸力，安装时要保持平稳，且与滤管连接牢固后才可接通电源。密封膜埋入压膜沟后，基本确认密封膜无孔洞时，且真空度达到50kPa后，可在密封膜上覆水。加固区膜下真空度在7d10d内应达到80kPa以上，否则应查找原因及时处理。经过几天的试抽气。在正式抽气期间，真空泵的开启数量不得少于总数的80。5.停泵卸载:

21、根据地基加固过程中监测数据的分析、计算，满足设计要求后，即，有效真空预压时间不少于设计中的真空预压满载时间；实测地面沉降速率连续5d10d平均沉降量不大于1.0mm/d2.0mm/d；按实测沉降曲线推算的固结度达到设计要求，工后沉降满足设计要求，就可以停泵卸载。,适用范围,第四纪后期形成的海相、泻湖相、溺谷相和湖泊相的黏性土沉积物或河流冲积物，有的属于新近淤积物，大部分是饱和的，称为软黏土。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差，不易作为天然地基使用。此类土在工程建设中经常遇到，需要进行加固处理。真空预压法适用于加固上述饱和软黏土地基，特别适于新吹填土、超软土地基，尤其是进行大面积

22、的地基处理工程。,应用,1989年，法国梅纳公司（Menard）技术人员来我国，参观了天津港真空预压施工现场，并与有关技术人员进行了座谈。此后，该公司采用真空预压技术在法国进行了15万m2工业厂房、高速公路加固施工。在越南协福电厂成功应用。真空预压加固法目前已成为国内加固软土地基的一种行之有效的方法。近二十年来，在港口、高速公路、机场跑道、厂房地基、电厂场区等工程中广泛应用，为国家建设做出了贡献。,1.5 土工合成材料应用技术,织造型土工织物在我国的应用大致是从20世纪70年代开始应用于护岸工程，进入80年代，随着土工材料增多，复合型软体排开始用于防止河岸冲刷，织造型布还普遍应用于土袋、石枕及

23、软土地基加固。到80年代中期，无纺布的应用已很快推广到储灰坝、尾矿坝、水坠坝、海岸护坡和港口码头及地基处理等工程。塑料排水板的应用开始于1981年，混凝土模袋护坡始用于江苏省的南官河口岸，到80年代末，以推广到全国七、八个省市。其他土工合成材料如土工网、土工格栅、土工带、土工锚杆、泡沫塑料等也在我国土木建筑中得到大量应用。,功能,土工合成材料是一种新型的岩土工程材料,分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料，其功能是多方面的，但归纳起来可以概括为 反滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护等六大功能。有些土工合成材料在工程中所起到的功能可能不是单一的，如加筋垫层中的土工织物既起加筋作

24、用，又起隔离作用。又如土工织物软体排，既起护底、固滩作用，又起加筋和反滤作用。因此，在工程应用中既要按其主要作用进行设计，又要兼顾其它需要。,常见加筋支挡结构形式,土工织物充填袋断面结构,适用范围,土工合成材料在我国不仅已经广泛应用于建筑工程的各种领域，而且已成功地研究、开发了成套的应用技术。在我国各行业基础建设中，土工合成材料主要应用于滤层、加筋垫层、加筋挡墙、陡坡及码头岸坡、土工织物软体排、充填袋、模袋混凝土、塑料排水板、土工膜防渗墙和防渗铺盖、软式透水管和排水盲沟、治理路基和路面病害以及三维网垫边坡防护应用等。,1.6 复合土钉墙支护技术,国外土钉墙技术起源有二：20世纪50年代形成的新

25、奥法（NATM）和60年代初期最早在法国发展起来的加筋土技术。70年代，德国、法国、美国、西班牙、巴西、匈牙利、日本等国家几乎在同一时期各自独立开始了现代土钉墙技术的研究与应用。国际上有详细记载的第一个土钉墙工程是1972年法国在凡尔塞附近的一处铁路路堑的边坡支护工程，德国1979年在斯图加特建造了第一个永久性土钉墙工程，美国有详细记载的一个工程是1976年在波特兰市一所医院扩建工程的基础开挖。1979年巴黎地基加固国际会议之后，由于各国信息交流，改变了以前各自独立研究状态，使得土钉墙技术得到迅速发展和应用，1990年在美国召开的挡土结构国际学术会议上，土钉墙作为一个独立的专题与其它支挡形式并

26、列，成为了一个独立的地基加固学科分支。,国内发展,国内土钉墙技术的起源也有二：一是国外的土钉墙技术，二是在国内地下工程中应用广泛的喷锚技术。土钉墙由于自身固有缺陷在某些场合不适用，需要与其它支护构件联合使用，这样复合土钉墙技术便应运而生。复合土钉墙是将普通土钉墙与一种或几种构件有机组合成的复合支护体系，构成要素主要有土钉(钢筋土钉或钢管土钉)，预应力锚杆(索)，截水帷幕，微型桩，挂网喷射混凝土面层，原位土体等。,复合土钉墙的基本形式 预应力锚杆、截水帷幕及微型桩或单独或组合与基本型土钉墙复合，形成了7种复合形式：（a）土钉墙+预应力锚杆；（b）土钉墙+截水帷幕；（c）土钉墙+微型桩；（d）土钉

27、墙+截水帷幕+预应力锚杆；（e）土钉墙+微型桩+预应力锚杆；（f）土钉墙截水帷幕+微型桩；（g）土钉墙+截水帷幕+微型桩+预应力锚杆，其中第三种应用最多.复合土钉墙支护的基本原理1.截水帷幕：截水同时兼作支挡结构并形成垂直开挖面，其支挡效果是通过具有一定厚度和强度的帷幕的抗剪作用而产生的。2.喷射砼及土钉：起到对土体的加固、封闭和局部稳定作用。3.微型桩（可称弱桩）：发挥超前支护和局部稳定作用。4,预应力锚杆(索)：将土、水、外荷载产生的拉力传递到深部稳定的岩土层中，利用其潜能达到稳定的目的，并通过预加应力达到主动加固的效果。,整体稳定性分析,土钉墙设计时必须要进行整体稳定性分析。此外还应进行

28、抗隆起稳定性验算及抗渗流稳定性验算。整体稳定性验算可采用简化圆弧滑动面条分法,与普通土钉墙的不同之处在于计算公式中除了土体、土钉外，还必须考虑预应力锚杆、截水帷幕和微型桩的作用。计算简图如下:,技术指标及构造参数,1.坡型：可根据工程地质和工程环境条件设计为放坡型、直立型或混合型。2.帷幕：一般采用水泥土桩，设置12排。帷幕深度应插入下卧不透水层1.52.0m。3.土钉：长度宜为开挖深度的0.52倍，间距宜为12m，与水平面夹角宜为815，孔径宜为80100mm；钢筋土钉宜采用直径1628mm的HRB335螺纹钢筋，钢管土钉宜采用4857厚度3.05.0mm热轧或无缝钢管；4.挂网喷射砼面层：

29、强度一般C20C25，面层厚80120mm；钢筋网一般采用68，网格200200250250mm；5.微型桩：一般采用直径250400mm的钻孔灌柱桩或钢管、木桩等，钻孔桩骨架可为钢筋笼、工字钢或钢管，桩体材料可为砼、砂浆或水泥净浆；长度一般伸入基坑底部以下24m，纵向间距12m；6.预应力锚杆：预应力锚杆一般用于深度8m以上的基坑，预应力锚杆的位置多布于土钉墙的中、下部；预应力锚杆可采用级钢筋，精轧螺纹钢筋或钢绞线；复合土钉墙中的预应力锚杆吨位不宜太高；预应力锚杆的布置及锁定预拉力应考虑与土钉变形相协调。,施工要点,1)施工程序:复合土钉墙的施工应按以下顺序进行：放线定位施作截水帷幕和微型桩

30、分层开挖喷射第一层砼土钉及预应力锚杆钻孔安装挂网喷射第二层砼（无预应力锚杆部位）养护48h后继续分层下挖（布置预应力锚杆部位）浆体强度达到设计要求并张拉锁定后继续分层开挖2)土方开挖与喷锚支护的配合 土方开挖与土钉喷射砼等工艺的密切配合是确保复合土钉墙支护顺利施工的重要环节，最好由一个施工单位总包，统一安排。土方开挖必须严格遵循分层、分段、平衡、适时等原则。3)土钉施工:在普通土钉墙中，主要采用钢筋土钉.地下水位以上，或有一定自稳能力的地层中，钢筋土钉和钢管土钉均可采用；但地下水位以下，软弱土层，砂质土层等，由于成孔困难，则应采用钢管土钉。,施工要点,4)钢管土钉施工：钢管土钉不需先成孔，它是

31、通过专用设备直接打入土层，并通过管壁与土层的摩阻力产生锚拉力达到稳定的目的。保证较高的摩阻力是其成败的关键，钢管施工应注意：一、钢管土钉在土层中禁止引孔（帷幕除外），由于设备能力不够而造成土钉不能全部被打进时，则应更换设备；二是土钉外端应有足够的自由段长度，自由段一般不小于3m，不开孔，靠其与土层之间的紧密贴合保证里段有较高的注浆压力和注浆量，提高加固和锚固效果；三是在帷幕上开孔的土钉，土钉安装后应对孔口进行封闭，防止渗水漏水。,1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术,1 原理与制作工艺:水泥土搅拌桩作为围护结构无法承受较大弯矩与剪力，插入其中的型钢或工字钢可大大改善墙体受力。型钢或工字钢主

32、要用来承受弯矩与剪力，水泥土主要用来止水防渗，对型钢还有围箍作用。型钢水泥土复合搅拌桩支护结构同时具有抵抗侧向土水压力和阻止地下水渗漏的功能，主要用于深基坑支护。其制作工艺是：通过特制的多轴深层搅拌机自上而下将施工场地原位土体切碎，同时从搅拌头处将水泥浆等固化剂注入土体并与土体搅拌均匀，通过连续的重叠搭接施工，形成水泥土地下连续墙；在水泥土硬凝之前，将型钢插入墙中，形成型钢与水泥土的复合墙体。实际工程应用中主要有两种结构形式：I型是在水泥土墙中插入断面较大H型，主要利用型钢承受水土侧压力，水泥土墙仅作为止水帷幕，基本不考虑水泥土的承载作用和与型钢的共伺工作，型钢一般需要涂抹隔离剂，待基坑工程结

33、束之后将H型钢拔除，以节省钢材。II型是在水泥土墙内外两侧应力较大的区域插入断面较小的工字钢等型钢，利用水泥土与型钢的共同工作，共同承受水土压力并具有止水帷幕的功能。,1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术,2 作用机理与计算模型 水泥土与型钢共同作用尽管无法和钢筋混凝土相比，但对墙体刚度的提高是十分明显的。可用提高系数表达：式中，Ecs、Es分别为加筋水泥土墙和型钢的弹性模量，Ecs由试验确定；Ics、Is分别为加筋水泥土墙和型钢的惯性矩，由材料的尺寸计算。,加筋水泥土墙设计计算要计算其内力与位移，并验算水泥土、型钢的强度，具体步骤如下：1)折算为等刚度厚h的混凝土壁式地下墙设型钢宽度为W

34、，型钢间的净距为t，可将其按刚度相等的原则折算为一定厚度的钢筋混凝土壁式地下连续墙，如图,1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术,1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术,2)按厚h的混凝土壁式地下墙，计算每延米墙体弯矩、剪力与位移Mw、Qw、yw计算中水土压力假定以及采用的方法详见围护结构设计计算的有关章节。3)折算成每根型钢的弯矩、剪力与位移Mp、Qp、yp，每根型钢承受水土压力沿围护结构延长方向长度为(w+z)，则每根型钢内力与位移为：,4)强度验算型钢抗拉验算：考虑弯矩全部由型钢承担，则型钢应力需满足：水泥土与型钢联接部位的错动剪力，如图,1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术,1

35、.8 工具式组合内支撑技术,组合内支撑技术是建筑基坑支护的一项新技术，它是在混凝土内支撑技术的基础上发展起来的一种内支撑结构体系，主要利用组合式钢结构构件截面灵活可变、加工方便等优点。当无大型钢管和型钢时，可用角钢组合成空间桁架支撑，它的外围尺寸可以根据需要设计。由于组合空间桁架外围尺寸、刚度大，稳定性好，常用于跨度长、受力大的支撑部位。工具式组合内支撑技术具有以下特点：（1）适用性广，可在各种地质情况和复杂周边环境下使用；（2）施工速度快；支撑形式多样；（3）计算理论成熟；（4）可拆卸重复利用，节省投资。组合内支撑技术适用于周围建筑物密集，相邻建筑物基础埋深较大，周围土质情况复杂，施工场地狭

36、小，软土场地等深大基坑。,1.8 工具式组合内支撑技术,措施:钢支撑的连接主要采用焊接或高强螺栓连接。钢构件拼接点的强度不应低于构件自身自截面强度。对于格构式组合构件的缀条应采用型钢或扁钢；不得采用钢筋 钢管与钢管的连接一般以法兰盘形式连接和内衬套管焊接，分别如图1。当不同直径的钢管连接时，采用锥形过渡，如图2所示。钢管或型钢与混凝土构件相连处须在混凝土内预埋连接钢板及安装螺栓等(图3)。当钢管或型钢支撑与混凝土构件斜交时混凝土构件宜浇成与支撑轴线垂直的支座面，如图4。,国贸二期工具式钢支撑应用,1.9 逆作法施工技术,1 基本概念:地下工程主体结构采用逆作法，是地面以下主体结构各层自上而下(

37、相对于传统方法反顺序)施工法的简称。它借助于地下逐层形成钢筋混凝土梁板的水平强度和刚度，对周边围护结构产生各道支撑作用，来保证内部土方相应逐步下挖的施工方法。2工艺原理：先沿建筑物地下室周边施工地下连续墙或桩等其他围护结构，同时在建筑物内部的有关位置打下或浇筑中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的顶部支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。与此同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，也可以同时向上逐层进行地上结构的施工。但是在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前，随着

38、开挖深度的变化，各层梁板及柱墙受力不断变化，地面以上结构部分允许施工的层数须经计算后严格限制。,逆作法示意图,逆作法是建筑地下主体结构的一种施工技术，它通过合理利用建（构）筑物地下结构逐层施工产生的自身抗力，达到后续开挖支护围护结构的目的。一般意义上的逆作法是指主体结构的逆作，即，将地下结构的外墙作为挖土围护的挡墙（地下连续墙）、将结构的梁板作为挡墙的水平支撑、将结构的框架柱作为挡墙支撑立柱的自上而下作业的支护施工方法。根据对围护结构的支撑方式，逆作法又可分为全逆作法、半逆作法和部分逆作法等三种。逆作法设计施工的关键是随着开挖深度的变化，各层梁板及柱墙受力不断变化。因此，其节点连接问题，即墙与

39、梁板的联接，柱与梁板的联接，它关系到结构体系能否协调工作，建筑功能能否实现。,1.9 逆作法施工技术,逆作法施工技术程序首先施工四周围结构，一般采用地下连续墙或排桩；按设计图纸施工中间支承柱及其下部桩基础，严格控制垂直度；浇灌地下室0.0层的顶层钢筋混凝土的梁板，并预留数个出土口；挖、运、出负一层土方，运到室外卸土区；浇注负一层墙、柱、板；参照程序逐层进行地下室二、三层梁板混凝土的浇筑，土方挖运，直至底层；进行地下室底板混凝土的浇筑。,1.9 逆作法施工技术,技术指标:1)围护桩(墙)水平变形最大值控制在20mm以内(软土地区可适当放松)；2)钢管立柱垂直度应严格控制不大于1/600；3)相邻

40、两柱沉降差严格控制不大于0.002L（L为柱间距）4)立柱沉降或隆起最大值控制在10mm以内(软土地区可适当放松)；5)周边地表下沉应控制在10mm以内；6)基坑周边地下管线沉降、建筑物沉降、倾斜及裂缝的最大值按权属单位要求进行控制.上海万达半逆作.上海静安(世博)500kV输变电工程4层全逆作都非常成功.,1.9 逆作法施工技术,1.10 爆破挤淤法技术,爆破排淤填石（爆炸挤淤）是我国独创的软土地基处理的一门新技术。1984年由连云港建港指挥部、中国科学院力学研究所和交通部第三航务工程勘测设计院等单位合首次提出该方法并组织试验，并将其成功应用于连云港西大堤工程建设上。1987年该项技术通过了

41、交通部与中科院的联合技术鉴定；1990年获得了国家科学技术进步二等奖，1992年9月通过了交通部的推广应用项目验收；1993年获国家专利金奖。该项技术首先运用在港航与水利行业水下淤泥与淤泥质软土的防波堤、护岸、围堤工程上。交通部颁布的爆炸法处理水下地基和基础规程（JTJ/T258-98），水运工程爆破技术规范（JTS 204-2008）对爆炸排淤填石法的理论与实践作了总结，促进了该项技术的进一步的发展与应用。,1 基本原理与挤淤过程:爆破排淤填石法从机理上说，主要是置换功能，爆炸能量将淤泥排开同时使淤泥质土产生结构性破坏，强度弱化，爆炸引起抛石体的震动，产生的附加动荷载有助于挤淤，使堤身下沉。

42、爆炸振动同时使得抛石体密实。爆破排淤填石法是在淤泥质地基上抛石，在抛石堤头外缘适当位置的淤泥质地基内部中埋放群药包，爆炸（堤头爆）将淤泥向四周挤出并向上抛掷形成爆坑空腔，邻近爆坑的堤头堆石体在爆炸负压和强烈压缩、振动作用下滑向爆坑，形成瞬时定向滑移和泥、石置换。塌落石方滑向爆坑后，形成“爆炸石舌”。继而，在爆后堤头抛填，形成新的抛填堤头。新的抛填体将“石舌”上部浮淤挤走并压在“石舌”上。在新的抛填堤头前方继续埋药爆炸。这样，“抛填一爆炸”重复进行，直至完成整个抛石堤的施工.,1.10 爆破挤淤法技术,1.10 爆破挤淤法技术,2 施工技术与措施施工方案设计包括抛填断面设计和布药参数的设计两方面

43、。有“微差爆破”技术和“气幕”技术1)常用微差爆破技术是通过使用毫秒电雷管，使不同的药孔以相同的毫秒级时差依次起爆，以减少一次起爆的炸药量，从而有效降低爆破震动速度。2)气幕”技术该技术主要应用在水中有较重要的构筑物，为了降低水冲击波对构筑物的损害而采用。在构筑物前方面对起爆点，布设一条气幕。方法是在水底铺设一排或多排无缝钢管，事先在钢管上钻出细密均匀的小孔，用空压机通过出气管连接到钢管上，起爆前开动空压机，在水中形成一个由繁密气泡组成的“气幕”，爆破冲击波经过“气幕”后（不同介质中波传播速不同），震动速度降低，从而达到保护构筑物的目的。,1.10 爆破挤淤法技术,3 适用性爆破挤淤可用于抛石

44、置换水下淤泥质地基的工程，置换厚度宜取4-25m。置换厚度小于4m或大于25m，石料缺乏、价格贵，水深浅、淤泥层厚的工程，应进行多种地基处理方案比选，对爆破挤淤法作技术经济论证。在周围环境对噪声、震动敏感，环保要求高的地区需谨慎采用。,1.10 爆破挤淤法技术,1.11 高边坡防护技术,边坡是指经人工改造形成的或受工程影响的边坡。分岩质边坡、土质边坡和岩土混合边坡。边坡防护是指通过工程措施，如支挡、浅层加固、深层锚固及排水相结合，使边坡安全、稳定。目前，国内外针对边坡稳定采取的工程措施除地表和地下排水外，主要采取削坡减载、支挡、反压、锚固以及护坡等。对于岩质高边坡的浅层加固支护处理，通常采用系

45、统锚杆（桩）加固、坡面喷砼封闭等常规手段。对于高边坡的安全稳定深层加固支护处理，预应力锚索（杆）、抗滑桩等是一种有效的加固支护措施，已在国内外各类工程高边坡治理中普遍使用。对于堆积体边坡普遍采用引排水、及时喷砼封闭坡面、实施自进式中空注浆锚杆和锁口锚杆、挂网加强喷护、加强施工期安全监测等措施,2主要技术内容及特点（1）对于自然高边坡：通过在坡体内施工预应力锚索、系统锚杆（土钉）或注浆加固对边坡进行处治。系统预应力锚索为主动受力，单根锚索设计锚固力可高达3000kN，是高边坡深层加固防护的主要措施。系统锚杆（土钉）对边坡防护的机理相当于螺栓的作用，是一种对边坡进行中浅层加固的手段。根据滑动面的埋

46、深确定边坡不稳定块体大小及所需锚固力，一般多用预应力锚（索）杆有针对性的进行加固防护。为防治边坡表面风化、冲蚀或弱化，主要采取植物防护、砌体封闭防护、喷射（网喷）混凝土等作为坡面防护措施。,1.11 高边坡防护技术,（2）对于堆积体高边坡：堆积体高边坡的加固主要采取浅表加固、混凝土贴坡挡墙加预应力锚索固脚和浅表排水和深层排水降压的加固处理等技术。浅表加固采用中空注浆土锚管加拱形骨架梁混凝土对边坡浅层滑移变形进行加固处理；边坡开挖切脚采用混凝土贴坡挡墙加预应力锚索进行加固；在边坡治理采用浅表排水和深层排水降压相结合进行处置地表水和地下水的排放等。,1.11 高边坡防护技术,3 技术指标与技术措施

47、（1）对于自然边坡：根据边坡高度、岩体性状、构造及地下水的分布，判断潜在滑移面的位置。选择适宜的计算方法确定所需的锚固力并给出整体安全系数。采用加固防护措施提高边坡的稳定性。主要技术指标为：1）锚索锚固力：5003000kN。2）锚杆锚固力：100500kN。3）喷射混凝土：强度不低于C20。4）锚（索）杆固定方式：可采用机械固定、灌浆（胶结材料）固定、扩张基底固定方式，根据粘结强度确定锚固力设计值。在实际工程中，要结合边坡坡度、高度、水文地质条件、边坡危害程度合理选择防护措施，,1.11 高边坡防护技术,1.11 高边坡防护技术,（2）对于堆积体高边坡：1）土锚管注浆：土锚管灌注M20的水泥

48、净浆，水灰比0.81，注浆压力0.3MPa以内。2）在拱形骨架梁主梁、中空注浆土锚管相间布置，间距1.0m，坡面按1.4m1.4m交错布置。3）坡面出现塌滑的区域，坡面按1.0m1.0m交错布置，在拱形骨架梁主梁布置位置，按1.0m间距布置相间布置中空注浆土锚管。4）对已开挖的坡面全部进行拱形骨架梁混凝土护坡支护。5）预应力锚索锚固力：5003000kN。6）浅表排水花管直径为100mm50mm。7）在堆积体岩体内部设置永久深层排水降压平洞。,4 适用范围（1）高度大于30m 的岩质高陡边坡、高度大于15m 的土质边坡、水电站侧岸高边坡、船闸、特大桥桥墩下岩石陡壁、隧道进出口仰坡等。（2）适用

49、50-300m堆积体高边坡加固。应用:三峡永久船闸高边坡、宜昌下涝溪特大桥桥墩下岩石陡壁锚固、大连港矿石码头高边坡、京福国道、京珠高速、溪洛渡水电站等。,1.11 高边坡防护技术,1.12 非开挖埋管技术,非开挖埋管技术包括顶管技术及水平定向钻进穿越埋管技术。1 基本原理与定义非开挖地下管线施工技术是指在地面不开挖沟槽的情况下采用地下顶管或水平定向钻技术铺设、修复和更换地下管道和电缆的施工技术。1)顶管施工技术原理顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷

50、设地下管道的施工方法，如图,顶管法施工示意1混凝土管；2运输车；3扶梯；4主顶油泵；5行车；6安全扶栏；7润滑注浆系统；8操纵房；9-配电系统；10操纵系统；11后座；12测量系统；13主顶油缸；14-导轨；15弧形顶铁；16环形顶铁；17-混凝土管；18运土车；19-机头,1.12 非开挖埋管技术,2)水平定向钻技术原理水平定向钻机的钻进系统具有导向作用，在楔形钻头到达目的地后，钻头将被换成一个锥形扩孔器，接着在回拉钻杆时将钻孔直径扩大到所需尺寸，再将管道牵引入已扩好的孔洞，在该过程中所有的作用力都在通过钻杆传到钻头。导向钻进过程主要是通过钻杆的旋转和控制一个特殊设计的楔形钻头来完成线性前进