[工学]地下建筑工程逆作法和深基坑技术规程讲课

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1、 地下建筑工程逆作法技术规程 JGJ1652010 建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99力学回顾l理论力学研究的对象是刚体，静力学，运动学和动力 学l材料力学研究的是单根杆件，五种外力，拉压剪扭弯 ，两种内力，正应力和剪应力并考虑杆件的位移和强 度l结构力学研究的是变形体系的内力位移静定结构， 超静定结构，力法，位移法，力矩分配法有限单元 法FEM（矩阵位移法）l结构的构成要素：结构的骨架本身，荷载、约束l结构的计算要素：强度、刚度、稳定性l荷载的传递，百川归海l结构计算的本质：在荷载传递的过程中，分析清楚结 构的构成要素、计算此结构整体及各组成构件的强度 、刚度、稳定性逆作法结构设计l本

2、规程共分八章，重点在：l第五章-逆作法设计 l第六章-逆作法施工 l5.1 设计原则l5.2 围护结构设计l5.3 竖向结构设计l5.4 水平结构设计l5.5 地基基础设计l5.6 节点设计及构造5.0逆作法一般流程l基坑支护结构与主体结构相结合，即围护结构采用“两墙合一”的 地下室连续墙，既作为基坑的围护结构又作为地下室的外墙；地 下结构的水平梁板体系替代水平支撑体系；结构的柱子和柱下桩 作为竖向支承系统。l支护结构与主体结构全面结合的总计设计方案一般采用逆作法施 工，以盆式开挖为例，其一般流程为：施工地下连续墙、立柱和 工程桩周边留土、基坑中部开挖第一层土进行地下首层结构 的施工开挖第二层

3、土，并施工地下一层结构的梁板；同时可根 据工期上的安排接高柱子和墙板施工地上一层结构开挖第三层 土，并施工地下二层结构，同时施工地上二层结构基坑中部开 挖到底并浇筑底板，基坑周边开挖到底并施工底板，同时施工地 上三层结构施工立柱的外包混凝土及其它地下结构，完成地下 结构的施工。5.0.1逆作法的设计与施工应解决下列特殊技术问题l通过方案比较，当技术、经济合理可行时，采用逆作法施工进行设计。 此 时围护墙兼作地下室外墙时，应与主体结构地下室的底板、楼板等有可靠 的连接构造，确保变形协调，并采取有效的地下室排水、防潮措施。l 逆作法的设计与施工实际上包含两个问题：一是作为围护结构的设计与 施工；二

4、是作为地下室外墙的设计与施工，因此应重点解决下列特殊技术 问题，并在地下室施工图中标出主要构造措施：l (1)土方开挖及外运；l (2)临时立柱作法；l (3)立柱与底板和楼盖的连接；l (4)上下层混凝土墙身的连接；l (5)侧墙与围护结构的连接；l (6)混凝土浇筑及施工缝处理；l (7)施工作业程序。5.0.2地下室逆作法施工时结构设计要点l 逆作法施工时，基坑支护结构宜采用地下连续墙。此支 护结构可作为地下主体结构的一部分。l 当楼盖梁板整浇作为水平支撑体系时，应满足承载力、 刚度及抗裂要求。在出土口处先施工板下梁系形成水平支撑 体系时，应按空间框架方法计算内力和变形，肋梁应按偏心 受

5、压杆件验算构件的承载力和稳定性。l 肋梁应留出插筋以便与混凝土墙体的竖筋连接。当采用梁 板分次浇筑施工时，肋梁上应留出箍筋以便于后浇混凝土的 施工。l 竖向支撑宜采用钢结构构件(型钢、钢管柱或格构柱)。梁 柱节点的设计应考虑梁板钢筋及后浇混凝土的施工要求。l 地下连续墙与地下结构梁板的连接，应通过墙体的 预埋构件满足主体结构的受力要求。与底板应采用整体 连接，接头钢筋应采用焊接或机械连接。当地下室使用 要求较高时，宜在墙内侧设置钢筋混凝土内衬墙。l 地下主体结构的梁板当施工期间有超载时(如走车 、堆土等)，应考虑其影响。在兼作施工平台和栈桥时 ，其构件的强度和刚度应按正常使用和施工两种工况分

6、别进行验算。立柱和立柱桩的荷载应包括施工平台或栈 桥所受的施工荷载。l 竖向立柱的沉降，应满足主体结构的受力和变形要 求。5.1 设计原则l补充第一章 总则 1.0.1 逆作法设计与施工质量，做到安全适用、技 术先进、经济合理l5.1.1宜采用极限状态法，以分项系数的设计表 达式进行设计l5.1.2 1 承载能力极限状态：l5.1.2 2 正常使用极限状态：强条5.1.3：安全等级与重要性系数l5.1.3 地下建筑工程逆作法结构设计应根 据结构破坏可能产生的后果，采用不同 的安全等级及结构的重要性系数并应符 合下列规定：l1 施工期间临时结构的安全等级和重要 性系数应符合表5.1.3规定；l2

7、 当支承结构作为永久结构时，其结构 安全等级和重要性系数不得小于地下结 构安全等级和重要性系数；l3 支承结构安全等级和重要性系数应按 施工与使用两个阶段选用较高的结构安 全等级和重要性系数；表5.1.3 临时结构的安全等级和重要性系数安全等级级破坏后果0一级支护结 构破坏、土体变形 对基坑周边环 境及地下结 构施工影响严重1.10二级支护结 构破坏、土体变形 对基坑周边环 境及地下结 构施工影响一般1.0三级支护结 构破坏、土体变形 对基坑周边环 境及地下结 构施工影响不严重0.9l4 当地下逆作结构的部分构件只作为临 时结构构件的一部分时，应按临时结构 的安全等级及结构的重要性系数取用。

8、当形成最终永久结构的构件时，应按永 久结构的安全等级及结构的重要性系数 取用。安全等级与重要性系数l安全等级的划分与重要性系数的确定是对 逆作法工程的重要性的认识及计算参数的 确定，安全等级的划分是个难度很大的问 题，定量说明很难。采用按逆作法基坑支 护破坏的后果分为很严重、严重及不严重 三种情况分别对应于三个安全等级，其重 要性系数的选用与建筑结构设计统一标 准相一致。安全等级与重要性系数-2l表5.1.3 虽然给出了逆作法“临时结构的安全等级和重 要性系数”，但是设计者在进行逆作法结构设计时还是 很难把握这个安全等级。l建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009l建筑地基基础工程施工

9、质量验收规范GB50202- 2002l这两本规程对基坑工程进行分类，分为一、二、三级 ，这也是对基坑工程重要性的分类，分类的标准有定 量的概念，对逆作法的安全等级分类有重要的参考价 值，使用上又与现行的国标是统一的。两个国标的分类标准表 基坑工程类别类别类别分类标类标 准 一 级重要工程或支护结 构作主体结构的一部分； 开挖深度大于10m； 与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑； 基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严 加保护的基坑 二 级除一级和三级外的基坑属二级基坑三 级开挖深度小于7m，且周围环 境无特别要求时的基坑5.1.4 逆作法结构设计时的荷载组合l1

10、抗倾覆及抗滑移时，应按承载力极限状态下荷载效 应的基本组合进行组合，其分项系数应为1.0。l2 当计算围护结构、水平和竖向结构承载力时，上部 结构传来的荷载效应、相应的地基反力及这部分结构 所直接承受的施工荷载效应应按承载力极限状态下荷 载效应的基本组合进行组合，并应采用相应的分项系 数。l3 基本组合的荷载分项系数规定5.1.4 逆作法结构设计时的荷载组合-2l4 裂缝宽度和变形，应按正常使用极限状态下荷载效应 的标准组合进行组合。l5围护结构竖向沉降，施工阶段传至基础底面的荷载效 应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合进行组 合。当围护结构作为永久结构使用时，在使用阶段传至 基础底面的

11、荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应 的准永久组合进行组合，不应计入风荷载和地震作用。l6 支撑结构的竖向沉降，传至基础底面的荷载效应应按 正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合进行组合， 不应计入风荷载和地震作用，并应按施工与使用不同阶 段的荷载分别计算5.1.4 逆作法结构设计时的荷载组合-3l7 承载力极限状态下荷载效应组合，应符合现行国家 标准建筑结构荷载规范GB50009的有关规定。5.1.5 地下建筑工程逆作法结构设计的荷载应符 合下列规定：l1 水平荷载：应包括逆作法施工阶段外围护结构所传 递的水压力、主动土压力或静止土压力、坑外地面荷 载的侧压力。作为永久结构的构件在使用阶段

12、，应包 括外墙结构所传递的水压力，静止土压力、坑外地面 荷载的侧压力。l2 竖向荷载：应包括逆作法施工各阶段逆作法结构构 件自重及施工荷载，应包括取土、运土时可能作用于 逆作法结构上的荷载。作为永久结构在使用阶段的竖 向荷载，应包括结构自重、 活荷载 、风荷载和地震作 用引起的竖向力，作用于底板的水浮力。5.1.6 地下建筑工程逆作法结构设计应进行下列 计算和验算：l1 承载能力极限状态的计算和验算：l 1）围护结构的稳定性计算，包括抗隆起验 算、抗倾覆稳定性、整体滑动、抗滑移等；l 2）降水设计计算，抗浮；l 3）围护结构在施工和使用阶段受弯、受剪 、受压承载力计算；l 4）主体结构兼作围护

13、结构、支撑结构时， 结构承载力计算和稳定性验算。5.1.6 -2l 2 正常使用极限状态的计算和验算：l 1）主体结构兼作围护结构的沉降验算；l 2）竖向支撑结构的沉降计算。l 3 支撑体系和围护结构的内力和变形宜采用空 间作用的整体分析方法。当施工与使用阶段构 件的使用条件变化时，应按最不利情况验算。5.2 围护结构设计l5.2.1 围护结构可根据受力条件分段按平面问题进行计 算：l1）逆作法中地下室楼板可作为围护结构的水平支撑，楼 板可视为围护结构不动铰支点；l2）当围护结构兼作地下室外墙时，围护结构与楼板处的 支点可视为不动铰支点，墙外侧的土压力宜取静止土压 力。l静止土压力系数l （5

14、.2.1）l土的有效内摩擦角（）。5.2围护结构设计-1l围护（支护）结构的内力与变形分析是基坑工程也是 地下建筑逆作法工程设计中的重要内容。目前常用的 分析方法主要有平面竖向弹性地基梁法。l也是本规程及基坑规程推荐的常规使用计算方法l分段按平面问题l分析原理： 平面竖向弹性地基梁法假定围护结构为平面应变问题， 将围护结构看做一竖向放置的弹性地基梁，开挖面以 下土体对围护结构的支撑作用用弹性支座模拟，墙后 土体对围护结构的作用用已知的分布力来代替。5.2 弹性地基梁法的计算简图图5.2.1 弹性地基梁法的计算简图5.2围护结构设计-2l上图为一典型基坑开挖过程的计算简图。取围护长度为b的一段作

15、 为分析对象，列出弹性地基梁的变形微分方程。考虑土体的分层（m值不同）及水平支撑（逆作法楼层）的设 置等实际情况，需要沿竖向将弹性地基梁划分成若干单元，列出 每个单元的微分方程，一般可采用杆系有限元方法求解。划分单 元时，尽量考虑土层的分布、地下水位、支撑的位置、基坑的开 挖深度等因素。分析多道支撑分层开挖时，根据基坑开挖、支撑 情况划分施工工况，按照工况的顺序进行围护（支护）结构的变 形和内力计算，计算中需考虑各工况下边界条件、荷载形式等的 变化，并取上一工况计算的围护结构的位移作为下一工况的初始 值。5.2围护结构设计-3l平面竖向弹性地基梁法目前已经有很多程序可以求解，国内如同 济启明星

16、深基坑支挡结构分析计算软件FRWS、北京理正深基坑 支护结构设计软件，北京建研院PKPM的施工技术软件中的深基 坑支护结构设计软件等均在基坑围护工程中进行了大量的应用， 并取得了相当的工程经验。桩(墙)分步开挖的内力图-m法可可计算位移，结果更合理计算位移，结果更合理5.2围护结构设计-4l荷载l围护结构的水平荷载：水、土压力土压力采用简单的Rankine土压力理论，相对简单，应用广泛。适 用于砂土、黏土及成层土，还能考虑地表超载及有地下水的情况l土压力的类型与判定l按围护结构是否发生位移以及位移的方向与大小，可以将土压力 区分为以下三种：l1.静止土压力l如果围护墙静止不动，即位移为零时，土体作用在墙上的土压力 称为静止土压力，以Po表示。此时，墙后土体处于弹性平衡状态 。例如在深基坑工程中，在基坑开挖之前，作用在墙上的土压力 即为静止土压力。此外，有时因围护墙位移很小，不论墙前或墙 后，均按静止土压力计算，这种简化是