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1、第四章地下工程的施工同济大学地下系 谢雄耀 副教授软土深基坑及沉井施工1 深基坑明挖法支护结构选型2 钻孔灌注桩加深搅围护结构3 地下连续墙围护结构4 逆作法施工技术5 沉井施工技术1 深基坑明挖法支护结构选型5.1.1 基坑工程发展 放坡大开挖-板桩围护（木桩、H型钢板桩加横档板、钢筋混凝土预制板桩）-带支撑的围护结构（钻孔灌注桩加水泥土搅拌桩、地下连续墙、SMW地下连续墙、土层锚杆）-在城市密集区的逆作法施工基坑工程的分类 上海市基坑工程设计规程(DG/TJ08-61-2010)根据基坑的开挖深度，基坑工程安全等级分为三级：1）基坑开挖深度大于等于12m时或基坑采用支护结构与主体结构相结合
2、时，属于一级安全等级基坑工程；2）基坑开挖深度小于7m时，属于三级安全等级基坑；3）除一级、三级以外的基坑均属二级安全等级基坑工程。钻孔咬合桩施工工艺原理A为一序桩，B为二序桩施工顺序：A1A2B1A3A22 钻孔灌注桩加深搅围护结构灌注桩的施工正循环成孔正循环成孔设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太深，孔径小于 800cm时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排碴能力弱。如使泥浆返流速度增大到0.20m/s-0.35m/s，则泥浆泵的排量需很大，有时难以达到，此时不得不提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大，稠度大，难以排出钻碴，孔壁泥皮
3、厚度大，影响成桩和清孔。反反循环成孔循环成孔是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带沉碴由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得多，因此，泥浆的上返速度大，一般可达2 m/s-3m/s多，是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而可以提高排碴能力，保持孔内清洁，减少钻碴在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。这种成孔工艺是目前大直径成孔施工的一种有效的先进的成孔工艺，因而应用较多。3 地下连续墙作为围护结构工法定义： 地下连续墙施工工法是在拟建地下建筑的周边地面上，用专门的成槽机械沿着设计部位，在泥浆护壁的条件下，分段开挖一条狭长的深槽，
4、清基，在槽内沉放钢筋笼并浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙幅。将若干墙幅连接成整体，形成一条连续的地下墙，作为深基坑工程的围护结构，也可作为地下建筑的外墙。地下连续墙施工工法地下连续墙的施工工序 重点在两钻三抓成槽、及时补浆工序。 每一槽段施工工序参见课本P130页。地下连续墙施工工法成槽施工挖槽是地下连续墙施工的主要工艺，槽宽取决于设计墙厚，一般为600mm、800mm、1000mm。1）成槽机械 A 挖斗式：600-800；1000-1200；1500-2000 B 冲击式：排土方式有泥浆正循环、反循环 C 回转式多头钻：泥浆反循环形式除渣，完成槽壁光滑，施工质量好。地下连续墙施工工法成
5、槽施工2）槽段设计A 槽段长度：我国施工经验，槽段长度6-8m为宜，此外，须考虑单位时间内供应混凝土的能力： 槽段长度（m）=4h以内的混凝土的最大方量/（墙宽墙深）B 槽段平面形状：“L”、“T”形及多边形地下连续墙施工工法成槽施工3）成槽施工注意事项：A 成槽速度控制在5m/h, 防止槽壁坍塌；B 成槽作业垂直度控制在1/750；C 使用超声波进行槽段成槽质量检测，并及时清除槽底沉渣，清渣方法：泥浆反循环方法；D 使用刷子或高压水枪清除单元槽段接头部位土渣，刷壁次数不应少于20次，清刷后接头不应夹泥。地下连续墙施工工法钢筋笼施工A 钢筋笼加工 钢筋笼成型作业须在符合设计要求台架上进行； 钢
6、筋笼两侧应设置定位垫块； 钢筋笼制作中应留出通长导管位置地下连续墙施工工法钢筋笼施工B 钢筋笼吊放 插入过程中，不要使钢筋笼产生横向摆动，以免造成槽壁坍塌； 插入槽内后，应将其搁置在导墙上； 插入过程中，不能强行插放，如遇障碍，应在修槽后重新吊放。钢筋笼分两段，组装后最大段接约为140吨。钢筋笼吊放采用双机纵向五点吊施工方法地下连续墙施工工法地下连续墙接头 A 施工接头（纵向接头）： 柔性接头、刚性接头 B 结构接头 预埋连接钢筋法、预埋连接钢板法、预埋剪力连接件法地下连续墙施工工法4 逆作法施工技术逆作法施工，是将常规的地下结构施工方法（顺作法）的次序颠倒过来，待施工完基坑围护结构及将工程桩
7、接升到地面的中间支撑柱后，直接施工地下结构的顶板或先开挖坑内土体至基坑一定深度再进行地下结构的顶板、中间柱的施工，然后再依次逐层向下进行向地面以下的挖土和各层楼板的建造，直至底板施工。在顶板施工完毕以后，施工地下结构的同时，可进行地上结构的施工。 5.1 沉井的类型与构造5.2 沉井施工工艺5.3 沉井下沉中的问题5 沉井施工技术一、沉井施工工法定义 将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井内不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定设计标高后进行封底，最后完成井内地下结构的施工工艺过程。5.1 沉井的类型与构造5.1 沉井的类型与构造广泛应用于：
8、1、桥梁墩台基础 （如南京长江大桥基础墩台、江阴长江大桥锚碇基础、日本明石海峡大桥主塔基础）2、盾构或顶管的工作井3、大型设备基础，地下仓（油）库等5.1 沉井的类型与构造二、沉井的分类1、按平面形状分类 1）圆形沉井 2）方形、矩形沉井 在制作与使用上优于圆形沉井，但断面内会产生较大弯矩。 3）椭圆形、端圆形沉井 对水流阻力较小，多用于桥梁墩台基础及取水泵站。5.1 5.1 沉井的类型与构造沉井的类型与构造沉井的构造包括：沉井的构造包括： 井壁，刃脚，内隔墙，井壁，刃脚，内隔墙，封底及顶盖封底及顶盖 （1 1）井壁是沉井主要组成部分，其厚度主要取决于沉井）井壁是沉井主要组成部分，其厚度主要取
9、决于沉井大小、下沉深度及地层力学指标。井壁厚度一般可取大小、下沉深度及地层力学指标。井壁厚度一般可取0.4-0.4-1.2m.1.2m. 应具有足够的强度和刚度，钢筋混凝土井应力。壁应具有足够的强度和刚度，钢筋混凝土井应力。壁一般配置竖向和横向钢筋，以承受弯曲。一般配置竖向和横向钢筋，以承受弯曲。 5.2 沉井施工工艺陆地沉井施工1)承垫木拆除抽除刃脚下的垫木分区、分组、依次、对称、同步进行。抽出一把垫木后，立即用砂、卵石将空隙填实；抽垫木时，注意下沉应均匀；2）排水下沉人工降水 挖土 A 采用挖土机，从中间向四周对称均匀挖土，在刃脚处采用人工挖土； B 在沉井开始下沉5m和将要下沉至设计标高
10、时，周边挖土深度应小于30cm，以便发生倾斜。3）不排水下沉 A 当沉井穿越较厚的砂性土或粉砂层且含水量很大时，为防止流砂，常采用不排水下沉，应保持井内水位高于井外水位1-2m. B 常采用抓斗，水力吸泥机或水力冲射空气吸泥机等在水下挖土。 水力机械冲土设备包括：吸泥器（水力吸泥机或空气吸泥机）、吸泥管、扬泥管、和高压水管、离心式高压清水泵和空气压缩机等。 5.2 沉井施工工艺8.2 沉井施工工艺4) 辅助下沉法 (1) 射水下沉法； （2）触变泥浆护壁； （3）空气幕下沉；四 沉井封底 沉井封底时的稳定标准：20mm/d1、排水封底2、不排水封底5.3 沉井下沉中的问题一、沉井不沉或下沉极慢
11、1.施工中各阶段下沉系数计算式中：G-沉井自重；B-下沉过程中地下水的浮力，排水下沉时为零，不排水下沉时取总浮力的70%；Tf-井壁与土体间的总摩阻力；R-下沉时正面下地基的反力。5.3 沉井下沉中的问题4. 沉井不下沉时的处理措施1）增加沉井重量，如接高沉井或在顶部加配重；2）减少刃脚正面阻力，如用水枪冲刃脚下土层；3）不排水下沉时由井内排水以减少浮力（但不得出现流砂）；4）采用助沉法。二、流砂产生1. 发生流砂条件：2. 防流砂途径1）减少水头梯度，即减少井内外的水头差或增加动水流径，如改排水下沉为不排水下沉；沉井外面降水；2）设置防渗水帷幕，如用旋喷桩或搅拌桩加固。三、沉井突沉1、定义：
12、 沉井在下沉施工过程中，在短时间内发生较大下沉的过程。2、突沉原因： 锅底太深，边侧支承刃脚的土体突然坍塌，沉井失去支承。3.突沉影响1）易导致沉井倾斜，难以纠偏；2）导致井内土体隆起，造成事故。4. 突沉防止1）控制挖土，锅底不可挖得太深；2）合理设置一定数量的下框架梁以分担一部分土反力；3）适当加大下沉系数，以避免中间“卡井”。四、沉井下沉产生偏差(倾斜）1、产生偏差的原因1）客观因素：土质不均匀或存在障碍物2）主观因素：施工工艺不合理，操作不规范；基础处理阶段，砂垫层部俊；下沉阶段：抽承垫木不对称或砂石回填不密实；接高时灌注混凝土下料不对称；井内挖土没有分层对称开挖；发生流砂现象；发生突沉现象。
