盖挖法技术详细解读ppt课件.ppt
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1、盖挖法技术,1、在城市中,不能长期中断交通的道路下修建地下建筑;先修路面,恢复交通,在顶板的保护下修地下建筑;2、埋置较浅3.0m;3、适用于软土地区、复杂形状、大平面、大深度的地下工程。4、不能使用大型机械,周边状况苛刻,对环境要求高。5、工期较长,作业空间较小,和基坑开挖、支挡开挖相比较贵。,盖挖法工法概述,盖挖法结构的设计与计算,2、设计与计算 盖挖法的设计与计算中,中间立柱在施工中具有相当的重要性,立柱的设计与计算成为盖挖法设计与计算的主要内容。 其它可参考支挡结构的设计与计算。,1、设计内容与原则内容:围护结构、立柱系统、挖土方案、顶板与隔板系 统、降水方案、主体结构等。原则: 安全
2、、 经济、 可靠、 实用、 简便。,盖挖法结构的设计与计算,(1)立柱位置的设置 立柱位置的设置,是盖挖法设计的先导,应以经济性、合理性为原则,综合考虑与结构本体柱相一致、材料性质、断面形状和尺寸、型钢用量、钢筋用量和配置、受力安全性、接口处理等。 一般方法见下图。,盖挖法结构的设计与计算,盖挖法结构的设计与计算,(2)立柱负担荷载的计算 考虑立柱所承担面积的恒载活载(施工堆积荷载),按施工进度,荷载增加的不同阶段(地上和地下)分别计算。求出各施工阶段对立柱所受最大荷载值,作为立柱设计时的负担荷载值。主要为以下基本要点: 恒载 按结构计算中对恒载确定要求。 一般施工荷载 按均布荷载,根据施工柱
3、所承担的面积确定。作为施工荷载的活荷载,应按实际情况而定,一般每层100200kg/m2。,盖挖法结构的设计与计算,固定的施工机械荷载 主要指固定起吊机械,荷载大且集中的情况,取其工作时的最大荷载值。移动的施工机械荷载 指移动式施工机械(泵车、搅拌机等车辆),取其工作时的最大荷载值。按立柱承担面积求出均布荷载。按经验一般为10002000kg/m2。冲击荷载 对有 冲击作业的机械及车辆,要考虑其冲击效应,将实算荷载提高20左右。,盖挖法结构的设计与计算,回弹荷载 对有刚性较大的邻近建筑物存在的场合,均匀回弹的范围中,有一部分土体受明显的阻力,给立柱带来附加荷载,经实测,还相当大,一般可达501
4、00t。对可能发生不均匀回弹的范围,其立柱增加上述附加荷载。载荷初期变动荷载 相邻立柱之间,在施工初期荷载值有些变动,而后期无显著变化,实测表明,这一变动率大约为初期荷载的40,变动量大约在25t。地震荷载 立柱设计,可不考虑地震荷载,因为立柱设于地下,与挡墙一起作为同一抗侧结构体系,抵抗水平力。,盖挖法结构的设计与计算,(3)立柱桩允许应力取值 一般采用中期允许应力值。混凝土的允许压缩应力(fc) 按挡墙设计施工指南 fc= (4/91/2) Fc混凝土允许剪切应力(ft) 按挡墙设计施工指南 ft = (1/301/27) Fc立柱及桩中型钢与混凝土地允许粘着应力(fa) 实测和研究,该值
5、为: fa Fc3.0%允许局部压应力(fn) fn = 2.0 fc Fc 混凝土标准设计强度(kg/m2),盖挖法结构的设计与计算,(4)立柱桩的设计 按现浇灌注桩设计。如桩承受荷载很大,桩径大于2.0m时,应采用扩底桩。(5)上部结构体的设计 按固定荷载和施工荷载计算结构体梁、板的内力,配筋和断面验算;一般考虑弯距最大和最大剪力两种不同位置。(6)立柱的验算 按固定荷载和施工荷载计算立柱的内力和偏心引起的弯距,配筋和断面验算;一般考虑最不利荷载组合。,盖挖法结构的设计与计算,(7)柱脚根部插入部分的设计 柱脚根部处向桩混凝土的传力性状和途经至今还是一个研究的问题,统一的设计方法还未建立。
6、主要有三类: a.立柱和混凝土的黏着力; b.立柱下端的支承压力; c.抗剪栓钉的剪切承载力。 主要以a法为主,b、c为辅助设计方法。 设计的主要步骤: 支承形态的判别 等价粘着周长 柱脚根部插入长度 桩混凝土的拉裂应力计算。,盖挖法结构的设计与计算,支承形态的判别型钢与混凝土间内力传递量按下式计算。取其中之小值。 F1=fai L 型钢与混凝土的允许粘着力。 F2=fssL+fnAc 粘着力传递过程中混凝土的强度,为最小剪 切断面的允许剪切力和混凝土支承力之和。fa允许粘着强度(kg/cm2)fs允许剪切强度(kg/cm2)fn允许局部承压强度(kg/cm2)i混凝土与型钢等价粘着周长 (c
7、m)s 混凝土允许剪切长度(cm)L柱脚插入长度(cm)Ac核心部混凝土面积(m2),盖挖法结构的设计与计算,柱脚插入部的允许强度取F1 、F2中的小值。 令F1 F2 可求出柱脚根部插入长度: Lb=fnAc/(fai fss)Lb极限柱脚根部插入长度LLb 则 F1 F2 按F2 式抗剪与支承决定插入长度;LLb , F1 F2 为好。,盖挖法结构的设计与计算,等价粘着周长 a.粘着周长 的减低率 r 计算 可按周长比的方法考虑, 周长比型钢断面各部分粘着周长 /断面积 r 2.0fF / fW 且 r 1.0 fF翼缘的周长比; fW腹板的周长比。 b.粘着周长 的增加率 S 柱脚插入部
8、一般对翼缘采用加固板加固,或采用抗剪栓钉,增大应力传递,那部分的粘着周长 就有增强效果。将抗剪栓钉的抗剪承载力换算成粘结强度。,盖挖法结构的设计与计算,S1(nFss )/ (p faF)Fss型钢抗剪栓钉的允许抗剪承载力(kg/根)n一个水平面上设置的抗剪栓钉数;p抗剪栓钉竖向间距(cm)fa允许的粘结强度(kg/cm2)F翼缘的粘结周长(cm),盖挖法结构的设计与计算,柱脚插入长度计算 LLb时:由剪切和承压强度决定: L(P-fnAc)/(faa+fss)fs允许剪切强度(kg/cm2) fn允许局部承压强度(kg/cm2s 允许剪切长度(cm)Ac核心部混凝土面积(m2),盖挖法结构的
9、设计与计算, 中柱混凝土拉裂应力的计算 型钢的柱脚插入混凝土部分,在钢柱传来的局部压力作用下,对其邻近旁的混凝土产生拉裂应力,这种应力状态与预应力混凝土结构后张法中受拉筋锚固位置近旁的混凝土应力状态差不多,设计上可按同样方法进行计算。参考有关专著。,盖挖法施工技术,第一节 盖挖法施工流程 第二节 盖挖法施工柱术要求 一、盖挖逆作法的柱术特点 二、盖控逆作法的优缺点 三、盖挖逆作法的适用范围 第三节 盖挖法施工柱术要点“ 一、盖挖逆作法的施工计划“ 二、立柱结构的施工 三、逆作法的接头施工 四、结构防水层施工柱术要点,第一节 盖挖法施工流程,一、盖挖法概念及分类,概念:盖挖法是先盖后挖,即先以临
10、时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。分类:盖挖顺作法盖挖逆作法盖挖半逆作法,二、盖挖顺作法,概念:是在支护基坑的钢桩上架设钢梁、铺设临时路面维持地面交通,开挖到基坑底后,浇筑底板至浇筑顶板。施工步骤(其施工流程如图81):该方法系于现有道路上,按所需宽度,由地表面完成挡土结构后,以定型的制标准覆盖结构(包括纵、横梁和路面板)置于挡土结构上维持交通,往下反复进行开挖和加没横撑,直至设计标高。依序由下而上建造主体结构和防水结构,回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后,视需要拆除挡土结构的外露部分及恢复道路。,盖挖顺作法工法过程示意,8-1 盖挖顺作法施工流程如图,盖挖顺作法主要施工步骤,盖挖
11、顺作法主要依赖坚固的挡土结构,根据现场条件、地下水位高低、开挖深度以及周围建筑物的临近程度,可以选择钢筋混凝土钻(挖)孔灌注桩或地下连续墙。对于饱和的软弱地层,应以刚度大、止水性能好的地下连续墙为首选方案。 随着施工柱术的不断进步,工程质量相精度更易于掌握,故现在盖挖顺作法中的挡土结构常用来作为主体结构边墙体的一部分或全部。,概念: 用刚度更大的围护结构取代了钢桩,用结构顶板作为路面系统和支撑,结构施作顺序是自上而下挖土后浇筑侧墙楼板至底板完成。施工步骤(如图82):先在地表面向下做基坑的围护结构和中间桩柱;随后即可开挖表层土至主体结构顶板底面标高,利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板:它还可以作
12、为一返强有力的横撑,以防止围护结构向基坑内变形,待回填土后将道路复原,恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行,即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。在特别软弱的地层中,且邻近地面建筑物时除以顶、楼板作为围护结构的横撑外还击设置一定数量的临时横撑,并施加不小于横撑设计轴力7080的预应力。,三、盖挖逆作法,8-2 盖挖逆筑法施工顺序图,盖挖逆作法主要施工步骤,四、盖挖半逆作法:,概念:它类似逆作法,其区别仅在于顶板完成及恢复路面后,向下挖土至设计标高后先建造底板,再依次序内L远层建造侧墙、楼板。施工程序:(如图83 )围护结构一浇筑顶板一挖土到墓坑底一底板及其侧培中板及其侧墙。在半逆作法施
13、工中一般都必须设置横撑并施加须应力.,8-3 盖挖半逆筑法施工顺序图,采用盖挖逆作或半逆作法施工时都要注意混凝土施工缝的处理问题。问题:由于它是在上部混凝土达到设计强度后再接着往下浇筑的,而混凝土的收缩及析水,施工缝处不可避免地要出现310mm加宽的缝隙将对结构的强度、耐久性和防水性产生不良影响。,五、施工缝的问题及处理,处理措施:(如图8-4所示)直接法,是传统的施工方法,不易做到完全紧密接触;注入法,是通过预先设置的注入孔向缝隙内注人水泥浆或环氧树脂;充填法,是在下部混凝土浇筑到适当高度,清除浮浆后再用无收缩或微膨胀的混凝土或砂浆充填,待允填的高度,用混凝土充填为1.0m,用砂浆充填为0.
14、3m。为保证施工缝的良好充填,一般在柱中最好设置v形施工缝在墙中设v形施工缝,其倾斜角以小于30为宜。,第二节 盖挖法施工柱技术要求,盖挖法应用的选择:盖挖顺作法在路面交通不能长期中断的道路下修建隧道时,则采用。盖挖逆作法施工如果开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近,为尽量防止因开挖基坑面引起邻近建筑物的沉陷,或需及早恢复路面交通,但又缺乏定型覆盖结构,可采用。由于目前盖挖法施工地下工程中以盖挖逆作法居多,且其他盖挖施作法的主要施工工艺也与其类似,所以,本章主要对盖挖逆作法作重点介绍。,根据试验结果,证明注入法和充填法均能保证结构的整体性,在构件破坏前不会出现施工缝滑移破坏。 在盖挖逆
15、作法和半逆作法施工中,如主体结构的中间立柱为钢管混凝土桩,面柱下基础为钢筋混凝土灌注桩时,需要解决好两者之间的联结问题。一般是将钢管桩直接插人灌注桩的混凝土内1.0m左右并在钢管桩底部均勾设置几个孔,以利混凝土流动,同时也可加强桩、柱间联结:有时也司在钢管柱和灌注桩之间插入H形钢加以联结,如图85。,一、盖挖逆筑法的技术特点,(1)对围护结构和中间桩柱的沉降量控制严格,以免对上部结构受力造成不良影响。 (2)中间柱如为永久结构,则其安装就位困难,施工精度要求高。 (3)为了保证不同时期施工的构件相互间的联结能达到预期的设计状态,必须将各种施工误差控制在较小范围内并有可靠的联结构造措施。,(4)
16、除在非常软弱的地层中,一般不需再设置临时横撑,不仅可节省大量钢材,也为施工提供了方便。(5)由于是自上而下分层建筑主体结构,故可利用土模柱术,可以节省大量模板和支架。(6)和明挖顺作法一样,其挖土和出土往往成为决定工程进度的关键工序。,二、盖挖逆作法的优缺点,1盖挖逆作法的优点 (1)由于结构本身用来作为支撑,所以它具有相当高的刚度。 (2)适用于任何不规则形状平面或大平面。 (3)由于最先筑好顶板,可以与地下施工并行早期展开地上结构的施工,或不影响路面交通。地下、地上结构的同时施工,可以缩短工程的工期。,(4)1层结构平面可作为工作台,不必另外架设开挖工作台,这样大幅度削减了支撑和工作平台等
17、大型临时设施,减少了施工费用。(5)由于开挖和施工的交错进行,逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基,减少了大开挖时卸载对持力层的影响,降低了地基回弹量。 (6)隧道结构,可延伸到地下水位以下,适应于覆盖高度较小的隧道以及城市隧道。,2盖挖逆作法的缺点 (1)需要设临时立柱及立住桩,增加了施工费用。且由于支撑为建筑结构本身,白重大,为防止不均匀沉降,要求立柱具有足够的承载力。 (2)逆作法所设立柱内钢骨与原设计设置的梁主筋、基础梁主筋相冲突。 (3)为搬运开挖出的土砂,需在顶板处多处设置临时孔,必须对顶板采用加强措施。,(4)地下工程在板下进行施工,闭锁的空间使大型机械设备难于进场,带来
18、了施工作业上的不使。 (5)混凝土的浇筑在逆作法施工的各个阶段都分有先浇和后浇,产生先后交接处,这不仅给施工带来不便,而且为避免出现结构、防水等问题,对施工计划及质量管理提出了很高的要求。 (6)羔板上不允许留下过多的坚并故后继开挖下的土方,需要采用水平运输。,三、盖挖逆作法的适用范围,与其他地下结构施工法选定时一样,盖挖逆作法的采用也必须考虑到地下结构施工的各项内容,即必须对周边环境条件、地质条件、工期、造价、安全性、建筑物规模形状等多方面进行探讨研究。与顺作法相比,盖挖逆作法被采用的最适当的场合,主要为以下六点: 1大平面的地下工程;2大深度的地下工程; 3复杂形状的地下工程;4边状况复杂
19、、对环境要求较高; 5作业空间较小;6工期要求紧迫,1大平面的地下工程 一般说,对开挖平面的一边边长超过1Dm的大面积工程,如果按顺作法施工,由于平面为大跨度,支撑长度将超过其适用界限。另外,若再受到地质条件或场地条件的制约,土铺法也很难被采用。,2大深度的地下工程 大深度开挖时,由于卸除了大量的土重,基底会上浮产生回弹现象,这将使建筑物在以后出现中央下凹的现象。如果采用逆作法代替顺作法施工,逆作结构的重量置换了卸除的土重,因此它能有效地控制这种回弹现象。 还有,随着开挖深度的增加,侧压也就随之增大,如果采用顺作法施工,对支撑的强度和刚度要求就会很大。而逆作法是以结构本体作为支撑,具备了相当大
20、的刚度,减小了整体变形,显示出充分的优点。,3复杂形状的地下工程 当平面形状是一种复杂的不规则形状时,如用顺作法施工,挡墙向支撑为侧压力传递就很难推确地进行,并且无法做到均等,这样就会导致在局部地方出现应力集中现象。另外,由于支撑之间有非直角相交之处,常常会因接口松弛导致不稳定因素。 在这种情况下,采用逆作法施工时,结构本体就是与平面形状相吻合的两筋混凝土或型钢钢筋混凝土文撑体系,大大提高了安全性。,4边状况复杂、对环境要求较高 当在地铁或管道这类高位置的地下公共结构近旁施工时,往往要求挡墙变形量的精度达到毫米级。逆作法施工,个仅多采用刚度较大的挡墙,而且逆作结构作为结构本体,本身具有很大的刚
21、度,有效地控制了整体变形,从而减少了对周围地基和环境的影响o,5作业空间较小 当用顺作法对整个场地进行大开挖时,通常栈桥的面积占整个卉挖断积的3035。这是施工用车辆、起重机等的作业机械的最小亭间,对于材料堆场等还很难得到保证。 由于逆作法施工是先筑顶板,它很快能用作作业场地,还能发挥地广钢结构安装及混凝土浇筑等的交错作业的优越件。,6工期要求紧迫 随着地下建筑物的大型化、大深度化,工期也显著变长了。但有时由于业主建设的需要,要求缩短工期。这时采用逆作法施工,能做到地上地下同时施工,合理、安全、有效地缩短工期,提高经济效益。,第三节 盖挖法施工技术要点,尽管各盖挖施工法都有其特点和应注意的地方
22、,但其基本的施工方法、柱术要求和盖挖逆作法大同小异,且有的工序和明挖法也类似。因此,在本节的叙述中,以盖挖逆作法工序的特色施工方法和柱术要点为主。其他要点可参考明挖法相关工艺。,一、盖挖逆作法的施工计划,(一)逆作法的施工计划 盖挖逆作法的施工计划,基本上为以下三种类型的组合: (1)开挖终了以后,着手地上结构的施工各种机械的使用不受限制。 (2)地下结构的施工与地上结构的施工并行,即使地下结构的施工会受到场地、机械使用等的限制,也能节省整个工期。 (3)中心岛工法和逆作法的并用,即中央部按顺作法施工,而仅在外周部采用逆作法,这种方法在平面较大、底板较浅的情况下采用。,下面将以上3种类型的逆作
23、法与顺作法的施工计划以图8-6表示,以作比较。,(二)逆作接头位置的施工计划,盖挖逆作法的施工计划,主要为混凝土的逆浇筑和开挖之间的相互关系,在平面、断面上的处理。 一般地上部分的施工,当混凝土未达到预定强度时,模板与支撑不得拆除;而在逆作施工中,正在作混凝土浇筑施工的正厂方印在八始着手开挖施工,所以必须尽早撤去那些用作文撑的模板。这就要求使用早强混凝土及悬吊模板,即用钢梁、临时钢结构等悬吊螺拴、悬吊模板。但是,利用临时结构悬吊模板的施工法,由于必须等混凝土达到设计强度后才能撤去临时结构,便造成了楼面的利用对继续作业有制约的缺点。因此,当开挖面积较宽裕时,应划分多个施工区,让土建施工与配管施工
24、相结合。,逆作法接头的位置基本上出地下层的层高来决定,具体为: 使先浇筑的楼板和梁的混凝土模板易于拼装并保证精度。 模板和文撑撤去后,便于开始开挖。 结构上,尽量取在内力小的位置。 建筑上,希望接头与砂浆找平层位于同一标高。,图8-7中,h1与楼板或梁下的模板支撑的安装高度有关,另外撑材料的搬运和开挖时挖土机械的操作空间也必须考虑。图中h2为柱交接时先浇筑的混凝土底模板的位置,为便于拆除模板等,h2最小应为600mm,钢筋压接需350mm;另外,压接位置尚需错开,如错开距离为400mm,则h2需750mm。 抗震墙下往往没有这样大的高度,这时接头处钢筋必须弯折得很厉害这种弯曲钢筋不能完全扳直,
25、这一点便是造成盖挖逆作法弊病的原因,施工上应予以注意。 对于抗震培以外的一般培来说,多数以整个高度均后浇的方法。若将这种墙由现挠混凝土改为预制混凝土块,则优点更多。,若柱的逆作高度取在层高中央,那么使可将接头设在反弯点附近。为避免”立柱的应力增加,应尽早浇筑完后浇部分的混凝土。 另一方面,在盖挖逆作法施工中,档墙的弯曲程度在2次开挖结束、地下1层楼板和梁尚未烧筑混凝土的状态时为最大。这时,挡墙中内力和变形也最大。 总之,盖控逆作法是相反于建筑物本来的建筑顺序的方法,施工上最关键的问题是逆作接头的处理。这一处理对策将在本节另作评述。,(三)主体结构的施工计划,1、工段划分 对于比较大规模的建筑物
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