關(guān)寶樹 地下工程PPT 第二章

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劉俊新(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院)地下工程 第二篇明挖法修建的地下工程 第一章明挖法的基本概念及其應(yīng)用第一節(jié)概述1.1概述明挖法施工簡單、方便，修建于地層表面附近（淺埋）的地下工程多屬于明挖法修建的地下工程，這些工程包括地下商場、地下街、地下停車場、城市地鐵、人防工程及地下工業(yè)建筑等，如圖2-1-1和圖2-1-2所示。這類工程主體結(jié)構(gòu)的建造，實(shí)際上采用的是一種“開敞”式的施工方法，與地面結(jié)構(gòu)的建造方法類似，在主體結(jié)構(gòu)完成后，然后掩土覆蓋，恢復(fù)地面。 與這種“開敞”式施工修建地下工程相應(yīng)的是基坑開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程。除了明挖法需要修建開挖基坑外，城市高層建筑及其他一些工程的興建，也需要開挖基坑。 第二節(jié)明挖法的施工方法2.1明挖法是指地下結(jié)構(gòu)工程施工時(shí)，從地面向下分層、分段依次開挖，直至達(dá)到結(jié)構(gòu)要求的尺寸和高程，然后在基坑中進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工和防水作業(yè)，最后回填恢復(fù)地面。實(shí)際工程施工中，根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖工程規(guī)模、地面環(huán)境條件、交通狀況等確定。 1.順筑法順筑法的基坑可采用放坡開挖，也可采用支擋下的垂直開挖。主要取決于開挖地層的穩(wěn)定性和周邊環(huán)境條件。為了防止坍塌保證施工安全，在基坑開挖深度超過一定限度（自穩(wěn)垂直深度）時(shí)，將基坑邊壁開挖成斜坡，以保證土坡的穩(wěn)定，工程上稱為放坡開挖。無支護(hù)的放坡開挖，是一種普遍采用的基坑開挖法，開挖深度可深可淺。 在開挖地層不能自穩(wěn)或周邊環(huán)境特殊的情況下，如城市中的基坑工程，由于場地鄰近周邊已有建筑或街道，場地受限，就不能采用放坡開挖，這時(shí)基坑側(cè)壁為垂直陡坡，為保證基坑邊壁的穩(wěn)定，必須進(jìn)行支護(hù)，這就是所謂的基坑支擋式開挖。支擋結(jié)構(gòu)的布置和結(jié)構(gòu)形式有許多類型可選擇，在下面章節(jié)將進(jìn)一步闡述。圖2-1-5為支擋式基坑開挖示意圖。 2.逆筑法逆筑法多用于地層軟弱、變形大，修建地區(qū)地面建筑物密集，地下工程埋置較深的場合。其做法是先沿建筑物外圍施設(shè)地下連續(xù)墻作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。從地面開始開挖，在開挖過程中，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度和變形大小，在適當(dāng)高程上設(shè)置橫撐，開挖至結(jié)構(gòu)物頂板高程時(shí)，先行澆筑頂板，而后繼續(xù)進(jìn)行開挖，直至底板高程，再澆筑建筑物底板和側(cè)墻，完成地下結(jié)構(gòu)工程的整體工程。此工法在頂板澆筑后即可對頂板以上進(jìn)行覆土回填恢復(fù)地面，同時(shí)開挖頂板以下土方和修筑結(jié)構(gòu)物其余部分 施工的步驟為：先沿建筑紅線施設(shè)地下連續(xù)墻，作為開挖基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)并作為地下室邊墻的一部分，同時(shí)在基坑內(nèi)修筑中間支承柱，開挖基坑內(nèi)土方至第一層地下室底面標(biāo)高，修筑該層面的梁及部分的板，使修筑的梁和板與地下連續(xù)墻連接，形成剛度較大的支撐系統(tǒng)，保證施工的安全；然后在梁間沒有澆板的空檔內(nèi)繼續(xù)開挖，依次向下逐層施工各層地下結(jié)構(gòu)，同時(shí)在已完成底面梁板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工。 逆筑法適用于以下場合：①接近開挖地點(diǎn)有重要建筑物時(shí)。②有強(qiáng)大土壓力和其他水平壓力作用，用一般擋土支撐不穩(wěn)定，而需要強(qiáng)度和剛度都很大的支撐時(shí)。③開挖深度大，開挖或修筑主體結(jié)構(gòu)需較長時(shí)間，特別需要保證施工安全時(shí)。④因進(jìn)度上的理由，對于填埋結(jié)構(gòu)，在其頂板完工后即可覆土回填恢復(fù)地面，而不需要在主體結(jié)構(gòu)整體完建后再回填。對于高層建筑地下室，可在地面梁板完工后，同時(shí)向下繼續(xù)開挖和修建上部樓層，這樣可節(jié)省工期，加快速度。 3.分部開挖法在修建平面面積較大的地下工程，如地下商城、地下大型停車場、大跨度地下隧道等工程時(shí)，按常規(guī)全面積開挖施工，會因基坑寬度大而支撐結(jié)構(gòu)要求復(fù)雜，有時(shí)甚至難于保證基坑邊壁支撐的穩(wěn)定，這時(shí)可采用分部開挖法進(jìn)行基坑施工。分部開挖的施工順序：將基面劃分成若干部分（小面積），部分開挖到建基面，這時(shí)開挖面積相對較小，因而基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相對要求簡單。然后修建部分主體建筑，而后再開挖其他部分，依次進(jìn)行施工，直到整個(gè)地下結(jié)構(gòu)完成。 明挖式分部開挖法施工示意圖 第三節(jié)　明挖法的工程應(yīng)用3.1明挖法用于淺埋地下工程施工常見的淺埋式地下工程有地鐵車站、地鐵行車通道、城市地下人行通道、地下綜合管網(wǎng)工程等，這些淺埋式工程，覆土厚度（埋入土中深度）在5-10m。一般都采用明挖法施工。在某些情況下，有的埋置深度達(dá)十幾米甚至二十幾米的地下工程，也可以采用明挖法施工。采用明挖法施工的地下工程，一般有三個(gè)施工階段，即開挖基坑，在基坑底建造結(jié)構(gòu)物，然后覆土回填。 3.2明挖法用于平面尺寸較大的地下工程某些地下工程，埋深不大，但平面尺寸很大，如一些城市的地下廣場、大規(guī)模地鐵車站、地下商場、地下醫(yī)院（旅店、指揮所）等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也多采用一般的梁板結(jié)構(gòu)，這類工程適宜于采用明挖法施工。對于這類大平面尺寸的地下工程明挖法施工時(shí)，?？梢圆捎梅植块_挖或溝槽開挖法，先在周邊開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高，建造好外圍結(jié)構(gòu)，然后開挖中間部分，再進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工及頂板施工和覆土填埋。 3.3明挖法用于基坑工程基坑工程是許多工程建設(shè)的輔助工程，并且基坑工程也只能采用這種明挖施工方法。如城市高層建筑的基坑工程，由于高層建筑對地基條件的要求，高層建筑的穩(wěn)定及抗震要求等，通常需要開挖深基坑。按照我國人防規(guī)定，城市高層建筑必須有地下室作為人防工程，因此，目前城市高層建筑都有地下若干層，與地面部分構(gòu)成整體。 3.4明挖法應(yīng)用于其他工程與高層建筑深基坑工程類似，有些工程在施工中需要深基坑作為施工輔助工程，如橋梁工程錨錠基坑工程，需要將錨錠板埋置于很深的地層中，這就需要開挖深基坑。揚(yáng)州長江大橋錨錠坑采用深井結(jié)構(gòu)，坑深超過４０m。另外，盾構(gòu)法施工和頂管法施工的施工井，也是采用從地面垂直向下開挖的明挖法修建的 第二章明挖法修建的淺埋式地下工程第一節(jié)概述一般淺埋地下工程的結(jié)構(gòu)形式通?？蓺w納為直墻拱形結(jié)構(gòu)、梁板結(jié)構(gòu)和矩形框架結(jié)構(gòu)等三大類型。1.1直墻拱形結(jié)構(gòu)這種形式的淺埋地下結(jié)構(gòu)一般根據(jù)其跨度大小，可采用磚石或混凝土預(yù)制塊砌筑拱頂，當(dāng)跨度較大時(shí)，有時(shí)也采用預(yù)制或現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱。如果地下工程要求跨度很大時(shí)，也可采用連拱結(jié)構(gòu)。拱形地下結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，常用磚石或混凝土預(yù)制塊砌筑。 2.梁板式結(jié)構(gòu)這種地下工程在地下水位較低的地層中，或者要求防護(hù)等級不高的工程中，頂、底板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，而圍墻和內(nèi)墻則為磚石砌筑；在地下水位較高或防護(hù)等級要求較高的工程中，一般除內(nèi)墻可用磚石砌筑外，其他則均用鋼筋混凝土現(xiàn)澆構(gòu)筑成箱形閉合框架結(jié)構(gòu)。 3.矩形閉合框架結(jié)構(gòu)因?yàn)槊魍诜ㄊ┕\埋式地下結(jié)構(gòu)如果結(jié)構(gòu)斷面為矩形，挖掘斷面利用率高，相對比較經(jīng)濟(jì)合理，且易于施工，尤其在地鐵線路中結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間與車輛形狀相似，可以充分利用其內(nèi)部空間。矩形閉合框架的頂、底板因系水平構(gòu)件，其中彎矩、剪力均較大，因此一般都用鋼筋混凝土澆筑建成。按照使用要求，地下框架可為單跨或多跨結(jié)構(gòu)，單跨矩形閉合框架小于6m，當(dāng)跨度大于6m時(shí)，常根據(jù)使用和工藝的要求設(shè)計(jì)成雙跨或多跨。一般城市過街隧道通常為單跨閉合框架，而地鐵工程中，根據(jù)使用要求及荷載和跨度的要求，常采用雙跨或多跨閉合框架。有時(shí)為了改善通風(fēng)條件和節(jié)約材料，把中間隔墻上開設(shè)小孔或中間隔墻用梁柱代替。 矩形閉合框架示意圖 第二節(jié)　矩形閉合框架結(jié)構(gòu)形式和尺寸淺埋式地下結(jié)構(gòu)特別是淺埋地鐵隧道，一般都是采用鋼筋混凝土襯砌，因此這里進(jìn)行矩形閉合框架的設(shè)計(jì)與一般地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理和方法基本相同。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)的斷面形式和尺寸的確定。②荷載計(jì)算。③結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。④結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算。隧道襯砌為箱形框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)沿隧道延伸方向?。眒寬度為計(jì)算單元，做平面應(yīng)變問題處理。設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)按照使用要求，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)部凈空尺寸，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高寬比、荷載條件并參照已建類似工程結(jié)構(gòu)尺寸，假定斷面上各構(gòu)件的厚度，確定供計(jì)算用的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。2.1矩形閉合框架的設(shè)計(jì) 1.結(jié)構(gòu)橫斷面的凈空尺寸。建筑接近限界是確定結(jié)構(gòu)凈斷面尺寸的主要依據(jù)。由于接近限界規(guī)定了隧道凈空間的最小尺寸和形狀，在此基礎(chǔ)上，考慮線路的曲率半徑、超高要求、道床、允許施工誤差等影響，最后確定凈空斷面。具體地說，隧道直線地段，其凈空尺寸應(yīng)能滿足各種類型的隧道建筑限界與設(shè)備限界之間的距離及設(shè)備安裝的要求，而曲線地段，應(yīng)在直線地段限界上進(jìn)行加寬和加高的修正。 在決定隧道凈空尺寸時(shí)，還應(yīng)考慮建筑接近限界和結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的富余空間，隧道內(nèi)部空間尺寸由下列方法計(jì)算得出：上式中有關(guān)計(jì)算參見圖2-2-6及表2-2-1。 2.框架各構(gòu)件的厚度的估算進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，是以假定框架結(jié)構(gòu)截面尺寸為基礎(chǔ)的?？蚣軜?gòu)件截面尺寸的擬定（假定），應(yīng)考慮鋼筋混凝土的強(qiáng)度，承受的荷載，結(jié)構(gòu)的高寬比及鋼筋保護(hù)層厚度等因素，在擬定框架截面尺寸時(shí)，首先將框架結(jié)構(gòu)分解為基本構(gòu)件，然后根據(jù)各構(gòu)件的荷載、內(nèi)力估算出它的厚度，并參照工程經(jīng)驗(yàn)予以擬定構(gòu)件的厚度。①頂板截面厚度一般假定頂板截面厚度為其跨度的1/8~1/10，然后概略計(jì)算頂板荷載及其彎矩，根據(jù)估算進(jìn)一步修訂所假定的頂板截面厚度。②底板截面尺寸底板厚度可比頂板厚度增加５cm，或者取與頂板相同的厚度。③側(cè)墻截面尺寸可參照頂板尺寸假定的基本方法來擬定，考慮施工及防水要求，其厚度最小尺寸應(yīng)在４０cm左右。在確定了隧道凈空間尺寸及擬定構(gòu)件截面尺寸后，隧道框架結(jié)構(gòu)的橫斷面就可確定。 第三節(jié)　作用在隧道框架結(jié)構(gòu)上的荷載3.1淺埋式地下結(jié)構(gòu)荷載的確定方法1.地面荷載一般淺埋地下工程通常要考慮地面荷載。這類荷載由地面建筑物、行駛車輛及其他公共設(shè)施產(chǎn)生，它與地下結(jié)構(gòu)距地面距離（即埋深）相關(guān)，當(dāng)覆蓋厚度超過8m時(shí)，其影響就不大了。地面荷載通過覆土層傳遞到地下結(jié)構(gòu)。 2.垂直土壓力作用在地下框架結(jié)構(gòu)頂面的垂直土壓力包括三個(gè)部分，地面鋪砌體重量，地下水位以上土體和地下水位以下土體重量，如圖2-2-8所示。 3.作用在框架結(jié)構(gòu)上的側(cè)向水土壓力在框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，作用有側(cè)向土壓力和水壓力，計(jì)算時(shí)，一般根據(jù)土的性質(zhì)可采用土壓力和水壓力合算或分算的計(jì)算方法。根據(jù)朗肯土壓力理論，側(cè)向土壓力可按下式計(jì)算： 4.框架結(jié)構(gòu)底板上的荷載框架結(jié)構(gòu)底板上的荷載是指承托框架結(jié)構(gòu)的地基對結(jié)構(gòu)底板作用的反力，這種反力是由作用在框架上的所有垂直荷載及結(jié)構(gòu)自重，通過底板傳給結(jié)構(gòu)底面上的地基，而地基由此產(chǎn)生向上的反力，反作用于底板上形成的豎直向上的荷載。一般情況下地下結(jié)構(gòu)剛度較大而地基土層相對較松軟，地基壓力或地基反力的分布并不是均勻的，如圖2-2-9所示，為了計(jì)算方便，假定地基反力為均勻直線分布，即作為于底板上分布的荷載為。 5.隧道框架結(jié)構(gòu)荷載圖根據(jù)以上的荷載計(jì)算，可以得到如圖2-2-10所示的荷載分布一般示意圖。 第四節(jié)　矩形框架的內(nèi)力計(jì)算4.1按矩形閉合框架計(jì)算地鐵通道等地下結(jié)構(gòu)，一般縱向很長，橫向相對較短。結(jié)構(gòu)所受的荷載沿縱向的大小近似不變。因此，結(jié)構(gòu)可假定屬于平面應(yīng)變問題。計(jì)算時(shí)沿縱向截取單位長度作為框架來計(jì)算。如圖2-2-11所示。雙跨矩形閉合框架是一種對稱結(jié)構(gòu)，在對稱荷載作用下彎矩圖、軸力圖是對稱的，而剪力圖是反對稱的；在反對稱荷載作用下，彎矩圖和軸力圖是反對稱的，而剪力圖是對稱的。利用此原理，取結(jié)構(gòu)的一半進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算簡圖如圖2-2-12所示。 2.桿端彎矩計(jì)算矩形閉合框架內(nèi)力計(jì)算，在不考慮線位移的情況下，可采用力矩分配法進(jìn)行計(jì)算。這是一個(gè)近似計(jì)算方法，這種方法比較簡捷，具體計(jì)算步驟可歸納如下： 對于兩個(gè)及兩個(gè)以上結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)逐一結(jié)點(diǎn)反復(fù)計(jì)算，直到各結(jié)點(diǎn)彎矩平衡。 3.桿端剪力計(jì)算求出各桿端彎矩以后，取出各桿件，利用桿件上的力系平衡，求出各桿端的剪力，如圖2-2-13所示，求A端剪力QAB，可對B點(diǎn)取力矩，并令∑MB＝０，即 4.截面彎矩和剪力計(jì)算各構(gòu)件桿端彎矩、剪力求出后，可計(jì)算各桿截面上的彎矩和剪力，其計(jì)算方法如圖2-2-14所示。 4.2按彈性地基上的框架計(jì)算 第五節(jié)　框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)彎矩和設(shè)計(jì)剪力1.設(shè)計(jì)彎矩用力法或力矩分配法解框架結(jié)構(gòu)時(shí)，直接求得的是結(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力（即構(gòu)件軸線相交處的內(nèi)力），然后利用平衡條件可以求得各桿任意截面處的內(nèi)力。由圖2-2-19a可見，結(jié)點(diǎn)彎矩（即計(jì)算彎矩）雖然比附近截面的彎矩為大，但其對應(yīng)的截面高度是側(cè)墻的高度，所以實(shí)際不利的截面則是側(cè)墻邊緣處的截面，對應(yīng)這個(gè)截面上的彎矩取為設(shè)計(jì)彎矩。根據(jù)隔離體平衡條件，（圖2-2-19b），可以按下面公式計(jì)算設(shè)計(jì)彎矩： 2.設(shè)計(jì)剪力同上述理由一樣，對于剪力，不利截面仍然是位于支座（側(cè)墻）邊緣處的截面，如圖2-2-20所示，根據(jù)隔離體平衡條件，設(shè)計(jì)剪力按下式計(jì)算：3.設(shè)計(jì)軸力由靜載引起的設(shè)計(jì)軸力按下式計(jì)算： 5.2截面設(shè)計(jì)地下矩形閉合框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件（頂板、底板和側(cè)墻）均為偏心受壓構(gòu)件，應(yīng)按偏心受壓狀態(tài)進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，取其沿隧道長方向1m考慮，在前述內(nèi)力（彎矩、剪力、軸力等）設(shè)計(jì)值已求得后，即可根據(jù)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)力，計(jì)算偏心受壓構(gòu)件的偏心距： 根據(jù)構(gòu)件偏心受壓的情況，采用相應(yīng)的構(gòu)件配筋計(jì)算公式求得截面配筋率。在進(jìn)行截面強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，桿件兩端的截面設(shè)計(jì)高度采用h＋s/３，h為構(gòu)件截面高度（即頂?shù)装寤騻?cè)墻厚度），s為平行于構(gòu)件軸線方向的支托長度。同時(shí)h＋s/３的值不得超過桿端截面高度h1，即h＋s/３≤h1，如圖2-2-21所示。圖2-2-22所示為閉合框架的橫截面的配筋示圖，它由橫向受力鋼筋和縱向分布鋼筋組成，為了便利施工，也可將鋼筋焊制成鋼筋網(wǎng)。為改善閉合框架的受力條件，一般在角部設(shè)置支托，并設(shè)置支托鋼筋。 第三章深基坑工程第一節(jié)概述1.1基坑工程的特點(diǎn)：①建筑趨向高層化，基坑向大深度方向發(fā)展。②基坑開挖面積大，長度和寬度超過百米甚至數(shù)百米，給支撐布置帶來較大難度。③在軟弱地層中，基坑開挖會產(chǎn)生較大的位移和沉降，對周圍建筑物、市政設(shè)施和地下管線造成影響。④深基坑施工期長，場地狹窄，降雨、重物堆放等對基坑穩(wěn)定不利。⑤在相鄰場地施工中，打樁、降水、挖土及基礎(chǔ)澆筑混凝土等工序會相互制約與影響，增加協(xié)調(diào)工作的難度。 1.2目前經(jīng)常采用的主要基坑支護(hù)類型及其特點(diǎn)：①水泥土攪拌樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)其優(yōu)點(diǎn)是形成重力式擋土墻，不需要支撐，基坑內(nèi)挖土方便，攪拌樁施工時(shí)無環(huán)境污染（無噪聲、無振動、無排污）、造價(jià)較低、防滲性好，但這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往要求基坑周圍有一定空間可布置攪拌機(jī)，且只宜用于開挖深度不大的基坑工程。②排樁圍護(hù)加內(nèi)支撐（或土錨）外側(cè)加一排水泥土樁，形成抗?jié)B帷幕，這種排樁支護(hù)適用于較深的基坑，但造價(jià)較高。 ③地下連續(xù)墻圍護(hù)加內(nèi)支撐（或土錨）這種支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)對周圍環(huán)境影響小，對土層條件適應(yīng)性強(qiáng)，墻體抗彎剛度、防滲性能和整體性均較好，可作主體結(jié)構(gòu)一部分，但其造價(jià)更高，施工技術(shù)要求更高。④土釘墻支護(hù)基坑周圍不具備放坡條件，地下水位較低，鄰近無重要建筑或地下管線，基坑外地下空間允許土釘占用時(shí)可采用土釘墻支護(hù)。隨著基坑工程規(guī)模的不斷加大，基坑支護(hù)工程的風(fēng)險(xiǎn)性也增加，而基坑工程涉及巖土力學(xué)、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等許多學(xué)科的知識，而且實(shí)踐性很強(qiáng)，基坑工程的設(shè)計(jì)與施工兩者密切相關(guān)，因此，只有正確進(jìn)行基坑工程的設(shè)計(jì)和施工，才能保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全及鄰近建筑的安全，也才能保證主體地下結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。 第二節(jié)基坑工程的設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則①安全可靠滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形的要求，確保周圍環(huán)境的安全。②經(jīng)濟(jì)合理在安全可靠的前提下，要從工期、材料、設(shè)備、人工以及環(huán)境保護(hù)等方面綜合確定具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的方案。③施工便利并保證工期在安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則下，最大限度地滿足方便施工（如合理的支撐布置，便于挖土施工），縮短工期?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用分項(xiàng)系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，可以分為下列兩類：①承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞。②正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，對于安全等級為一級及對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有限定的二級建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)對基坑周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行計(jì)算?；觽?cè)壁的安全等級及重要性系數(shù)γ0，列于表2-3-1。 2.3基坑按重要性分為以下3級：（１）符合下列情況之一時(shí)，屬一級基坑工程：①支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)；②基坑開挖深度大于等于10m時(shí)；③距基坑邊兩側(cè)開挖深度范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需要嚴(yán)加保護(hù)時(shí)。（２）開挖深度小于7m，且周圍環(huán)境無特別要求時(shí)，屬三級基坑工程。（３）除一級和三級基坑工程以外的，均屬二級基坑工程。 2.4在進(jìn)行基坑工程設(shè)計(jì)之前，應(yīng)收集下列資料：①巖土工程勘察報(bào)告。②鄰近建筑物和地下設(shè)施的類型及分布圖。③用地界線及紅線圖，鄰近地下管線圖，建筑總平面圖，地下結(jié)構(gòu)平剖面圖等。 2.5基坑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容，一般應(yīng)包括：①支護(hù)體系的方案比較和選型。②支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形計(jì)算。③基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算。④圍護(hù)墻的抗?jié)B計(jì)算。⑤降水和挖土方案。⑥監(jiān)測方案與環(huán)境保護(hù)要求?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一般步驟可歸納如下：①初擬基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)形式。②計(jì)算作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力及其他荷載。③確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度。④支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、配筋計(jì)算、強(qiáng)度和變形驗(yàn)算。⑤施工圖設(shè)計(jì)，編制施工說明。 第三節(jié)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載荷載的確定是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的先決條件，作用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載：①土壓力和水壓力。②施工荷載，包括施工車輛及場地堆載引起的荷載。③基坑影響區(qū)范圍內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物引起的荷載。④地震荷載（當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)組成部分時(shí)考慮）。⑤溫度影響和混凝土收縮引起的荷載。按擋土墻土壓力理論，根據(jù)墻體位移情況，土壓力分類：①靜止土壓力；②主動土壓力；③被動土壓力3.1基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載 三種土壓力中，被動土壓力大于靜止土壓力，而靜止土壓力又大于主動土壓力主動土壓最小。由理論分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)表明，擋土墻后達(dá)到被動土壓力所需的位移遠(yuǎn)大于主動土壓力時(shí)的位移。 3.2土壓力1.靜止土壓力計(jì)算若剛性擋墻保持原來位置靜止不動，擋墻后的土處于彈性平衡狀態(tài)，這時(shí)作用在墻上的土壓力為靜止壓力。靜止土壓力可按下式計(jì)算： 3.3朗肯土壓力計(jì)算朗肯土壓力理論假定墻背和填土間沒有摩擦力，然后按墻身的移動情況根據(jù)填土體內(nèi)任一點(diǎn)處于主動被動極限平衡狀態(tài)時(shí)，最大和最小主應(yīng)力間的關(guān)系，求得主動或被動土壓力強(qiáng)度以及主動或被動土壓力，由于沒有考慮摩擦力，求得的主動土壓力值偏大，被動土壓力值偏小，用朗肯理論來計(jì)算，總體是偏于安全的。 （１）主動土壓力朗肯主動土壓力計(jì)算公式如下 由以上計(jì)算式（2-3-5）和式（2-3-7）及圖2-3-3可見，主動土壓力pa沿深度h呈直線分布。作用在墻背上的主動土壓力的合力Ea即為pa分布圖形的面積，其作用位置在分布圖形的形心處。 對于墻后填土為層狀土層的情況，仍可按式（2-3-5）或式（2-3-7）計(jì)算主動土壓力，但應(yīng)注意在土層分界面上，由于兩層土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不同，使土壓力分布有突變（見圖2-3-4和后文的圖2-3-7），其計(jì)算方法如下： 如果墻后填土表面作用有連續(xù)均勻分布荷載q時(shí)，如圖2-3-5所示，計(jì)算時(shí)可以對深度h處的豎向應(yīng)力增加一個(gè)q值，將式（2-3-5）和式（2-3-7）中的γh代之以（γh＋q），就能得到填土表面有連續(xù)分布荷載（超載）時(shí)的主動土壓力計(jì)算公式。即 （２）被動土壓力如圖2-3-6所示為一墻背豎直，地表水平的擋土墻如果在外力作用下推向填土，當(dāng)墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)即朗肯被動狀態(tài)時(shí)，在墻背深度h處的被動土壓力計(jì)算公式為 3.4庫侖土壓力計(jì)算庫侖土壓力理論假定：①擋墻是剛性的，墻后填土是無粘性土；②墻身向前或向后移動以產(chǎn)生主動土壓力或被動土壓力時(shí)的滑動楔體是沿著墻背和一個(gè)通過墻的平面發(fā)生滑動；③滑動楔體可視為剛體，如圖2-3-8所示。 3.5水壓力作用在擋土結(jié)構(gòu)上的荷載，除了土壓力以外，還有地下水位以下的水壓力。計(jì)算水壓力時(shí)，水的重度一般取γw＝10kN/m3，水壓力與地下水的補(bǔ)給情況、季節(jié)變化、施工開挖期間擋墻的入土深度、排水處理措施等因素相關(guān)。如果不考慮影響水壓力的上述因素，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)向水壓力應(yīng)按靜水壓力確定。水壓力強(qiáng)度依照物理學(xué)中帕斯卡定理按下式計(jì)算： 實(shí)際基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水壓力分布有三種形式： 當(dāng)考慮地下水穩(wěn)定滲透時(shí)，則側(cè)向水壓力可采用圖2-3-10b或圖2-3-10c的分布，圖2-3-10b表示由于滲透流的影響，擋土結(jié)構(gòu)底部C點(diǎn)處左右兩側(cè)水壓力平衡，因此整個(gè)水壓力分布圖形為兩部分，以墻背面與基坑內(nèi)地下水位高程處的B點(diǎn)為界，B點(diǎn)以上，按靜水壓力三角形分布，B點(diǎn)以下至墻底C點(diǎn)亦為三角形，水壓力由大到小按線性減小到零。圖2-3-10c表示為考慮地下水位穩(wěn)定滲流時(shí)，水壓力分布的另一種形式，與圖2-3-10b不同的，一是考慮了擋墻的隔水作用，擋墻底C處仍有水頭差；二是考慮了滲流效應(yīng)，B點(diǎn)高程處的水壓力小于靜水壓力，具體可按下述方法計(jì)算：墻背面與基坑內(nèi)地下水位高程相等處B點(diǎn)的水壓力，應(yīng)由該處的靜水壓γwΔhw減去Δpw1， 計(jì)算地下水位以下水、土壓力一般采用“水土分算”（即水、土壓力分別計(jì)算，然后再相加）和“水土合算”兩種方法，對砂性土和粉土，可按水土分算原則進(jìn)行，即分別計(jì)算土壓力和水壓力，這時(shí)，土壓力計(jì)算公式仍用前述土壓力公式，但地下水位以下其他參數(shù)采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，也可以用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。水壓力則按靜水壓力或穩(wěn)定滲流水壓力計(jì)算，然后兩者相加即為總的側(cè)壓力，如圖2-3-11所示。 作用在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力分布情況，直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)內(nèi)力，它是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的根據(jù)。目前水土壓力測量主要采用兩種方法，一種是直接測量法，即將土壓力盒埋設(shè)在擋墻與土的接觸面上，量測作用在擋墻上的總的水土壓力；另一種是間接量測法，即量測支撐上的軸力，然后推導(dǎo)出作用在擋墻上的水土壓力。 第四節(jié)無支護(hù)（放坡）開挖的基坑工程無支護(hù)式放坡開挖的基坑工程是指不需要采用支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑開挖工程，開挖深度可深可淺，主要取決于工程要求和地質(zhì)條件及周邊場地環(huán)境條件。根據(jù)地下水條件及排水方式可分為無地下水的一般放坡式開挖、明溝排水放坡式開挖及井點(diǎn)排水放坡式開挖等。放坡基坑工程可以為地下結(jié)構(gòu)主體的施工創(chuàng)造最大限度的工作場地，方便現(xiàn)場工程布置，因此在場地環(huán)境條件和地質(zhì)條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇放坡開挖。放坡開挖施工過程中，由于開挖等施工活動導(dǎo)致土體原始應(yīng)力場的平衡狀態(tài)遭到破壞，當(dāng)土體抗剪強(qiáng)度不足或附加應(yīng)力超過極限值時(shí)，便會出現(xiàn)基坑邊坡失穩(wěn)，而影響地下結(jié)構(gòu)的正常施工。4.1無支護(hù)式放坡開挖 放坡基坑邊坡設(shè)計(jì)必須保證基坑邊坡具有足夠的穩(wěn)定安全系數(shù)。設(shè)計(jì)要求確定兩個(gè)基本參數(shù)，即基坑開挖深度和坡度，基坑深度可作為坡高H，其坡度用坡角α或高寬比m表示。這兩個(gè)因素，前者取決于地下主體結(jié)構(gòu)建基面高程，后者m（或α）的確定取決于許多因素，包括土體的抗剪強(qiáng)度、地下水位變化、地面超載大小以及施工工序等。放坡基坑設(shè)計(jì)需要綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，周邊環(huán)境，主體地下結(jié)構(gòu)和施工等各方面影響因素，確定適合的坡高（坑深）和坡角，才能達(dá)到基坑工程施工安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。 4.2放坡開挖基坑的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算1.位于無粘性土層放坡開挖基坑的穩(wěn)定性分析。一坡角為α的無粘性土邊坡，假定所分析邊坡處于同類型均質(zhì)無滲流土中，由于無粘性土顆粒間無凝聚力，只有摩擦力，分析它的穩(wěn)定性時(shí)，可在邊坡面取任意微元體A，設(shè)該微元體重量為W，當(dāng)微元體處于平衡狀態(tài)時(shí)，有 上式說明無粘性土沿邊坡面滑動安全系K等于土的內(nèi)摩擦角正切與邊坡坡角正切之比，當(dāng)土的坡角等于土的內(nèi)摩擦角φ時(shí)，土坡處于極限平衡狀態(tài)。因此，土坡穩(wěn)定的極限角等于砂土的內(nèi)摩擦角φ，特稱之為自然休止角。從式（2-3-28）還可看出，在無粘性土層中放坡開挖基坑，邊坡的穩(wěn)定性只與坡角α有關(guān)，而與坡高H無關(guān)，只要滿足α＜φ土坡即處于穩(wěn)定狀態(tài)。工程上一般取安全系數(shù)K＝1.1～1.5。 2.位于粘性土層放坡開挖基坑的穩(wěn)定性驗(yàn)算粘性土層的邊坡由于剪切破壞產(chǎn)生滑移，其破壞面大多是弧形曲面。如圖2-3-14所示，為理論分析方便起見，通常近似假定為圓弧面、對數(shù)螺旋形弧面等，在工程應(yīng)用上常常采用圓弧滑動面的假定，并且按平面問題進(jìn)行分析。以下介紹常用的粘性土坡穩(wěn)定性分析的幾種方法。 （１）瑞典條分法 （２）簡化畢肖普法 （３）經(jīng)驗(yàn)法確定基坑邊坡高度和坡度對于基坑深度較小的放坡式基坑邊坡，可不進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，而根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)參照同類土體的穩(wěn)定坡度值加以確定。當(dāng)土體較弱而且坡頂無堆積荷載且坡底無地下水時(shí)，放坡坡高和坡度可按表2-3-2所列的值選取。 4.3基坑邊坡失穩(wěn)的防止措施1.邊坡修坡改變邊坡外形，將邊坡修緩或修成臺階形（圖2-3-16），這種方法的目的是減少基坑的下滑重量，因此，必須結(jié)合在坡頂卸載（包括卸土）才更有效果。 2.設(shè)置邊坡護(hù)面設(shè)置邊坡混凝土護(hù)面，可采用普通混凝土或噴混凝土，控制地表排水滲入邊坡內(nèi)部，從而減少水的因素導(dǎo)致土體軟化和孔隙水壓力上升的可能性，護(hù)面可以作成10cm混凝土層，為增加邊坡護(hù)面的抗裂強(qiáng)度，內(nèi)部可配置一定的構(gòu)造鋼筋（如6＠300）。 3.邊坡坡腳抗滑加固當(dāng)基坑開挖深度大，而邊坡又因場地限制不能繼續(xù)放緩時(shí)，可以通過對邊坡抗滑范圍的土層進(jìn)行加固（圖2-3-18),方法有設(shè)置抗滑樁或采用旋噴法、分層注漿法、深層攪拌法等加固。采用抗滑樁加固方法的時(shí)候必須注意加固區(qū)應(yīng)穿過滑動面并在滑動面兩側(cè)保持一定的范圍。一般情況下，對于混凝土抗滑樁，此范圍應(yīng)大于５倍樁徑。 第五節(jié)排樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)5.1排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式①柱列式②連續(xù)排樁③組合式排樁 排樁式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)①懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)基坑開挖深度不大時(shí)，即可利用懸臂作用擋住坑壁土體。②單支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)基坑開挖深度較大時(shí)，不能采用無支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，這時(shí)可以在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部附近設(shè)置一支撐（或拉錨）。③多支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)基坑開挖深度較深時(shí)，可設(shè)置多道支撐，以減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。 1.懸臂排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算（１）靜力平衡法 求解上述四次方程，即可得板樁嵌入深度d點(diǎn)以下深度t０值。為安全起見，實(shí)際板樁嵌入基坑底面以下的入土深度為t＝u＋1.2t0（2-3-50） ③計(jì)算板樁最大彎矩　根據(jù)最大彎矩的作用點(diǎn)，應(yīng)是結(jié)構(gòu)斷面上剪力為零的點(diǎn)，例如對于均質(zhì)非粘性土，如圖2-3-21所示，當(dāng)剪力為零的點(diǎn)在基坑底面以下深度為b時(shí)，即有 （２）Blum法Blum建議以圖2-3-22d代替圖2-3-22c，即原來出現(xiàn)的被動土壓力以一個(gè)集中力代替并作用于板樁下端C處，如圖2-3-24所示。 2.單撐（錨）排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算較淺的基坑，板樁可以不加支撐，靠入土部分的土壓力來維持板樁的穩(wěn)定，如上述的懸臂樁。但基坑開挖較深時(shí)，則需要根據(jù)開挖深度、板樁的材料和施工要求，設(shè)置一道或幾道支撐，當(dāng)基坑特別寬大或者不允許被水平橫撐阻擋時(shí)，可采用拉錨來代替橫撐。 （１）單撐淺樁計(jì)算 當(dāng)板樁入土深度較淺，頂端有拉錨或橫撐時(shí)，可把板樁上端當(dāng)作簡支，下端作自由支撐，將板樁作為單跨簡支梁，這時(shí)，作用在墻后的土壓力為主動土壓力，而墻前為被動土壓力。 （２）單撐深樁計(jì)算 作用在板樁上的不僅有土壓力，還有由于板樁變形、在土與樁之間相對位移，因而土墻之間產(chǎn)生摩擦，由于樁前破壞，土棱體向上移動而板樁相對土產(chǎn)生向下的摩擦力，此摩擦力阻止破壞棱體的滑動，于是樁前被動土壓力因之有所增大，而樁后填土由于土體的破裂而向下移動，使樁對土產(chǎn)生向下的摩擦力，將樁前及樁后的被動土壓力分別乘上修正系數(shù)，而為了安全起見對主動土壓力不予折減，現(xiàn)以k、k′分別代表樁前和樁后被動土壓力增減系數(shù)，則作用在板樁墻上的被動土壓力系數(shù)，按下列公式計(jì)算： 相當(dāng)梁法計(jì)算單撐（描）板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的步驟如下：①計(jì)算板樁上各點(diǎn)處受的主、被動土壓力強(qiáng)度，并給出土壓力分布圖，計(jì)算時(shí)墻前及墻后被動土壓力分別乘以修正系數(shù)k和k′，如圖２３２５所示，暫不管t０以下深度的土壓力情況。②計(jì)算板樁墻上土壓力強(qiáng)度值等于零點(diǎn)離基坑底面的距離y，在y處墻前被動土壓力與墻后主動壓力強(qiáng)度相等，即 ③y的值既已求得，則相當(dāng)梁的彎矩可按一般簡支梁求得，同時(shí)也求得作用于深度y處的反力P0和錨桿拉力（或橫撐力）Ra。④用下式求板樁墻的最小入土深度t0，即 實(shí)際板樁墻下端系位于x深度之下，如圖2-3-25c所示，因此，板樁墻的入土深度為單撐（拉錨）支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大彎矩發(fā)生在剪力Q＝０處，Q＝０處近似于深度y處（主動土壓力強(qiáng)度相等處），由∑M0=０可得Mmax，彎矩圖可按靜力平衡條件求得。實(shí)踐證明，用相當(dāng)梁法計(jì)算所得的跨中彎矩比實(shí)際的大得多，因此在實(shí)際使用時(shí)用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)彎矩折減系數(shù)修正所求得的最大彎矩Mmax，該系數(shù)在0.6-0.8之間，一般取0.74，即M＝（0.6-0.8Mmax，但對錨桿而言，計(jì)算結(jié)果沒有富余的安全度，且由于土壓力重分布，錨桿松緊程度不一致，使錨桿受力不均勻，因此實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)將錨桿拉力（或橫撐力）加大35％-40％。 3.多撐支護(hù)板樁計(jì)算（１）腰梁間距的布置①等彎矩布置從發(fā)揮板樁的最大強(qiáng)度出發(fā)，如果能將腰梁布置成使板樁各跨度的最大彎矩相等，且等于板樁的設(shè)計(jì)抵抗彎矩，則設(shè)計(jì)出來的板樁墻顯然是最經(jīng)濟(jì)的，其設(shè)計(jì)步驟是：先任選一種類型板樁，可知其橫截面是W，然后根據(jù)梁的設(shè)計(jì)可抵抗彎矩，按如下公式求解板樁頂部懸臂的允許最大高度h： 板樁實(shí)際上是一個(gè)承受三角形分布荷載的連續(xù)梁，在支承點(diǎn)上可以近似地假定不轉(zhuǎn)動，這樣可以求出各支點(diǎn)最大彎矩都等于Mmax時(shí)，其他各跨間距，其值表示于圖2-3-26a。如果這樣算出的腰梁層次過多或過少，則可另選板樁尺寸，即可近似計(jì)算作用于腰梁上的均布水平反力Pn，一般可用以下兩種近似方法計(jì)算其反力Pn。a．假定土壓力按三角形分布，相鄰兩跨上的半跨土壓力由該支點(diǎn)承擔(dān)，見圖2-3-26b。 b．按支座系統(tǒng)的土壓力呈梯形分布圖計(jì)算，腰梁上的均布反力也可以用比較精確的方法計(jì)算，如圖2-3-27所示。即把板樁當(dāng)作連續(xù)梁，腰梁為其支座，該梁的各支座反力即為作用于腰梁上的均布力。求得作用于腰梁上的均布荷載P后，再根據(jù)腰梁上各桿件的連續(xù)情況，就可計(jì)算梁中的最大彎矩與剪應(yīng)力，進(jìn)行腰梁的截面設(shè)計(jì)。 ②等反力布置等反力布置是使每層腰梁所受的反力全部相等。用連續(xù)梁法解得各跨間距如圖2-3-27所示 實(shí)際設(shè)計(jì)板樁支護(hù)時(shí)，常因施工時(shí)各種原因不能按上述要求布置支撐，而是根據(jù)具體情況考慮到各方面的因素進(jìn)行合理布置，然后把板樁當(dāng)作連續(xù)梁，用力矩分配法求算彎矩和反力，具體計(jì)算可參照“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教材中的有關(guān)連續(xù)梁的內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行。 （２）板樁入土深度計(jì)算板樁底端支承情況視其入土深度而定。如果板樁打入坑底的深度大于x，如圖2-3-28則可假定板樁入土部分的某一點(diǎn)為固定點(diǎn)，并根據(jù)板樁所受的主動土壓力和被動土壓力求得G點(diǎn)處（即最后一層腰梁的位置）作用在板樁上的彎矩。 4.板樁支護(hù)的穩(wěn)定驗(yàn)算（１）基坑底隆起驗(yàn)算①地基穩(wěn)定驗(yàn)算法圖2-3-29b所示為進(jìn)行地基隆起驗(yàn)算的示意圖，假定在坑壁重量為W的土柱作用下，其下的軟土地基沿某圓柱面BD弧發(fā)生破壞和滑動，失去穩(wěn)定的地基土繞圓柱面中心軸O轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動力矩為上述驗(yàn)算公式未考慮土體與板樁間的摩擦力，也未考慮垂直面AB上土的抗剪強(qiáng)度對該面內(nèi)土體下陷的阻力。 ②地基強(qiáng)度驗(yàn)算法這種計(jì)算方法的示意圖如圖2-3-30所示，在坑壁土柱作用下，下面的軟土地基如果沒有板樁式硬層阻礙，其破壞和滑動是沿著圓柱面BD弧及斜面DO′弧發(fā)生。 如果基坑兩側(cè)軟土地基的破壞和滑動受到板樁阻礙，則板樁處于受力狀態(tài)，取坑壁下的扇形土塊OBF為自由體，并對O點(diǎn)取矩，測得平衡條件。若作用在板樁側(cè)面的單位面積壓力為ph，則得下式： 如果作為懸臂梁的板樁入土部分在荷載pv作用下發(fā)生撓曲破壞，則坑底以下土體也將破壞而隆起。如果板樁下端打入硬土層，則由于硬層的支承作用將使最大撓曲力矩減小，若考慮坑壁土與板樁間的粘著力則pv也會減少，但這些都會對土體的安全有利。 式中，由于D減小而c不變，則pv也減少，即ph也就減小，ph及pv因而也都會減小，這對于坑底土體的穩(wěn)定安全也是不利的。 （２）基坑滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算（流沙或管涌驗(yàn)算）圖2-3-32表示由于在基坑內(nèi)邊溝排水出現(xiàn)水頭差h，產(chǎn)生由高處和低處的滲流，經(jīng)過板樁下端土層滲流向上，到達(dá)坑底后匯于邊溝進(jìn)入集水井，而泵抽走，因此坑底下的土處于浸沒于水中的狀態(tài)，其有效重度為浮容重γ′，當(dāng)向上的滲流力或動水壓力j達(dá)到能夠抵消土粒的有效重度，即γ′時(shí)，土粒就處于“浮揚(yáng)”或“翻騰”狀態(tài)，要避免這種現(xiàn)象，就應(yīng)該滿足 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，流沙現(xiàn)象首先發(fā)生在離坑壁大約等于板樁深度一半的范圍內(nèi)，由于板樁是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，為簡化計(jì)算，可近似地取最短路程，即緊貼板樁位置的線路，來求得最大滲流力 如果坑底以上土層為粗粒硬石層、松散填土或多裂隙土等，在坑壁一側(cè)的水流經(jīng)此層的水頭很少，可忽略不計(jì)，則條件式簡化為 第六節(jié)　深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)6.1深層攪拌樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.功能攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)在基坑工程中有兩方面的功能，一是維護(hù)坑壁土體穩(wěn)定，二是阻止地下水流入基坑內(nèi)的防滲作用。 2.攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則攪拌樁是由水泥土（或石灰土）經(jīng)攪拌凝固形成的一種具有一定脆性特性的材料，其抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高得多，在工程中應(yīng)充分利用其抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，因此攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)就是這種類似“重力式擋墻”的結(jié)構(gòu)，它利用自身重力，抗壓而不抗拉，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)：①基坑的形狀和尺寸，開挖深度。②工程所在處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件：土層分布及其物理力學(xué)性質(zhì)，地下水情況。③基坑周圍的環(huán)境條件及建筑，道路交通和地下管線情況。④施工中地面堆載，施工車輛機(jī)械的影響。 3.攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算（１）攪拌樁的破壞模式①傾覆式如圖2-3-34a所示②地基整體破壞如圖2-3-34b所示③墻趾外移破壞如圖2-3-34c所示 （２）攪拌樁的計(jì)算根據(jù)地質(zhì)條件和基坑開挖深度，可按經(jīng)驗(yàn)確定攪拌樁墻的寬度和插入深度為攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算內(nèi)容包括整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗滑移、抗?jié)B及墻體應(yīng)力驗(yàn)算等，圖2-3-35為支擋結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。 ①土壓力計(jì)算計(jì)算中考慮粘性土的內(nèi)摩擦角φ和凝聚力c的影響，為簡化計(jì)算，對成層分布的土體，將墻底以上各土層的物理力學(xué)指標(biāo)γ、c、φ按層厚加權(quán)平均計(jì)算。 ②抗傾覆計(jì)算如圖2-3-35所示，按重力式擋土墻計(jì)算墻體繞前趾A的抗傾覆安全系數(shù)：計(jì)算墻體自重時(shí)，可取其平均重度γ0＝18-19kN/m3。對于軟弱地基，為安全起見，可不計(jì)墻體自重的抗傾覆作用，即取1/2BW=0安全系數(shù)一般取Kd≥1.0-1.1，也可根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)選取。 ③抗滑移計(jì)算按重力式擋土墻計(jì)算墻體沿底面滑動的安全系數(shù)，即由于攪拌成樁時(shí)，水泥和墻底土層拌和，φ0和c0可取該土層試驗(yàn)指標(biāo)的上限值，Kc可按同類工程選取，或者應(yīng)取Kc≥1.0-1.2。 ④墻身應(yīng)力驗(yàn)算　墻體的驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力σ和切應(yīng)力τ按下式進(jìn)行： 對于格柵式布置的水泥土擋墻，進(jìn)行正應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，取水泥土的凈截面作為有效計(jì)算截面，不計(jì)算樁間土的面積，為簡化計(jì)算可取ηB（η為墻體截面水泥土置換率）作為墻寬計(jì)算截面積與慣性矩。墻體切應(yīng)力應(yīng)滿足如下要求應(yīng)力驗(yàn)算截面一般為坑底截面或墻體變截面處，如果應(yīng)力驗(yàn)算不滿足要求，可加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度。 ⑤整體穩(wěn)定性驗(yàn)算　攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)多建在軟土地基上，墻前、墻后又有顯著的地下水位差，墻體的整體穩(wěn)定計(jì)算是設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。整體穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，將滑動土體與攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體考慮，采用圓弧滑動法計(jì)算，計(jì)算簡圖如圖2-3-35所示，穩(wěn)定安全常數(shù)采用總應(yīng)力法計(jì)算，即 一般最危險(xiǎn)滑弧在墻底以下0.5-1.0m位置，當(dāng)墻底土層很差時(shí)，危險(xiǎn)滑弧的位置還會深一些。水泥土樁采用格柵布置時(shí)，水泥土的置換率對于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小于0.7，一般粘性土和沙土不宜小于0.6。水泥土樁與樁之間的搭接寬度應(yīng)根據(jù)擋土及截水要求確定，考慮截水作用時(shí)，樁的有效搭接寬度不宜小于150mm，當(dāng)不考慮截水作用時(shí)，搭接寬度不宜小于100mm 二、深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工簡介1.施工機(jī)械 2.施工工藝①樁架定位②預(yù)攪下沉③制備水泥漿④噴漿并攪拌⑤重復(fù)攪拌或重復(fù)噴漿⑥移位 3.施工質(zhì)量控制①成樁施工期的質(zhì)量檢查②施工記錄③強(qiáng)度檢驗(yàn)④基坑開挖期的檢驗(yàn) 第七節(jié)　深基坑的土層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)和土釘墻結(jié)構(gòu)7.1土層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)1.錨桿的構(gòu)造及類型土層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)通?？煞譃閮刹糠?，即擋土結(jié)構(gòu)與土層錨桿系統(tǒng)兩部分。 2.土層錨桿的設(shè)計(jì)進(jìn)行土層錨桿設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足如下要求：①錨桿（索）本身具有足夠的截面面積以承受拉力。②水泥砂漿對錨桿有足夠的握裹力，使之能承受極限拉拔力。③錨固土體在最不利工作條件下應(yīng)保持整體穩(wěn)定。 一般進(jìn)行土層錨桿設(shè)計(jì)的步驟如下：①確定基坑支護(hù)方案，根據(jù)基坑開挖深度和土層條件，確定錨桿的層數(shù)、間距、傾角等。②計(jì)算擋墻單位長度所受各層錨桿的水平力。③根據(jù)錨桿傾角、間距計(jì)算錨桿軸力。④計(jì)算錨桿固段長度。⑤計(jì)算錨桿自由段長度。⑥樁墻與錨桿支護(hù)體積的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。⑦計(jì)算錨桿（索）的截面面積。⑧計(jì)算錨固腰梁截面尺寸。⑨繪制錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖。 （１）土層錨桿錨固段長度的計(jì)算錨固段錨固體為圓柱形水泥壓漿的錨固段長度La按下式計(jì)算： （２）土層錨桿自由段長度的計(jì)算 （３）土層錨桿總長度計(jì)算 （４）錨桿（索）截面面積計(jì)算 3.土層錨桿布置土層錨桿布置應(yīng)遵循以下規(guī)定：①為了不使錨桿引起地面隆起，最上層錨桿應(yīng)有必要的覆土層厚度，即錨桿的豎向分力不得大于其上覆土層重量。一般說來，錨桿錨固體（即錨固段）上方覆土層不應(yīng)小于4.0m。②錨桿的層數(shù)和間距應(yīng)通過計(jì)算確定，上下兩層錨桿之間的豎向間距不宜小于2.5m，錨桿的水平間距不宜小于2.0m，否則需降低單個(gè)錨桿的設(shè)計(jì)承載能力。③錨桿傾角應(yīng)向下傾斜至少13°，以利于灌漿，但不得大于45°，一般可根據(jù)地層情況，在15°-35°范圍內(nèi)選定，以便于使錨固段的位置有利于錨固的穩(wěn)定土層 4.土層錨桿的施工（１）施工程序土層錨桿施工程序包括鉆孔、安放錨桿（索）、灌漿養(yǎng)護(hù)和張拉錨固 （２）施工要點(diǎn)①鉆孔②錨桿制作與安放③灌漿④張拉與錨固 7.2土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)1.土釘墻支護(hù)的特點(diǎn)①土釘墻支護(hù)是通過沿土釘通長與周圍土體接觸形成復(fù)合體，在土體發(fā)生變形的條件下，通過土釘與土體接觸面上的粘結(jié)力或摩擦力，使土釘被動受拉并通過受拉工作面給土體約束加固，提高整體穩(wěn)定性和承載能力，增強(qiáng)土體變形的延性。②土釘墻是原位土體中的加筋技術(shù)，是在從上至下的開挖過程中，將釘置入土中形成以土釘和它周圍加固了的土體為一體的類似重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。③土釘墻支護(hù)是邊開挖邊支護(hù)，流水作業(yè)，不占獨(dú)立工期，施工快捷。④設(shè)備簡單、操作方便、施工所需場地小，材料用量和工程量小，經(jīng)濟(jì)效果好。⑤土體位移小，采用信息化施工，發(fā)現(xiàn)墻體變形過大或土質(zhì)變化，可及時(shí)修改、加固或補(bǔ)救，確保施工安全。 2.土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算（１）土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)的主要步驟①現(xiàn)場調(diào)查及收集資料，設(shè)計(jì)前查明場地附近環(huán)境條件（包括已有建筑物、構(gòu)筑物、地下管網(wǎng)等）、有關(guān)地質(zhì)條件及地下水情況。②根據(jù)基坑開挖深度、工程地質(zhì)條件與工程性質(zhì)選擇土釘墻支護(hù)形式，確定土釘墻支護(hù)的平面、剖面尺寸及分段開挖長度和高度。③根據(jù)土釘抗拔試驗(yàn)或工程經(jīng)驗(yàn)，確定土釘設(shè)計(jì)參數(shù)，如直徑、長度、間距、傾角等。④確定漿體材料、配比及注漿方式。⑤設(shè)計(jì)噴射混凝土面層及支護(hù)頂部防護(hù)措施。⑥土釘墻支護(hù)穩(wěn)定性分析。⑦進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)，編制施工質(zhì)量控制要求和現(xiàn)場監(jiān)測要求。 （２）土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)①土釘設(shè)計(jì)參數(shù)a．土釘長度b．土釘間距c．土釘直徑d．土釘傾角②噴混凝土面層 （３）土釘墻支護(hù)穩(wěn)定性驗(yàn)算土釘墻支護(hù)和破壞有三種情況：即滑動、傾覆和基坑隆起，現(xiàn)將抗滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算介紹如下。①土釘墻支護(hù)墻體內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算 ②土釘墻外部（整體）穩(wěn)定性分析　土釘墻與土體組成組合土體，其整體穩(wěn)定工作性能類似于重力式擋土墻，整體穩(wěn)定性包括抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定及抗基坑隆起穩(wěn)定等三方面，計(jì)算簡圖如圖2-3-45所示。 第八節(jié)　基坑工程的監(jiān)測8.1基坑現(xiàn)場監(jiān)測的主要內(nèi)容①基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移（豎向和水平）及土壓力。②基坑周圍土體位移。③鄰近建（構(gòu)）筑物、道路及地下管網(wǎng)等的變形。④地下水位和孔隙水壓力。⑤基坑底部隆起。 8.2基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測的主要儀器設(shè)備及其測量原理1.水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀利用水準(zhǔn)儀測量地面、地層內(nèi)各點(diǎn)及結(jié)構(gòu)施工前的標(biāo)高及沉降，利用經(jīng)緯儀測量結(jié)構(gòu)和施工控制點(diǎn)坐標(biāo)及施工中的水平位移。水準(zhǔn)儀測量是可獲取如下資料：①基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降。②基坑附近地表、地下管線、周圍建筑物的沉降。③基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的差異沉降。經(jīng)緯儀測量可獲取如下資料：①基坑角點(diǎn)與邊線其他控制點(diǎn)放樣及施工中的位移。②建筑物軸線和支護(hù)結(jié)構(gòu)軸線放樣及施工中的位移。③基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂面及各層支撐的水平位移。④基坑支護(hù)測斜管頂部的絕對水平位移 2.鉆孔測斜儀測斜儀在基坑工程中可以測量以下參數(shù)：①打樁或基坑開挖所引起的土體水平位移。②支護(hù)板樁、擋墻及其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移。③地下室垂直墻面的水平位移 3.土壓力盒土壓力盒可測量以下參數(shù)：①基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體觸面的土壓力。②基坑開挖時(shí)土體應(yīng)力的變化。 4.孔隙水壓力計(jì)和水位計(jì)（１）孔隙水壓力計(jì)（２）水位計(jì) 第一節(jié)概述一般地下連續(xù)墻可以定義為：利用各種挖槽機(jī)械，借助于泥漿的護(hù)壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內(nèi)澆注適當(dāng)?shù)牟牧隙纬梢坏谰哂蟹罎B（水）、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。第四章地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻，或稱混凝土地下墻，是在泥漿護(hù)壁的條件下，在地下開槽，分槽段構(gòu)筑的鋼筋混凝土墻體，它具有整體剛度大、防滲性能好的特點(diǎn)，適用于地下水位較高的軟土層和施工條件復(fù)雜的環(huán)境。它既可作為基坑施工時(shí)的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可作為擬建地下工程主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻。 地下連續(xù)墻施工技術(shù) 1.墻體剛度大、整體性好,防滲截水性能好；2.施工時(shí)振動小、噪聲低，對周邊的地基無擾動；3.不用開挖大量的土方量，降低造價(jià)，可晝夜施工，縮短工期；4.施工期間不需降水，不需擋土護(hù)坡，不需立模板與支撐，把施工護(hù)坡與永久性工程融為一體；5.適用于多種地質(zhì)條件，可用作剛性基礎(chǔ)代替樁基礎(chǔ)、沉井和沉箱基礎(chǔ)；6.結(jié)構(gòu)變形和地基土變形較小，能夠緊鄰已有建筑物及地下管線開挖深、大基坑，尤其在城市建(構(gòu))筑物密集的地區(qū)，為防止對鄰近建筑物安全穩(wěn)定的影響，地下連續(xù)墻更顯示出它的優(yōu)越性。地下連續(xù)墻的主要優(yōu)點(diǎn)： 地下連續(xù)墻的缺點(diǎn)：1.棄土及廢泥漿的處理問題，除增加工程費(fèi)用外，如處理不當(dāng)，還會造成新的環(huán)境污染；2.一般用地下連續(xù)墻只作圍護(hù)擋墻時(shí)，造價(jià)稍高，不夠經(jīng)濟(jì)；3.墻面不夠光滑，如為“二墻合一”，即同時(shí)作為地下結(jié)構(gòu)的外墻時(shí)，尚需加工處理或另作襯壁。 地下連續(xù)墻在工程中的應(yīng)用：早在1958年，地下連續(xù)墻已在北京郊區(qū)密云大型水庫白河主壩中應(yīng)用，作為大壩地基的防滲墻；密云水庫蓄水運(yùn)行多年，大壩地基不漏水，情況良好。1979年，上?；A(chǔ)工程公司應(yīng)用地下連續(xù)墻，建造上海港船廠港池試驗(yàn)成功。1980年應(yīng)用地下連續(xù)墻為上海鋼鐵一廠的一號高爐解決沉碴池工程?；㈤T大橋是我國第一次設(shè)計(jì)建造的現(xiàn)代化大跨度懸索橋，其主航道懸索橋跨徑880m。此橋西側(cè)錨碇基礎(chǔ)采用外徑61m、內(nèi)徑59.4m、墻厚80cm的圓形地下連續(xù)墻，1993年9月16日開工，采用了沖擊鉆成槽，泥漿護(hù)壁，僅用3個(gè)月時(shí)間就完成了地下連續(xù)墻施工。 上海環(huán)球金融中心基礎(chǔ)工程第一階段：54幅地下連續(xù)墻施工（2004年2月18日～4月23日）；第二階段：幾個(gè)槽段的地下連續(xù)墻補(bǔ)強(qiáng)（5月5日～6月4日）；第三階段：基坑開挖（5月18日～9月5日）；第四階段：樁頭處理（9月8日～11月25日）；第五階段：深坑開挖（11月25日～）。工程施工實(shí)踐證明：最大變形只有0.03米，僅是同等基坑的30～50%，工程整體穩(wěn)定性良好，對周邊環(huán)境的影響也在規(guī)范規(guī)定的限值之內(nèi)。 中國銀行總部大廈北京市西單路口西北角。占地面積13158平方米，總建筑面積174869平方米，地下4層，局部6層，地上15層，屋頂高57.5m。工程于2001年4月建成。大廈由著名建筑大師貝幸銘擔(dān)任設(shè)計(jì)顧問，美國貝氏建筑師事務(wù)所(PPA)主持設(shè)計(jì)。大廈曾獲得中國建筑工程總公司科學(xué)技術(shù)獎一等獎；美國石材協(xié)會2001年度最考究建筑獎。第三屆詹天佑土木工程大獎獲獎工程。 中國銀行總部大廈建筑西側(cè)、北側(cè)主樓部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，東側(cè)、南側(cè)附樓部分為鋼、混凝土結(jié)構(gòu)。因建筑功能要求，四個(gè)區(qū)段間沒有設(shè)縫，全部整體連接，整個(gè)結(jié)構(gòu)為板柱框架-剪力墻體系。地下室墻為800mm厚地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，地下室四周設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿。采用筏基，底板厚16～23m。 北京地鐵復(fù)八線工程防水技術(shù)北京地鐵復(fù)八線工程是北京地鐵一號線的中段，西起復(fù)興門，東至八王墳，全長12.7km。其中地下線10余km，地面線近2km。在大北窯車站、熱電廠站施工中采用厚0.6m、深約22m、C30鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，有效阻截了地下水及流砂，給施工創(chuàng)造了較好的條件。172 潤揚(yáng)大橋“神州第一錨”地下連續(xù)墻2001年10月28日，潤揚(yáng)大橋北錨碇地下連續(xù)墻順利合龍，在地下形成1.2米厚的鋼筋混凝土矩形墻，為北錨碇超深基坑開挖提供了堅(jiān)固的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。施工過程中地下連續(xù)墻要穿過上部16.5米的原流塑態(tài)淤泥、疏松的粉細(xì)砂層、著床在花崗巖裂隙發(fā)育層。 1.第一大跨徑:1490米2.第一大錨碇:6.8萬噸,3.第一特大深基坑:69米×50米×50米4.第一高塔:215.58米（73層樓高)5.第一長纜:纏絲總長度近3200公里6.第一重鋼箱梁:21000余噸7.第一大面積鋼橋面鋪裝:70800平方米8.第一座剛?cè)嵯酀?jì)的組合型橋梁潤揚(yáng)長江公路大橋創(chuàng)國內(nèi)八個(gè)第一(世界第三)(纏絲相當(dāng)于3倍北京至上海的距離。完成的兩根主纜每根長2600米，為國內(nèi)第一長纜，分別由184股、每股127絲、每絲直徑5.3毫米的鍍鋅鋼絲組成，所用鋼絲總數(shù)達(dá)23368根，總長度6075萬6800米，可以繞地球3圈。)造價(jià):57.8億元 地下連續(xù)墻的類型1.按墻的用途可分為臨時(shí)擋土墻、用作主體結(jié)構(gòu)一部分兼作臨時(shí)擋土墻的地下連續(xù)墻、用作多邊形基礎(chǔ)兼作墻體的地下連續(xù)墻。2.按成墻方式可分為樁排式、壁板式、組合式。3.按挖槽方式大致可分為抓斗式、沖擊式、回轉(zhuǎn)式。 護(hù)壁挖槽使用的泥漿泥漿護(hù)壁挖槽法就是在充滿水和膨潤土以及其他外加劑混合液的情況下，在地基中進(jìn)行鉆孔或挖槽的方法，通過泥漿的靜水壓力防止槽壁坍塌或剝落，并維持挖成的孔形不變。在成槽之后澆筑水下混凝土，把泥漿置換出來，在地下構(gòu)筑成一段混凝土單元墻段。 1.泥漿的功能(1)防止槽壁坍塌：泥漿從槽壁表面向土層內(nèi)滲透到一定范圍就粘附在土顆粒上，在槽壁上形成的泥皮(不透水膜)，使得泥漿的靜水壓力有效地作用在槽壁上，防止槽壁的剝落和坍塌，如右圖所示。(2)懸浮土渣：如果不能迅速排在挖槽過程中形成的土渣，會使泥漿的阻力增大，降低挖槽效果，混凝土質(zhì)量下降，鋼筋籠也難以插入?？茖W(xué)地調(diào)制泥漿，可使土渣懸浮，通過泥漿循環(huán)將其攜帶出地面。泥皮(不透水膜)示意圖 2.泥漿的材料的選用1)泥漿的種類、組成材料和外加劑泥漿一般有膨潤土泥漿、聚合物泥漿、CMC(羧甲基纖維素)泥漿、鹽水泥漿。其主要組成材料和外加劑見下表。泥漿的種類、組成材料和外加劑 膨潤土是由原礦石經(jīng)加熱干燥和粉碎而成，其主要成分是蒙脫石，加入清水混合后，水很快進(jìn)入蒙脫石晶格層中，膨潤土?xí)芸斓貪衩?。聚合物泥漿是代替膨潤土泥漿的長鏈有機(jī)聚合物和無機(jī)硅酸鹽組成的人造泥漿。羧甲基纖維素(Carboxymethyl-Cellulose，CMC)泥漿和鹽水泥漿是在海岸附近特殊條件工程中使用的泥漿。2)泥漿材料的選擇(1)膨潤土的選擇：選用可使泥漿成本比較經(jīng)濟(jì)的膨潤土。預(yù)計(jì)施工過程中易受陽離子污染時(shí)，選用鈣膨潤土為宜。 (2)水的選擇：飲用水可直接使用。水質(zhì)要求：鈣離子濃度應(yīng)不超過100ppm，以防膨潤土凝結(jié)和沉降分離；鈉離子濃度不超過500ppm，以防膨潤土濕脹性過多下降；pH值為中性。超出這個(gè)范圍時(shí)，應(yīng)考慮在泥漿中摻加分散劑和使用耐鹽性的材料，或改用鹽水泥漿。(3)CMC的選擇：泥漿中摻入CMC之后，提高泥皮的形成性十分明顯。當(dāng)溶解性有問題時(shí)，應(yīng)選易溶的CMC。當(dāng)有海水混入泥漿時(shí)，應(yīng)選耐鹽的CMC。CMC的粘度分高、中、低三檔，粘度越高CMC的價(jià)格也高，但防漏效果很明顯。 (4)分散劑的選擇：分散劑的作用是提高泥水分離性，防止和處理鹽分或水泥對泥漿的污染。被水泥污染的泥漿選用碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)分散劑，分離效果較好。易被鹽分污染的泥漿選用以腐殖酸鈉或紙漿廢液為原料的鐵硼木質(zhì)素磺酸鈉分散劑效果較好。(5)加重劑的選擇：加重劑的作用是增加泥漿密度，提高泥漿的穩(wěn)定性。目前一般選用重晶石。在地下水位很高、地基非常軟弱或土壓力非常大時(shí)，槽壁穩(wěn)定受到威脅，作為一種措施應(yīng)在泥漿中摻入加重劑，增加泥漿的密度。 (6)防漏劑的選擇：防漏劑的作用是堵塞地基土中的孔隙，防止泥漿漏失。一般防漏劑的粒徑相當(dāng)于漏漿層土砂粒徑10%～15%左右效果最好。 第二節(jié)　地下連續(xù)墻的破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容2.1地下連續(xù)墻擋土結(jié)構(gòu)體系的破壞形式（１）穩(wěn)定性破壞①整體失穩(wěn)②坑底隆起破壞③管涌及流砂（２）強(qiáng)度破壞①支撐強(qiáng)度不足或壓屈②墻體強(qiáng)度不足（３）變形過大 2.地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容根據(jù)上述可能發(fā)生的破壞形式，地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：①確定地下連續(xù)墻的荷載，即在地下連續(xù)墻各工況條件下所承受的水土壓力及其他荷載。②確定地下連續(xù)墻的入土深度，以滿足基坑工程穩(wěn)定性要求及滿足基坑抗管涌、抗隆起和滿足地基承載力的要求。③進(jìn)行地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分析，確定墻體彎矩、剪力和軸力設(shè)計(jì)值及支撐力設(shè)計(jì)值。④地下連續(xù)墻及支撐系統(tǒng)截面設(shè)計(jì)，包括墻體和支撐的配筋計(jì)算、截面強(qiáng)度驗(yàn)算、接頭的連接強(qiáng)度驗(yàn)算和構(gòu)造處理等。⑤驗(yàn)算開挖槽段的槽壁穩(wěn)定性。⑥估算基坑施工對周圍環(huán)境的影響程度，包括連續(xù)墻的墻頂位移和墻后地面沉降值的大小和范圍。 第三節(jié)　地下連續(xù)墻荷載結(jié)構(gòu)法設(shè)計(jì)計(jì)算3.1荷載結(jié)構(gòu)法1.懸臂梁工況地下連續(xù)墻用于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，在土方。開挖到基坑底面前，通常應(yīng)設(shè)置多道水平支撐（或拉錨）。但在開挖第一層土體時(shí)，第一道支撐尚未設(shè)置，地下連續(xù)墻處于懸壁狀態(tài)（如同懸壁式板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)），其計(jì)算簡圖如圖2-4-3所示 2.單支點(diǎn)情況地下連續(xù)墻單支點(diǎn)的情況如圖2-4-4所示，由于地下連續(xù)墻的剛度相對于土體剛度大得多，周圍土體對地下連續(xù)墻墻底的嵌固作用不大，即認(rèn)為地下墻底端為自由端，故該計(jì)算方法稱為“自由端法”。自由端法的關(guān)鍵是確定最小入土深度t，以滿足墻身在荷載作用下的靜力平衡 3.多支點(diǎn)情況多支點(diǎn)的地下連續(xù)墻可采用等值梁法（或稱相當(dāng)梁法）進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算簡圖如圖2-4-5所示，等值梁的基本原則是在基坑底面以下地下連續(xù)墻彎矩為零的某點(diǎn)作為一假想鉸，這個(gè)假想鉸將墻體分為上下兩段。假想梁，上段為各支撐和假想鉸組成的多跨連續(xù)梁，下段為一端固定一端鉸支的超靜定梁，如圖2-4-5b所示。 為求得墻底最小插入深度t，可采用圖2-4-5b中一端固定一端鉸支的下段梁的計(jì)算簡圖，假定被動土壓合力Ep和梁端O點(diǎn)剪力Ed相等，于是可得 3.2修正的荷載結(jié)構(gòu)法山肩邦男法考慮逐層開挖和逐層設(shè)置支撐的施工過程，假定土壓力為已知，并引入以下簡化假定：①下道橫撐設(shè)置后，上道橫撐的軸力不變。②下道橫撐支點(diǎn)以上的擋土結(jié)構(gòu)位移是在下道橫撐設(shè)置前產(chǎn)生的，下道橫撐點(diǎn)以上的墻體仍保持原來的位置，因此下道橫撐點(diǎn)以上的地下連續(xù)墻的彎矩不變。③在粘土地層中，地下連續(xù)墻為無限長彈性體。④地下連續(xù)墻墻后側(cè)主動土壓力在開挖坑面以上為三角形分布，在坑面以下為矩形分布，這是考慮已抵消墻前的靜止土壓力的結(jié)果。⑤開挖坑面以下土體橫向抵抗反力作用范圍可分為兩個(gè)區(qū)域，即高度為l的被動土壓力塑性區(qū)及被動抗力與墻體變位值成正比的彈性區(qū) 山肩邦南提出了近似解法，基本假定與精確法不同處有以下３點(diǎn)①在粘性土層，地下連續(xù)墻作為底端自由的有限長梁。②在開挖面以下土的橫向抵抗力采用線形分布的被動土壓力。③開挖面以下連續(xù)墻彎矩為零的那點(diǎn)假想為一個(gè)鉸，忽略此鉸以下的擋土結(jié)構(gòu)對鉸以上擋土結(jié)構(gòu)的剪力傳遞。 山肩邦男近似解只需應(yīng)用兩個(gè)靜力平衡方程式∑H＝０和∑MA＝０，即作用于地下連續(xù)墻的墻前、墻后所有水平作用力合力為零和所有水平作用力對地下連續(xù)墻底自由端合力矩為零。由∑H＝０得 第四節(jié)　地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)值分析法4.1彈性桿系有限元法（彈性地基梁法）彈性地基梁的數(shù)值解法又稱桿系有限元法，該方法實(shí)際上是矩陣位移法與彈性地基梁法的結(jié)合。該方法沿縱向取單位寬度的地下連續(xù)墻擋土結(jié)構(gòu)，將其視為一個(gè)豎放的彈性地基梁。地下連續(xù)墻墻體根據(jù)要求剖分為若干段梁單元，支撐可用二桿桁架單元模擬，地層對地下連續(xù)墻的約束作用可用一系列彈簧來模擬，彈簧的作用按通常的彈性地基梁方法假定，既可采用彈性地基梁的局部變形理論即文克爾假定，也可考慮土體彈簧之間的相互影響，即采用所謂的整體變形理論。 1.荷載彈性地基梁的數(shù)值解法對荷載的處理方法，與前述的荷載結(jié)構(gòu)法的相比有較大的不同，荷載圖式如圖2-4-9所示。圖2-4-9地下連續(xù)墻荷載簡圖墻背側(cè)的土壓力為主動土壓力，一般可用朗肯理論計(jì)算，考慮了地面超載后，在開挖面以上為梯形分布，開挖面以下為矩形分布。這里將開挖面以下墻背后土壓力采用矩形分布是考慮了地下連續(xù)墻開挖面被動一側(cè)的靜止土壓力與墻背主動土壓力相抵消后的近似的結(jié)果。 圖2-4-9中虛線所圍的三角形即為相互抵消的部分土壓力。被動一側(cè)由墻體位移而產(chǎn)生的抗力，由設(shè)置的彈簧支座提供。顯然被動土壓力的大小和分布情況取決于墻體變位的計(jì)算結(jié)果。荷載（抗力）與結(jié)構(gòu)變形相聯(lián)系，這正是彈性地基梁的數(shù)值解法對經(jīng)典的荷載結(jié)構(gòu)法的一大改進(jìn)。作用于地下連續(xù)墻墻背的主動土壓力的大小和分布還隨開挖面位置變化而變化，隨著開挖深度增大，主動土壓力也增大，圖2-4-8表示了四種不同開挖深度時(shí)，作用于連續(xù)墻主動土壓力值的變化過程。 2.計(jì)算簡圖彈性地基梁的數(shù)值解法可采用多種工況的計(jì)算簡圖，來反映地下連續(xù)墻荷載和內(nèi)力隨施工不同階段的變化過程。在具體應(yīng)用彈性地基梁的數(shù)值法計(jì)算時(shí)，還有全量法和增量法兩種計(jì)算模式的選擇，圖2-4-8所示為設(shè)有三道支撐的地下連續(xù)墻的全量法計(jì)算簡圖，即對每一工況，將相應(yīng)的主動土壓力全部作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)（墻體）上，求解得到的內(nèi)力和位移即為該工況的實(shí)際內(nèi)力和實(shí)際位移。圖2-4-10所示為增量法的計(jì)算簡圖，增量法是將施工過程分為若干工況，而將前后兩工況的荷載改變值稱為荷載增量。由荷載增量引起的位移和內(nèi)力稱為位移增量和內(nèi)力增量，當(dāng)前支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移，則是從開始到目前工況各階段內(nèi)力增量和位移增量的累計(jì)值。在實(shí)際應(yīng)用中，由于全量法在處理不同工序時(shí)需進(jìn)行位移修正，程序處理困難，因而常用“增量法”處理地下連續(xù)墻的計(jì)算。 3.增量計(jì)算法對于地下連續(xù)墻，取單位長延米進(jìn)行計(jì)算，把其作為一受土壓力作用下的彈性地基梁，土對墻的作用按文克爾（Winkler）理論用一系列彈簧表示，而彈簧的剛度系數(shù)k＝N/Δ，Δ為由彈性力學(xué)的布辛奈斯克（Boussinesq）理論求得的位移，N為相應(yīng)的力。如圖2-4-11所示，對開挖面以上的彈簧產(chǎn)生的集中力為xi，設(shè)彈簧代表受壓力的面積為bi·d，d為墻單元寬度，通常取d＝1.0m，則作用于該面積上的分布壓力為 利用桿系有限單元法，對地下連續(xù)墻劃分單元（一般沿豎面取0.5-1.0m），對地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，如圖2-4-12所示，每個(gè)單元均采用具有三個(gè)自由度（u，v，θ）的梁單元。此外，在各個(gè)階段開挖面處和設(shè)置支撐處均布置結(jié)點(diǎn)，支撐可采用桿單元，土層對墻體的抗力作用由彈簧模擬，而彈簧布置在結(jié)點(diǎn)上，其剛度為彈簧附近土層抗力系數(shù)，利用增量形式的彈性地基梁數(shù)值解法，基本平衡方程為 求解方程式（2-4-4）得到的是當(dāng)前工況由本階段增量荷載引起的位移增量，由位移增量可得到相應(yīng)的內(nèi)力增量（如彎矩增量、剪力增量等）。要求當(dāng)前工況實(shí)際的位移和內(nèi)力（全部位移和內(nèi)力），則可累加先前各受力工況的位移增量和內(nèi)力增量，即 4.2連續(xù)介質(zhì)有限單元法用連續(xù)介質(zhì)有限元法計(jì)算地下連續(xù)墻時(shí)，將地下連續(xù)墻和地層看作是有機(jī)聯(lián)系的整體。一般將地下連續(xù)墻當(dāng)為線彈性體，而巖土介質(zhì)則可根據(jù)不同情況和不同要求選擇不同的本構(gòu)模型。地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)受力的大小與周圍地層介質(zhì)的特性、基坑開挖的幾何尺寸、開挖的施工程序以及支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的剛度密切相關(guān)，通過計(jì)算分析得出地層對地下連續(xù)墻的荷載效應(yīng)，即地下連續(xù)墻的內(nèi)力和位移。通常情況下用平面二維問題的有限元法分析就能滿足工程設(shè)計(jì)的精度要求，在特殊情況下，如果基坑幾何形狀很不規(guī)則，無法簡化為平面應(yīng)變問題，或基坑開挖分區(qū)分層逐步開挖，且必須考慮空間效應(yīng)時(shí)，也可采用空間三維有限單元法。 1.力學(xué)計(jì)算模型的選擇在基坑工程中，地下連續(xù)墻一般可按彈性體計(jì)算，對于二維平面問題，常選用四結(jié)點(diǎn)或八結(jié)點(diǎn)等參單元，有時(shí)根據(jù)需要也可選擇桿系梁單元模擬地下連續(xù)墻，這樣可以直接得到地下連續(xù)墻截面上的彎矩和剪力，可避免將二維等參單元的應(yīng)力折算成地下連續(xù)墻內(nèi)力的轉(zhuǎn)換過程。支撐通常取為二力桿桁架單元。土層介質(zhì)的力學(xué)模型有許多種可供選擇。對于土層地質(zhì)條件好，而計(jì)算目的主要是對結(jié)構(gòu)受力狀況做定性估算時(shí)，可采用線彈性模型或非線性彈性模型；當(dāng)土層軟弱，且要求計(jì)算地下連續(xù)墻的變形及基坑周圍地層的位移情況時(shí)，一般采用彈塑性模型；當(dāng)需要考慮土的流變性能對支護(hù)結(jié)構(gòu)影響時(shí)，應(yīng)采用粘彈性或粘彈塑性模型。為了滿足精度要求，二維平面問題計(jì)算時(shí)，土層介質(zhì)應(yīng)采用四結(jié)點(diǎn)或八結(jié)點(diǎn)等參單元 2.計(jì)算邊界的確定有限元的網(wǎng)格范圍應(yīng)取多大？理論上計(jì)算域取得越大越好，可以避免邊界效應(yīng)對計(jì)算結(jié)果的影響，計(jì)算區(qū)域增大了計(jì)算工作，也可能使計(jì)算機(jī)舍入誤差增加，有時(shí)效果適得其反，一般認(rèn)為可?。潮痘訉挾群停潮堕_挖深度中的較大值作為計(jì)算域的寬度，已滿足工程的精度要求。圖2-4-13所示為某地下連續(xù)墻計(jì)算范圍及有限元網(wǎng)格。 第五節(jié)　地下連續(xù)墻的施工5.1現(xiàn)澆地下連續(xù)墻施工工藝流程如下圖所示。 地下連續(xù)墻施工工藝流程 5.2地下連續(xù)墻各施工工序技術(shù)要點(diǎn)1.施工準(zhǔn)備2.修筑導(dǎo)墻3.護(hù)壁泥漿制備①護(hù)壁泥漿對槽壁的壓力略大于地下水土壓力，可平衡地層水土壓力，穩(wěn)定井壁。②洗槽　利用泥漿當(dāng)介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)排渣，鉆機(jī)鉆下的土（巖）屑及時(shí)由泥漿攜帶排出槽外，鉆頭始終切削新土，提高了機(jī)械鉆進(jìn)效率。③冷卻鉆頭　泥漿的循環(huán)降低了由于鉆頭與土（巖）層所作機(jī)械功而產(chǎn)生的溫升。④潤滑　泥漿又是一種潤滑劑，從而降低了鉆機(jī)的磨損。 4.挖槽與清槽①槽段劃分　即確定單元槽段的長度，它既是進(jìn)行一次性挖掘的長度，也是一次性澆筑混凝土的長度，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件，對鄰近建筑物的影響、鋼筋籠吊裝和混凝土供應(yīng)能力。②槽段開挖　常用鉆抓機(jī)挖槽或多頭鉆成槽機(jī)開挖兩種形式。③清槽　無論采用何種施工方法，必須對殘留在槽底的土渣、雜物進(jìn)行清除。清防方法一般采用吸力泵、空氣壓縮機(jī)和潛水泵等排渣。5.吊放鋼筋籠6.灌注混凝土7.槽段連接 單元槽段指地下連續(xù)墻的施工時(shí)，沿著墻體長度方向把地下墻分成某種長度的施工單元。地下連續(xù)墻單元槽段長度取決于以下因素：①設(shè)計(jì)所要求的構(gòu)造、形狀(拐角和端頭等)、墻的厚度和深度。②施工所要求的挖槽壁面的穩(wěn)定性、對相鄰結(jié)構(gòu)物的影響、挖槽機(jī)的最小挖槽長度、混凝土拌和站的供應(yīng)能力、泥漿儲備池的容量、鋼筋籠的質(zhì)量和尺寸、作業(yè)場地占用面積和可以連續(xù)作業(yè)的時(shí)間限制。一般情況下以5～8m居多，但也可取10m或更大一些的情況。5.3單元槽段劃分 以下邊的一些圖為例，說明按結(jié)構(gòu)物形狀劃分的單元槽段。圖(a)單元槽段為挖槽機(jī)的最小挖掘長度，它適用于減少對鄰近結(jié)構(gòu)物的影響，或必須特別注意槽壁的穩(wěn)定性等情況。 圖(b)單元槽段為地下連續(xù)墻與柱子相連的一段，地下墻的接頭設(shè)在柱和柱的中間。 圖(c)單元槽段為直角形拐角，鋼筋籠整體插入為佳，但也可將鋼筋籠分割開插入槽內(nèi)。圖(d)單元槽段為間隔布置的槽段，盡量不影響相鄰結(jié)構(gòu)物而縮短單元槽段的長度，避免大面積槽壁承受側(cè)向土壓力。 圖(e)單元槽段為十字形，不宜采用大的單元槽段，由于在這種情況下導(dǎo)墻不易穩(wěn)定，所以對導(dǎo)墻要進(jìn)行加固，必須特別注意槽壁的穩(wěn)定和挖槽精度。圖(f)單元槽段為間隔布置的圓周形式或曲線形式的槽段，如用沖擊鉆法挖槽，可按曲線形式施工。 修筑導(dǎo)墻是地下連續(xù)墻施工的第一道工序，導(dǎo)墻是重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)物。導(dǎo)墻混凝土等級一般采用C15。(1)導(dǎo)墻的作用和要求。①控制地下墻的平面位置、墻體厚度和垂直程度。導(dǎo)墻位于地下連續(xù)墻的墻面線兩側(cè)，和地下墻中心線平行，深度一般為1～2m，頂面高于施工地面5～10cm，內(nèi)墻面豎直，二導(dǎo)墻的內(nèi)壁間凈距為地下墻的寬度另加4～6cm。導(dǎo)墻指示挖槽位置，為挖槽起豎直導(dǎo)向作用。導(dǎo)墻的位置、尺寸、豎向的垂直精度直接影響地下墻的平面位置、墻體厚度和垂直程度。導(dǎo)墻頂部應(yīng)平整，以利導(dǎo)向鋼軌的架設(shè)和定位。5.4導(dǎo)墻 ②保持地面土體穩(wěn)定。由于地基表層比深層土質(zhì)差，而且經(jīng)常受到鄰近地面荷載的影響，槽壁頂部容易坍塌。導(dǎo)墻相當(dāng)于擋土墻，且常在導(dǎo)墻之間每隔1～3m加添臨時(shí)木支撐，可有效地支承土壓力及施工期間鋼筋籠、澆筑混凝土用的導(dǎo)管、鉆機(jī)等靜、動荷載的作用，防止槽壁頂部坍塌，保持地面土體穩(wěn)定。③維持泥漿液面。為了保持槽面地基的穩(wěn)定，需要保持泥漿液面極少變化。在地下水位很高的地段，為了維持穩(wěn)定液面高出地下水位1m的要求，需使?jié)仓膶?dǎo)墻頂面高出地面。 (2)導(dǎo)墻的斷面形式和適用條件。鋼筋混凝土導(dǎo)墻分為現(xiàn)澆與預(yù)制兩種，目前使用現(xiàn)場澆筑較多。但預(yù)制的導(dǎo)墻比現(xiàn)場澆筑的節(jié)省材料用量；在地下水位很高時(shí)，預(yù)制的導(dǎo)墻比現(xiàn)場澆筑的好。 圖(a)、(b)為最簡單的斷面形狀，一般在導(dǎo)墻上的荷載不大，表層地基土良好(如密實(shí)的黏土)的工程中采用。圖(c)所示斷面形狀，一般在地下水位高而又難以用井點(diǎn)排水降低水位的工程中采用；制作頂端高出地面的導(dǎo)墻，確保泥漿液面高于地下水位0.6～1.0m以上，一般在導(dǎo)墻的周邊堆土至導(dǎo)墻的上邊緣。 圖5.21(d)、5.21(e)所示斷面形狀，一般在表層地基土強(qiáng)度不夠，特別是易坍塌的砂土或回填土地基的工程中采用；需將導(dǎo)墻做成L形或上下兩端都向外伸出的“匚”形。圖5.21(f)所示斷面形狀，一般在防止泥漿溢流的工程中采用，在導(dǎo)墻外側(cè)埋置U形預(yù)制塊，導(dǎo)墻頂端高出地面5～10cm，以防地面水流入導(dǎo)溝。 采用蚌式抓斗挖槽時(shí)，在地下連續(xù)墻的放樣軸線位置上，每隔一定距離用沖擊鉆或回轉(zhuǎn)抓頭鉆抓成的垂直孔洞，稱之為導(dǎo)孔，如圖所示。一般孔徑與墻厚相同。對堅(jiān)硬的地基，需鉆抓導(dǎo)孔，而軟弱地基，可以不鉆抓導(dǎo)孔。5.5導(dǎo)孔 導(dǎo)孔的作用是保證在堅(jiān)硬的地基上，采用蚌式抓斗挖槽機(jī)挖出槽段的垂直精度，使單元槽段的兩端頭垂直，便于接頭施工。地下連續(xù)墻的挖槽方法雖有很多，但各種方法的施工順序都基本相同，如圖所示。5.6槽段開挖 深圳地鐵5號線頭號工程太安站成功澆注地下連續(xù)墻第一槽段 槽段式開挖連續(xù)墻施工順序 挖槽方法大致可歸納為以下三種。方法一是先以一定間隔挖掘?qū)Э?，再用抓斗將?dǎo)孔間的地段挖掉整修成槽形，如圖所示。先鉆導(dǎo)孔，再用抓斗挖掘成槽形 方法二是先在施工槽段兩端鉆導(dǎo)孔到設(shè)計(jì)深度，兩導(dǎo)孔間各圓孔只鉆0.5～0.8m，就是說在鉆孔到0.5～0.8m時(shí)，把鉆頭提到原來位置，把鉆機(jī)橫向移動，一遍一遍重復(fù)鉆挖直到設(shè)計(jì)深度，完成第一個(gè)槽段開挖，如圖5.25所示。用同樣的方法鉆挖下一槽段。此法的缺點(diǎn)是鉆挖工作重復(fù)，效率較低。先鉆導(dǎo)孔，再重復(fù)鉆圓孔成槽形 方法三是從一開始就將溝槽挖到設(shè)計(jì)深度，并挖成槽形，把鉆頭提到地面，橫向移動鉆機(jī)，連續(xù)鉆挖，完成第一個(gè)槽段開挖，如圖所示。用同樣的方法鉆挖下一槽段。此法是一次鉆挖成槽形。從地下連續(xù)墻施工來說，這種方法是最理想的形式。一次鉆挖成槽形 挖槽過程中殘留在槽內(nèi)的土渣以及吊放鋼筋籠時(shí)從槽壁上刮落的泥皮等都要堆積在槽底。挖槽結(jié)束后，懸浮在泥漿中的土顆粒也將逐漸沉淀到槽底。澆筑地下連續(xù)墻之前，必須清除以沉渣為主的槽底沉淀物，這項(xiàng)工作稱為清底。清底的基本方法有置換法和沉淀法兩種。置換法是在挖槽結(jié)束之后，立即對槽底進(jìn)行認(rèn)真清掃，在土渣還沒有沉淀之前就用新泥漿把槽內(nèi)泥漿置換出槽外。沉淀法在土渣沉淀到槽底之后進(jìn)行清底，一般是在插入鋼筋籠之前或之后清底，但后者受鋼筋籠妨礙，不可能完全清理干凈。5.7清底 清除槽底沉渣的方法有：①吸泥泵排泥法；②空氣升液排泥法；③帶攪動翼的潛水泥漿泵排泥法；④水輪沖射排泥法；⑤抓斗直接排泥法。在這些方法中，前三種是常用的方法，如圖所示。清底方法 (1)鋼筋籠制作。①根據(jù)單元槽段的規(guī)格與接頭形式等設(shè)計(jì)鋼筋籠的尺寸，按設(shè)計(jì)圖紙要求對鋼筋下料加工，并在平臺上制作鋼筋籠，預(yù)留插放混凝土導(dǎo)管的位置，為使水平鋼筋不妨礙導(dǎo)管的下入，將縱向鋼筋布置在水平筋的內(nèi)側(cè)。②縱向鋼筋采用焊接或用φ0.8mm的退火鐵絲綁扎。③在鋼筋重疊處要有確?；炷亮鲃铀匦璧拈g隙，并注意不要影響設(shè)計(jì)要求的保護(hù)層。④為保證鋼筋保護(hù)層的厚度，可采用水泥砂漿滾輪，固定在鋼筋籠兩面的外側(cè)。5.8鋼筋籠制作與吊裝 (2)鋼筋籠的吊入與接長。①鋼筋籠在堆放、運(yùn)輸、裝卸、吊入作業(yè)過程中，易發(fā)生變形，為此對鋼筋籠要采用有一定剛性的縱向鋼筋桁架，并用箍筋、主筋平面內(nèi)加斜拉筋及連接鋼筋等措施補(bǔ)強(qiáng)。使鋼筋籠在吊運(yùn)過程中具有足夠的剛度，不致使巨大的鋼筋籠變形而影響入槽。②鋼筋籠起吊前，要仔細(xì)檢查起吊架的鋼索長度，使之能夠水平地吊起。在起吊時(shí)使用H型鋼或工字鋼作為起吊扁擔(dān)，為防止鋼筋籠變形，在鋼筋籠的頭部及中間部兩點(diǎn)進(jìn)行雙索或四索同時(shí)起吊，吊離地面后再逐漸轉(zhuǎn)換成垂直狀態(tài)。鋼筋籠的下端不得在地面上拖引或碰撞其它物體。并在鋼筋籠下端系上拖繩以人力操縱，防止起吊后在空中擺動或吊入時(shí)碰撞槽壁。起吊方法如圖所示。 起吊鋼筋籠的方法 ③采用連接鋼板分段接長鋼筋籠。上下段連接時(shí)，先制作連接鋼板，在加工平臺上，將鋼筋籠上的縱向鋼筋準(zhǔn)確地焊接到連接鋼板上。由于鋼筋籠的端部已有了連接鋼板，所以分段吊放時(shí)只要將上、下段鋼筋籠的連接鋼板對齊，用夾板和高強(qiáng)度螺栓將上下段連接起來，用扭矩扳手?jǐn)Q緊高強(qiáng)螺栓，如圖所示。采用這種方法無需將鋼筋籠搭接也可以制成有足夠長度的鋼筋籠。雖然必須用連接鋼板及夾板等，但因施工時(shí)間短，又減少了搭接長度，仍可以降低總造價(jià)，提高施工質(zhì)量。 用螺栓聯(lián)結(jié)器連接鋼筋籠實(shí)例(mm) 地下連續(xù)墻墻段長度大多是7～8m，最大不超過10m。為了使各個(gè)墻段連成一個(gè)整體，施工中必須采用一定形式的接頭(縫)措施。5.9墻段接頭(縫)5.10混凝土澆筑(1)混凝土配合比要求：水灰比不宜大于0.6；水泥用量不少于370kg/m3；混凝土坍落度宜為18～20cm?；炷恋墓橇弦诉x用中砂，粗砂及粒徑不大于40mm的卵石或碎石。海水拌和會損壞含筋混凝土，因此禁用海水配制混凝土。 (2)混凝土澆筑導(dǎo)管。墻段接頭管(構(gòu)件)就位后，應(yīng)檢查槽底沉渣厚度并在4h以內(nèi)澆筑混凝土，澆筑混凝土必須使用導(dǎo)管。一般使用內(nèi)徑為150～250mm的圓形導(dǎo)管，長度有l(wèi)、1.5、2、3m不等，根據(jù)溝槽深度及澆筑混凝土?xí)r的導(dǎo)管提升情況分別選用，依次接長。用起重機(jī)吊入槽內(nèi)，插到槽底。導(dǎo)管的連接要牢固，并要用橡膠密封圈做到完全水密，防止漏水。在使用前要檢查導(dǎo)管是否變形、接頭連接情況和防水密封性能等，使用后要及時(shí)沖洗干凈。 (3)混凝土的澆筑。①導(dǎo)管的底端埋入混凝土的深度。在槽段中的接頭管和鋼筋籠就位后，用導(dǎo)管澆灌混凝土，導(dǎo)管的底端埋入混凝土的深度必須在1.5m以上，否則混凝土流出時(shí)會把混凝土上升面附近的浮漿卷入混凝土內(nèi)。但導(dǎo)管的埋入深度也不宜過大，否則混凝土不易從導(dǎo)管內(nèi)流出，一般埋深不超過6m。②澆灌混凝土?xí)r，導(dǎo)管的運(yùn)動。澆灌混凝土?xí)r，要使導(dǎo)管作30cm左右的豎向運(yùn)動，以利混凝土密實(shí)，尤其在混凝土不易流動的墻體接頭部分更需如此。但上下運(yùn)動不要過快，過快的運(yùn)動會增加混凝土與泥漿的接觸機(jī)會，使泥漿卷入混凝土內(nèi)影響墻的質(zhì)量，同時(shí)還會使泥漿的性能變壞。 ③混凝土面的上升速度?；炷翑嚢韬弥?，一般應(yīng)在1.5h內(nèi)澆灌入槽，但在高溫天氣下，由于混凝土凝結(jié)較快，所以必須在攪拌好后1h以內(nèi)盡快澆灌完。根據(jù)混凝土攪拌能力及各種因素，為了能夠高效率地澆灌混凝土，必須準(zhǔn)備好運(yùn)輸車輛。要求槽內(nèi)混凝土面的上升速度不應(yīng)小于2m/h；一個(gè)單元槽段應(yīng)一次連續(xù)澆筑混凝土，直至混凝土頂面高于設(shè)計(jì)標(biāo)高300～500mm為止。鑿去浮漿層后的墻頂標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。 上述地下連續(xù)墻施工方法是一種機(jī)械化的快速施工方法，工效高、成本低、安全可靠，在地面工作，勞動條件得到改善。國際上采用綜合指標(biāo)，即每一日工完成地下連續(xù)墻(包括做導(dǎo)墻、挖槽、制作與吊放鋼筋籠、澆筑混凝土全過程)的方量來計(jì)算工效。如上鋼一廠的地下連續(xù)墻，該工程長60m，寬18m，深12.5m，墻厚0.6m，總體積8100m3，施工隊(duì)全隊(duì)48人，只用4個(gè)多月時(shí)間，工效達(dá)到國際一般標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)有關(guān)資料分析，如將大型沉井改用地下連續(xù)墻，可降低造價(jià)25%～45%，值得推廣。5.11工效 5.12成槽設(shè)備成槽機(jī)分類 抓斗式成槽機(jī)開槽抓土過程 5.13泥漿系統(tǒng)1.泥漿制備主要設(shè)備為泥漿攪拌機(jī)，按攪拌方法分為兩種，一是以螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)造成快速渦流進(jìn)行攪拌的高速旋轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)，另一種是利用高壓射流的噴射引力吸入膨潤土進(jìn)行攪拌的噴射式攪拌機(jī)，一般以第一種使用較多。2.泥漿處理設(shè)備一般情況下，泥漿從溝槽里排出地面以后，在流入沉淀池之前要經(jīng)過振篩處理，由振篩分離出來的土渣和泥漿，分別自然地落入排渣槽和沉淀池。3.泥漿循環(huán)系統(tǒng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由循環(huán)泵、循環(huán)泥漿池及排渣設(shè)備等組成。 基本流程 第五章沉管工程第一節(jié)概述沉管工程是指利用沉管法施工修建的隧道工程。沉管法是越江湖、跨海峽等穿越水域隧道的常用施工方法，它是先在隧道址以外的預(yù)制場地制作沉放管段，管段兩端用臨時(shí)封墻（板）密封，然后拖運(yùn)到隧道址位置而下沉就位并連接成隧道的施工方法。沉管法也可用于陸地隧道的建設(shè)，這時(shí)需開鑿出一條臨時(shí)性運(yùn)河拖運(yùn)管段至隧道址處沉放。1.1沉管工程 沉管隧道按其管段制作方式可分為兩類：一類是船臺型，即先在造船廠的船臺上預(yù)制鋼殼，制成后沿滑道滑行下水，然后在漂浮狀態(tài)下進(jìn)行鋼筋混凝土施工；另一類是干塢型，它是在臨時(shí)干塢中制作鋼筋混凝土管段，制成后往塢內(nèi)灌水使之浮起并拖到隧道址沉沒。沉管法施工隧道的斷面形狀分為圓形鋼殼類和矩形兩種，如圖2-5-1所示。圓形斷面特點(diǎn)是：受力合理，隧道壁內(nèi)彎矩較小，在水深度較大時(shí)，比較經(jīng)濟(jì)有利；沉管底部寬度小，基礎(chǔ)處理比較容易，但是圓形斷面空間不能充分利用，且其制作相對較復(fù)雜。矩形斷面的特點(diǎn)是：空間利用率高，一般采用鋼筋混凝土建成，較節(jié)省鋼材，但須修建臨時(shí)干塢，且浮運(yùn)中要有相應(yīng)的控制措施。 沉管隧道的設(shè)計(jì)涉及面較廣，主要內(nèi)容包括：總體幾何設(shè)計(jì)（如沉管的斷面形狀、幾何尺寸等），沉管結(jié)構(gòu)計(jì)算，浮運(yùn)和沉埋設(shè)計(jì)，通風(fēng)照明系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)，內(nèi)裝修設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理系統(tǒng)等。 第二節(jié)沉管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1沉管的斷面形狀和尺寸隧道截面尺寸首先取決于使用要求，隧道的橫斷面應(yīng)該考慮車流量，車輛通過量應(yīng)和道路相匹配，也應(yīng)考慮其他的使用要求和輔助設(shè)施；同時(shí)還取決于施工條件和施工要求，即管段的浮運(yùn)和沉放要求。一般來說，首先根據(jù)使用要求來確定管段內(nèi)的凈空尺寸，而沉管結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸，則應(yīng)按滿足浮運(yùn)要求，同時(shí)還應(yīng)滿足截面的強(qiáng)度要求。在考慮以上綜合條件的情況下，才能確定管段橫斷面的幾何尺寸和形狀。管段的長度則需要考慮經(jīng)濟(jì)條件，航道條件，管段縱、橫斷面形狀，施工及技術(shù)條件等。 根據(jù)交通隧道的有關(guān)規(guī)定，對于雙向行車隧道，每個(gè)方向行車道應(yīng)有各自的管道，一般來說，車行道寬度為3.5m，車行道邊緣距側(cè)墻的間距為0.8-1.0m，車行道凈空高度為4.5m。車行道與側(cè)墻的空間能通常做成人行道，空間高度可低于車行道高度，它供隧道管理人員或拋錨的汽車駕駛員使用。根據(jù)以上所述，可推算出一條雙車行道寬度為B＝2×3.5m＋2×1.0m≥9m。在隧道頂部，按規(guī)定應(yīng)有0.35m留作照明和信號設(shè)備的空間，如果使用縱向通風(fēng)系統(tǒng)，則附加凈空應(yīng)增加到0.85m 2.2沉管的浮力計(jì)算通過浮力設(shè)計(jì)可以確定沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸，從而確定沉管結(jié)構(gòu)的橫斷面尺寸。浮力設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是確定干舷和抗浮安全系數(shù)，這里干舷是指管段在浮運(yùn)時(shí)，為了保持管段穩(wěn)定必須使管頂露出水面的高度，具有一定干舷的管段，遇到風(fēng)浪而發(fā)生側(cè)傾后，它就自動產(chǎn)生一個(gè)傾力矩Mt，如圖2-5-4所示。沉管結(jié)構(gòu)的外部尺寸經(jīng)浮力計(jì)算以及多次試算，可初步確定并為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算提供條件。 2.3作用在沉管上的荷載作用在沉管結(jié)構(gòu)上的荷載有結(jié)構(gòu)自重、水壓力、土壓力、浮力、施工荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力、車輛荷載、地基反力、混凝土收縮影響、變溫影響、不均勻沉陷影響及地震影響等。作用在管段上的水壓力是主要荷載之一，在覆土厚度較小的區(qū)段中，水壓力常是作用在管段上的最大荷載，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按各種荷載組合情況分別計(jì)算正常的高低潮水位的水壓力，或若干年一遇的特大洪水的水壓力。 土壓力是作用在管段上的另一主要荷載，且常不是恒載，例如作用在管段頂面上的垂直土壓力，一般為河床底面到管段頂面之間的土體重量，在河床不穩(wěn)定的場合下，要考慮河床變遷所產(chǎn)后的附加荷載。作用在管段上的水平土壓力，也不是一個(gè)常量，在隧道剛建成時(shí)，側(cè)向土壓力往往較小，以后逐漸增大，最終可達(dá)靜止土壓力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按不利組合分別取其最小和最大值。作用在管段上的浮力，也不是一個(gè)常量，一般來說，浮力應(yīng)等于排水量，但作用于沉沒在粘性土層中的管段的上浮力，有時(shí)也會由于“滯后現(xiàn)象”的作用而大于排水量。 施工荷載主要是端封墻、定位塔、壓載等重量，在進(jìn)行浮力設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮施工荷載。如果施工荷載所引起的縱向負(fù)彎矩過大，則可調(diào)整壓載水箱（或水柜）的位置來抵消一部分負(fù)彎矩。波浪力一般不大，不致影響配筋。水流壓力對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響亦不大，但必須進(jìn)行水工模型試驗(yàn)予以確定，以便據(jù)以設(shè)計(jì)沉埋工藝及設(shè)備。沉降摩擦力是覆土回填后，溝槽底部受荷載不均勻，沉降也不均勻的情況下發(fā)生的，沉管底下的荷載比較小，沉降也小，而其兩側(cè)荷載較大，沉降也大，因而在沉管的側(cè)壁外側(cè)就會受到這種摩擦力的作用，如圖2-5-6所示。如果在沉管側(cè)壁防水層外再堆一層軟瀝青，則可使沉降摩擦減小。 車輛荷載在進(jìn)行橫斷面結(jié)構(gòu)分析時(shí)，一般是略去不計(jì)的，在進(jìn)行道路隧道縱斷面結(jié)構(gòu)分析時(shí)有時(shí)也可忽略。沉船荷載是船只失事后恰巧沉在隧道頂上時(shí)所產(chǎn)生的特殊荷載，這種荷載的大小應(yīng)視船只類型、噸位、裝載情況，沉沒方式，覆土厚度，隧道頂部土面是否突出于兩側(cè)河床底面等許多因素而定。因而在設(shè)計(jì)時(shí)只能假定估值，而不作統(tǒng)一規(guī)定，在以往的沉管設(shè)計(jì)中，常假定為50-130kN/m3。但人們對計(jì)算這項(xiàng)荷載的看法并不一致。 地基反力，其分布規(guī)律有以下幾點(diǎn)假定：①反力按直線分布。②反力強(qiáng)度與各點(diǎn)地基沉降成正比（文克爾假定）。③設(shè)地基為粘彈性體，按彈性理論計(jì)算反力。在按文克爾理論計(jì)算時(shí)，根據(jù)具體地基條件來采用不同的地基參數(shù)，既有采用單一地基系數(shù)的，也有采用不同組合的多地基系數(shù)的?；炷潦湛s影響是由施工縫兩側(cè)不同齡期混凝土的剩余收縮所引起，因此應(yīng)按初步的施工計(jì)劃規(guī)定齡期并設(shè)定收縮差。變溫影響主要由沉管外壁的內(nèi)外側(cè)溫差所引起的，設(shè)計(jì)時(shí)可按持續(xù)5-7d的最高氣溫或最低氣溫計(jì)算，計(jì)算時(shí)可采用日平均氣溫，不必按晝夜最高或最低氣溫計(jì)算 2.4沉管的結(jié)構(gòu)計(jì)算1.橫截面分析（１）鋼筋混凝土管段橫截面設(shè)計(jì)橫向截面設(shè)計(jì)時(shí)，可把混凝土管段當(dāng)作是平面封閉框架，當(dāng)作用于管段上的荷載和地基反力沿縱向不變化或只是逐漸變化時(shí)，該框架可按均布荷載進(jìn)行分析。沉管的橫截面結(jié)構(gòu)形式一般是多孔箱形框架，由于荷載組合的種類較多，而多孔框架的結(jié)構(gòu)分析必須經(jīng)過“假定構(gòu)件—內(nèi)力分析—修訂尺寸—復(fù)算內(nèi)力”幾次循環(huán)，計(jì)算工作量很大。但為了避免采用剪力鋼筋，并改善結(jié)構(gòu)受力性能，減少裂縫，沉管隧道常采用變截面或折拱形結(jié)構(gòu)，如圖2-5-7所示。而且即使同一節(jié)管段（一般為100m長）中因隧道縱坡和河床標(biāo)高變化的關(guān)系，各斷面所受水、土壓力不同，不能只按一個(gè)橫斷面的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進(jìn)行整節(jié)管段直至整個(gè)水底隧道的橫向配筋。圖2-5-8所示為德國埃姆斯河隧道的管段在最深點(diǎn)處橫截面的彎矩及配筋。 （２）鋼殼管段的橫截面設(shè)計(jì)鋼殼在混凝土襯砌施工中作為外模與支撐，外面抵抗水壓力，內(nèi)面承受混凝土的重量，因此，必須有充分的強(qiáng)度和剛度及防水性。其橫截面的強(qiáng)度計(jì)算，是將每一處的橫助作為獨(dú)立的閉合框架來處理，其強(qiáng)度一般是由混凝土襯砌施工時(shí)的應(yīng)力控制的，在混凝土的澆筑過程中，隨著吃水深度的加大，作用于鋼殼上的水壓力也增加。在施工時(shí)的混凝土重量與浮力對鋼殼整體來說是平衡的，但對局部來說是不平衡的。在某些橫截面上有可能發(fā)生浮力大于混凝土重量的情況，其差值即為剪力，一般來說，處于這種狀態(tài)的鋼殼其受力條件為最不利。在使用階段，橫截面分析應(yīng)考慮隧道在完全回填后所承受的各種荷載組合，通常這些荷載組合產(chǎn)生的彎矩在中心墻附近的頂部和底部以及外墻的中心部位外側(cè)受拉，在其間的區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)受拉 2.縱截面分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要計(jì)算浮運(yùn)、沉放時(shí)施工荷載（定位塔、端封墻等）所引起的內(nèi)力。使用階段的縱向分析，一般按彈性地基梁理論進(jìn)行計(jì)算。沉管結(jié)構(gòu)的截面和配筋設(shè)計(jì)，一般按照交通部枟公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范枠（JTGD60—2004）進(jìn)行，沉管結(jié)構(gòu)的混凝土通常采用較高的強(qiáng)度指標(biāo)，主要為了滿足抗剪的需要。沉管結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足防滲要求，一般應(yīng)按限裂條件驗(yàn)算，水層保護(hù)下最大容許裂紋寬度為0.15-0.2mm。因此，鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度通常在fy＝135-160MPa，其縱向配筋率一般不應(yīng)少于0.25％。 第三節(jié)管段的制作及浮運(yùn)3.1沉管的制作管段作為隧道的主體工程，其制作基本要求是：本身不漏水，承受最大水壓力時(shí)，也不漏水；管段本身是均質(zhì)的，重量對稱，以保證浮運(yùn)時(shí)穩(wěn)定（不傾）、結(jié)構(gòu)牢固。沉管管段制作方式大致分兩種情形：一是船臺方式；另一是干塢方式。 1.船臺方式船臺方式就是先在船廠船臺上制成鋼殼，然后將鋼殼沿滑道送下水，在水上橈橋固定，在懸浮條件下澆筑內(nèi)部鋼筋混凝土。這種船臺型管段的橫斷面，一般為圓形、八角形或花籃形，隧道內(nèi)通常只能設(shè)兩個(gè)車道，如圖2-5-9所示。鋼殼由外側(cè)鋼板、橫向桁架、縱向桁架、艙壁、襯墊組成，鋼殼的制作就近在造船廠的船臺上完成。制造方法大體與船體的制造相同，通常采用分塊拼接。 鋼殼制作完需進(jìn)行質(zhì)量檢查，如尺寸、材料、焊縫等，特別是焊接部分的防水性。鋼殼制作完成后即可下水，下水方式可與船同樣的方法經(jīng)滑道下水，也可用起重機(jī)下吊入水。鋼殼的浮運(yùn)由船拖拉或推進(jìn)，直到將其浮運(yùn)到隧道址水面。在隨后的混凝土襯砌施工中，通常要在鋼殼面上預(yù)留兩個(gè)材料出入口，由此送入襯砌的混凝土材料及鋼筋等。一般采用混凝土泵，并嚴(yán)格控制每一次澆筑量和澆筑順序，做到對稱施工，待澆筑完畢，搬出各種臨時(shí)性材料后，封閉頂面上的預(yù)留出入口，這樣，管段制作完畢。鋼殼管段的制作步驟如圖2-5-10所示 2.干塢方式干塢方式制造管段的方法是在特定的場地（臨時(shí)船塢）以固定狀態(tài)的方式把沉管管段制作完，并用臨時(shí)隔墻封閉管段兩端，然后向制作場地（臨時(shí)船塢）灌注水，使管段浮起并運(yùn)出制作場地，如圖2-5-11所示為甬江隧道干塢平面圖。干塢灌水前必須將管段兩端離端面500-100cm處設(shè)置臨時(shí)封墻，臨時(shí)封墻可用木料、鋼材或鋼筋混凝制成，封墻設(shè)計(jì)按靜水壓力計(jì)算。 制造沉管除了從構(gòu)造方面采取措施外，必須在混凝土選材、溫控、模板等方面采取特殊措施，為了保證管段的水密性，在制作中管段混凝土的防密裂問題非常突出，因此對施工縫、變形縫的布置須慎重安排?？v向施工縫（橫斷面上的施工留縫），對于管段下端，靠近底板面一道留縫，應(yīng)在底板面以上30-50cm；橫向施工縫（沿管段長度方向上分段施工時(shí)的留縫）需采取防水措施。為防止發(fā)生橫向通透性裂縫，通常可把橫向施工縫做成變形縫，每節(jié)管段由變形縫分成若干段，每段長15-20m左右。 2.4管段的浮運(yùn)管段制作完成后，開始向船塢內(nèi)注水，這時(shí)，需派檢查人員從管段預(yù)留出入口進(jìn)入沉管內(nèi)部，檢查管段是否漏水。一旦發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象應(yīng)立即停止向塢內(nèi)注水，查明管段漏水原因并做修補(bǔ)。當(dāng)船塢內(nèi)水位接近干舷量時(shí)，應(yīng)向壓載水箱內(nèi)注水，以防止管段上浮失穩(wěn)。當(dāng)管段完全被水淹沒后，再排出壓載水箱內(nèi)的水，使管段上浮至浮運(yùn)時(shí)的干舷量（一般為10-15cm）。在調(diào)整好各節(jié)管段后，可打開船塢的塢門，用拖船將管段拖（或推）出，浮運(yùn)到隧道址。 第四節(jié)管段的沉沒與水下連接4.1管段的沉沒作業(yè)在沉管隧道施工中，關(guān)于管段的沉埋并沒有統(tǒng)一套用的方法，大體上可分為吊沉法和拉沉法兩種形式，沉埋作業(yè)的主要環(huán)節(jié)可概括如下：①拖運(yùn)管段到沉沒現(xiàn)場（隧址）。②用纜繩定位管段，以便精確沉放。③施加下沉力（如重物、水底拉沉等） 吊沉法中根據(jù)施工方法和起重設(shè)備的不同又分為分吊法、扛吊法和騎吊法及托吊法等。1.分吊法在管段預(yù)制時(shí)，預(yù)埋3-4個(gè)吊點(diǎn)，在沉設(shè)作業(yè)中用2-4艘起重船或浮箱提著各個(gè)吊點(diǎn)，將管段沉放到設(shè)計(jì)的隧址位置上。 2.扛吊法這種方法又稱方駁扛吊法，有雙駁扛吊和四駁扛吊兩種，具體做法是駁分布在管段左右，左右駁之間加設(shè)兩根“杠棒”，“杠棒”下吊沉管，然后沉放。 3.騎吊法騎吊法是用水上作業(yè)平臺騎于管段上方，將它慢慢吊下完成沉沒作業(yè)，這種方法適用于水面寬闊，而不易于用纜索固定管段的水面，其平臺部分實(shí)際上是個(gè)矩形鋼浮箱。就位時(shí)，可以向浮箱內(nèi)注水加荷壓載，使平臺的四條鋼腿插入水底；移位時(shí)，只需排水讓浮箱上浮將四條鋼腿從水底河床（湖或海灘）拔出。其優(yōu)點(diǎn)在于不需拋錨，作業(yè)時(shí)對航道影響較小，但設(shè)備費(fèi)用大，故較少利用。 4.拉沉法這種沉放法的主要特點(diǎn)是既不用浮吊、方駁也不用浮箱、浮筒，管段沉放時(shí)，不是向管段內(nèi)灌注水，即不是采用載水的辦法來取得下沉力，而是利用預(yù)先設(shè)置在水底溝槽底板上的水下樁墩，通過它設(shè)在管段頂面的鋼橇架上的卷揚(yáng)機(jī)和扣在水下樁墩上的鋼索，將管段慢慢拉下水，沉放到樁墩上。使用此法必須設(shè)置水底樁墩，因此費(fèi)用較大而較少使用。 4.2管段的水下連接管段的水下連接方法有兩種：一種方法是在管段接頭處用水下混凝土加以固結(jié)，使接頭與外部水隔絕，這叫做水下混凝土法；另一種方法是使用橡膠墊，借助水壓使其壓縮的方法，這種方法叫做水力壓接法。 1.水下混凝土法早期船臺型圓形沉管隧道的管段間的接頭，都采用水下混凝土進(jìn)行連接。在進(jìn)行水下連接時(shí)，先在管段的兩端安裝矩形堰板，在管段沉放就位、接縫對準(zhǔn)拼合、安放底部罩板后，在前后兩塊平堰板的兩側(cè)安設(shè)圓弧形堰板，然后把封閉模板插入堰板兩側(cè)邊，這樣就形成了一個(gè)由堰板、封閉模板、上下罩板所圍成的空間，隨后在這個(gè)空間內(nèi)灌注水下混凝土從而形成管段間的接頭。等到水下混凝土充分硬化后，抽掉隔墻內(nèi)的水，再進(jìn)行管段內(nèi)部接頭處混凝土襯砌的施工。 2.水力壓接法水力壓接法就是利用作用在管段上的巨。大水壓力使安裝在管段端部周邊上的橡膠墊圈發(fā)生壓縮變形，而形成一個(gè)水密性良好而又可靠的管段接頭。主要工序包括對位、拉合、壓接及拆除隔墻。 第五節(jié)沉管隧道的地基處理為使管段沉放在具有可靠支承力的基礎(chǔ)上，地基必須進(jìn)行處理，沉管隧道的基礎(chǔ)形式很多，按照管段和河床底接觸形式可分為兩大類，一類是連續(xù)支承式，另一類是獨(dú)立支承式。 5.1連續(xù)支承式1.先鋪法這種方法就是在已開挖好的溝槽底面上，按規(guī)定均勻鋪上粒徑為50-80mm以下的砂礫或碎石，沉放管段可直接擱置在它上面。這種方法也稱為刮鋪法。修建中國香港維多利亞灣的地鐵隧道時(shí)，即采用先鋪法進(jìn)行基礎(chǔ)處理，所用材料為卵礫石。 2.后填法根據(jù)三點(diǎn)確定平面的原理，在溝槽底面，按沉放管段的埋置深度，設(shè)置臨時(shí)支座，把管段暫時(shí)擱置在它上面，在管段沉放并對接完成后，再用適當(dāng)?shù)牟牧显诠芏蔚撞颗c溝槽面之間進(jìn)行充填，從而形成永久性的均勻連續(xù)基礎(chǔ)。后填法有不同的施工方法可供選擇，如灌砂法、噴砂法、灌囊法、壓漿法及壓砂法等。 5.2獨(dú)立支承式1.橋臺方式將沉放管段的兩端擱置在預(yù)先建造在水底的沉箱基礎(chǔ)上，管段相當(dāng)于水中簡支梁，并把沉放管段兩側(cè)相連的隧道部分與沉箱基礎(chǔ)做成整體，由于管段長度即為簡支梁跨度，因此管段不宜做得過長，而且相當(dāng)于橋臺的沉箱部分需要做得相當(dāng)大，在日本早期的沉管隧道工程中曾使用過這種方法。2.橋墩方式在溝底縱向設(shè)置支承在樁基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土梁，把沉放管段安放在這種梁上，這也是一種水中橋梁的方式。對于這種方法，如果將管段沿縱向與各梁剛性連接，就成為多跨連續(xù)支承形式。因此，只要某處發(fā)生了不均勻下沉，就會影響到隧道整體。這種方法施工精度要求很高，且成本較高。 3.獨(dú)立樁基礎(chǔ)在較弱土層上的沉管，常采用獨(dú)立樁基礎(chǔ)支承。為了管段沉放完畢后，各支承樁能均勻受力，常采用活動樁頂法頂升樁頂，使各樁達(dá)到受力均勻。 5.3地基處理1.溝槽開挖溝槽對沉放管段和其下基礎(chǔ)設(shè)置有特殊的用途，溝槽底部應(yīng)相對平坦。溝槽開挖常采用疏浚法施工。在溝槽開挖前進(jìn)行必要的土質(zhì)調(diào)查，對于設(shè)計(jì)的溝槽斷面，為證實(shí)實(shí)際路線上它的正確性，應(yīng)進(jìn)行多次噴注鉆孔和標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)，必要時(shí)進(jìn)行試挖 2.溝槽回填一旦沉管管段的沉放和連接作業(yè)完畢，需在沉放管段的外圍進(jìn)行砂土的回填工作，將溝槽予以回填，一是防止流水對沉放管段。的沖刷，二是防護(hù)過往船只和拋錨等對管段的沖擊。在管段的頂部一般設(shè)一層15cm左右的混凝土保護(hù)層。回填材料通常是砂或碎石，也可部分采用從溝槽中挖出的材料。 2、沉管隧道技術(shù)沉管法也稱預(yù)制管段沉放法，即先在隧址以外的預(yù)制場制作隧道管段，管段兩端用臨時(shí)封墻密封，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拖運(yùn)至隧址位置，此時(shí)，在設(shè)計(jì)位置上已預(yù)先進(jìn)行了溝槽開挖，設(shè)置了臨時(shí)支座；然后沉放管段，待沉管段在水下連接，處理管段接頭及基礎(chǔ)，而后回填，再進(jìn)行內(nèi)部裝修與設(shè)備安裝，以完成隧道。這種方法一般用于過江、過海隧道建設(shè)，建成后的隧道也稱沉管隧道。 根據(jù)各國的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在水底隧道建設(shè)中，盾構(gòu)法與沉管法各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般而言，常采用比較經(jīng)濟(jì)、合理的沉管法。沉管隧道的類型（船臺型、干塢型）、沉管隧道設(shè)計(jì)、沉管隧道沉放與連接等內(nèi)容請大家自己去找資料看，注意每個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)部處理技術(shù)和方法。 3、長距離頂管技術(shù)地下管道的鋪設(shè)一般采用開槽方法（明挖法），這種方法施工挖方大、占用大量臨時(shí)場地，管道安裝后需進(jìn)行回填，而且施工時(shí)影響交通、影響環(huán)境。而采用頂管技術(shù)鋪設(shè)管道，無須挖槽或在水下開挖土方，并可避免為疏干和固結(jié)土體而采取的降低地下水位等輔助措施，從而大大加快施工速度，降低造價(jià)，并可克服在江河湖海等無法降水的特殊環(huán)境下施工的困難。 長距離頂管施工程序：先在管道的一端挖掘工作坑（井），完成后在其內(nèi)安裝頂進(jìn)設(shè)備，將管道頂入土層，邊頂進(jìn)邊挖土，將管段逐節(jié)頂入土層內(nèi)，直到頂至設(shè)計(jì)長度為止（類似地質(zhì)鉆探施工）。在頂進(jìn)過程中常采用潤滑劑減阻和中繼接力技術(shù)，以延長頂進(jìn)長度。所以在這項(xiàng)技術(shù)中，改進(jìn)頂管長度是問題的關(guān)鍵，目前一般在100m左右，在城市建設(shè)中，特別需穿越城市中心、大型建筑群或河道時(shí)，這樣的長度顯然不夠。當(dāng)然，采取一些措施可以增加長度。 頂管技術(shù)的主要設(shè)備工作管與盾構(gòu)法類似也有三部分，即沖泥倉、操作室和控制室。它的關(guān)鍵技術(shù)有三方面：（1）頂力問題；（2）方向控制問題；（3）制止正面塌方問題。 主要措施：（1）穿墻；（2）糾偏與導(dǎo)向；－方向控制問題（3）局部氣壓；－制止正面塌方問題（4）觸變泥漿減阻；（5）中繼接力頂進(jìn)等。如頂力問題。解決問題可以從兩個(gè)方面著手，一正面嚴(yán)防死守；二迂回，即改變問題性質(zhì)，如拉變壓、觸變泥漿減阻等。 頂管機(jī) 頂管機(jī)械 頂管工作坑、接收坑和洞口止水裝置 頂管施工 頂管施工 在南京揚(yáng)子石化公司進(jìn)行2米砼管頂管施工 施工工藝圖 頂管施工的中繼間 頂管施工的中繼間 頂管施工的中繼間 頂管施工的優(yōu)點(diǎn) 管施工的優(yōu)點(diǎn) 頂管施工的優(yōu)點(diǎn) 頂管施工的優(yōu)點(diǎn)