【正文】 1 高層建筑施工 主講：崔吉福 2 主要內(nèi)容 ? 1. 緒論 ? 2. 地下水控制與基坑開挖 ? 3. 深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu) ? 4. 地下連續(xù)墻與逆筑法施工 ? 5. 土層錨桿 ? 6. 土釘墻和噴錨 ? 7. 大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工 ? 8. 高層建筑腳手架工程 ? 9. 高層建筑施工用起重運(yùn)輸機(jī)械 ? 10. 高層現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板工程 ? 11. 高層建筑混凝土工程施工 ? 12. 鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工 3 １．緒論 ?高層建筑的定義 1972 國際高層建筑會(huì)議 ? 第一類高層建筑 :9~16層 (最高到 50m)。 ? 第二類高層建筑 :17~25層 (最高到 75m)。 ? 第三類高層建筑 :26~40層 (最高到 100m)。 ? 超高層建筑 : 40層以上 (高度 100m以上 )。 《 民用建筑設(shè)計(jì)通則 》 （ JGJ13787):10以上的住宅及總高度超過 24m的公共建筑及綜合建筑。 4 ?高層建筑的發(fā)展 ? 我國古代 :高塔 磚砌或木制的筒體結(jié)構(gòu) 高層框架結(jié)構(gòu) ? 國外古代 :磚石承重結(jié)構(gòu) ?壁厚 ,使用空間小 . ? 近代高層建筑 :框架結(jié)構(gòu) (鋼、鋼筋混凝土 ) 剪力墻、鋼支撐、筒體 5 ?高層建筑施工技術(shù)發(fā)展 ? 基礎(chǔ)工程： ?支護(hù)技術(shù) :鋼板樁 混凝土灌注樁 地下連續(xù)墻 深層攪拌水泥土樁 土釘支護(hù) ?施工工藝 : ?支撐形式 :內(nèi)部鋼管支撐 外部土錨拉固 ?土錨桿 :鉆孔、灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉工藝 ? 樁基礎(chǔ)： ?預(yù)制打入樁 ?混凝土灌注樁：大直徑鉆孔灌注樁 ? 結(jié)構(gòu)工程：大模板 、爬升模板、滑升模板 ? 高層鋼結(jié)構(gòu)： 6 2. 地下水控制與基坑開挖 ?地下水控制 ?邊坡穩(wěn)定 ?基坑土方開挖 7 ?為什么必須進(jìn)行地下水控制 ? ? 補(bǔ)償性基礎(chǔ) 地下水位較高的軟土地區(qū) 流砂 邊坡失穩(wěn) 地基承載力下降 ?降水 :集水明排和井點(diǎn)降水 ?截水 ?回灌 8 ?補(bǔ)償性基礎(chǔ) (pensated foundation) 又稱浮基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使建筑物的重量約等于建筑位置挖去土重（包括水重）的基礎(chǔ)。當(dāng)建筑物的重量等于挖去的土重時(shí)，稱“全補(bǔ)償性基礎(chǔ)”，此時(shí)土中的應(yīng)力無變化；如挖去的土重只相當(dāng)于建筑物的部分重量時(shí)，稱“部分補(bǔ)償性基礎(chǔ)”?？蓽p少建筑物的沉降，充分利用地下空間。由于開挖較深，施工較困難，需考慮基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)、降低地下水、防止坑底隆起和管涌等問題。高層建筑中常用。 9 ?水在土中滲流的基本規(guī)律 ? 達(dá)西定律： v=Q/A=k(ΔH/L)=ki ?一維滲流情況（圖 21） ?Q=k(ΔH/L)A ? 滲透系數(shù) :k (m/d,cm/s)滲流 /流線 /層流 /紊流 /物理意義 /透水性 ? 滲流速度 v（ m/d,cm/s） :v=Q/A=k(ΔH/L) 或 v=ki ? 水力梯度 :i=ΔH/L ? 兩個(gè)問題 : ?A、 L、 v ?適用于砂及其他較細(xì)顆粒的土中，孔隙較大時(shí)產(chǎn)生紊流； Ip特別大的粘土： v=k(ii’) 一、地下水的基本特性 10 ? 等壓流線與流網(wǎng) ? 水在土中穩(wěn)定滲流（水流情況不隨時(shí)間而變，土的孔隙比和飽和度不變，流入任意單元體的水量等于自單元體流出的水量以保持平衡），地下水頭值相等的點(diǎn)連成的面 ,稱為“等水頭面”，在平面或剖面上表現(xiàn)為“等水頭線”（等勢(shì)線，等壓流線）。 ? 由等壓流線與流線所組成的網(wǎng)稱為“流網(wǎng)”。等壓流線與流線正交。 ? 潛水與層間水（圖 24） P9 ? 潛水：從地表至第一層不透水層之間含水層中所含的水。水無壓力，重力水。 ? 層間水：夾于兩不透水層之間含水層中所含 的水。無壓層間水和 承壓層間水 11 二、動(dòng)水壓力和流砂 ? 動(dòng)水壓力 ? 單位體積土中土顆粒骨架所受到的壓力總和。 (kN/m3) ? GD=T=γWi (圖 25 動(dòng)水壓力原理圖 P10) ? 流砂 ? 產(chǎn)生條件 : GD≥γ’W ? 多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻而細(xì)的粉、細(xì)砂等砂性土中。粘土和粉質(zhì)粘土、礫石均不易發(fā)生流砂。 ? 危害：基坑泥濘、坍塌、基礎(chǔ)滑移 ? 防止措施：降水和防水帷幕 12 三、降低地下水的方法 ? 輕型井點(diǎn)：一層降水深度不超過 6m ? 確定井點(diǎn)系統(tǒng)的布置方式 ? 確定基坑的計(jì)算圖形面積 ? 計(jì)算涌水量： ?單井涌水量： 無壓完整井： ?群井涌水量 ? 無壓完整井： rRssHKQlglg)2(???0lglg)2(xRssHKQ???13 ? 無壓非完整井： ? 承壓完整井： ? 承壓非完整井： ?基坑的假想半徑 x0：對(duì)于矩形基坑 a/b≤5時(shí) , ? 抽水影響半徑 R: ?抽水影響半徑深度 H0:查表 00000 lglg)2(hlhhrhxRssHQ o ????? xRK M sQ??MlMrlMxRK M sQ ????2 0?Fx ?0HKsR 5 7 5?14 ? 井管數(shù)量 :n’=Q/q ? 井管平均間距 : ? 校核 y0: 36522 Klrlvrq cc ?? ??39。)(2nBLb ??)lg1( lg3 6 0 02 xnRKQHy ???15 ?噴射井點(diǎn)： 8~20m k=~20m/d ? 主要設(shè)備：噴射井管、高壓水泵（或空氣壓縮機(jī)）和管路系統(tǒng)。 ? 工作原理：圖 2 27 P12 ? 井點(diǎn)布置： b10m單排布置 ； b10m雙排布置；環(huán)狀布置。井點(diǎn)間距 2~。 ? 井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝與使用： ?施工工藝程序： ?注意事項(xiàng) ： ? 井點(diǎn)堵塞：原因、預(yù)防 ? 噴射揚(yáng)水器失效、井點(diǎn)倒灌：原因、預(yù)防 ? 工作水壓力升不高：原因、預(yù)防 16 ? 電滲井點(diǎn) 在降水井點(diǎn)管的內(nèi)側(cè)打入金屬棒（鋼筋、鋼管等），連以導(dǎo)線。以井點(diǎn)管為陰極，金屬棒為陽極，通入直流電后，土顆粒自陰極向陽極移動(dòng)，稱電泳現(xiàn)象，使土體固結(jié)；地下水自陽極向陰極移動(dòng)，稱電滲現(xiàn)象，使軟土地基易于排水。用于 k。 ? 深井井點(diǎn) 在深基坑周圍埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潛水泵將地下水從深井內(nèi)揚(yáng)升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。 適用于 k較大（ 10~250m/d）；土質(zhì)為砂土、碎石土；地下水豐富、降水深（ 10~50m）、面積大的情況。 17 真空深井泵： ?設(shè)備：井管、濾頭、電動(dòng)機(jī)和真空泵。 ?也適用于低滲透性的粉砂、粉土和淤泥質(zhì)粘土。降水深度達(dá) 8~18m，降水服務(wù)范圍達(dá) 200m2左右。 ? 深井井點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備： 深井、井管、深井泵和集水井等。 ? 深井井點(diǎn)布置： 200~250m2 ? 深井井點(diǎn)埋設(shè)與使用 ?施工工藝程序： ?井點(diǎn)埋設(shè)與使用階段的注意事項(xiàng) ： 18 四、截水 ?截水帷幕：在基坑開挖前沿基坑四周設(shè)置隔水圍護(hù)壁（亦稱隔水帷幕）。 ? 類型：水泥土攪拌樁擋墻、高壓旋噴樁擋墻、地下連續(xù)墻。 ? 作用：擋水和檔土 ? 厚度：滿足防滲要求， k*106cm/s ? 插入深度： l= ? 側(cè)向截水與坑內(nèi)井點(diǎn)降水結(jié)合或側(cè)向截水與水平封底結(jié)合。水平封底采用化學(xué)注漿或旋噴注漿法。 19 五、回灌 ?回灌措施包括回灌井點(diǎn)、回灌砂井、回灌砂溝等。 ? 回灌井點(diǎn)：在降水井點(diǎn)與要保護(hù)的已有建（構(gòu)）筑物之間打一排井點(diǎn)，在井點(diǎn)降水的同時(shí)，向土層中灌入一定數(shù)量的水，形成一道隔水帷幕，使井點(diǎn)降水的影響半徑不超過回灌井點(diǎn)的范圍，從而阻止回灌井點(diǎn)外側(cè)的建（構(gòu)）筑物下的地下水的流失。 20 ? 回灌井點(diǎn)（砂井、砂溝）布置 ? 與降水井點(diǎn)的距離不宜小于 6m ? 間距：降水井點(diǎn)的間距和被保護(hù)物的平面布置 ? 回灌井點(diǎn)（砂井）宜進(jìn)入穩(wěn)定降水曲線面下 1m，且位于滲透性好的土層中，過濾管的長(zhǎng)度應(yīng)大于降水井點(diǎn)過濾管的長(zhǎng)度。 ? 設(shè)置水位觀測(cè)井 ? 回灌井點(diǎn)（砂井、砂溝）施工要點(diǎn)： ? 埋設(shè)方法與質(zhì)量要求 ? 抽灌平衡 ? 設(shè)置高位回灌水箱 ? 宜采用清水 ? 回灌井點(diǎn)與降水井點(diǎn)應(yīng)協(xié)調(diào)控制 21 工程實(shí)例 ? 上海友誼商店工程 上海友誼商店平面尺寸為 68m*36m，筏基，基坑挖深近 5m，相距 10m處有 30年代建造的 5層電臺(tái)大樓，亦為筏基。該處表層為厚 2~3的褐黃色砂質(zhì)粉土。施工時(shí)為防止產(chǎn)生流砂采用井點(diǎn)降水，為防止電臺(tái)大樓產(chǎn)生過大的沉降，在電臺(tái)大樓與友誼商店之間埋設(shè)了一排 8m長(zhǎng)的產(chǎn)生回灌井管，注水壓力約。結(jié)果在降水開挖基坑到基礎(chǔ)工程完成的136d中，實(shí)測(cè)電臺(tái)大樓的平均沉降只 3~4mm，最大沉降為 7mm，最小處為零，友誼商店在降水施工過程中未對(duì)電臺(tái)大樓產(chǎn)生有害的影響，證明回灌井點(diǎn)是有效的。 22 ?邊坡滑動(dòng)失穩(wěn)：邊坡土體中的剪應(yīng)力大于土的抗剪強(qiáng)度。 ? 影響因素： ?研究土體邊坡穩(wěn)定的兩類方法： ? 利用彈性、塑性或彈塑性理論確定土體的應(yīng)力狀態(tài)；（極限分析法） ? 假定土體沿著一定的滑動(dòng)面滑動(dòng)而進(jìn)行極限平衡分析。 23 ? 瑞典圓弧滑動(dòng)面條分法（ Fellenius法） 將假定滑動(dòng)面以上的土體分成 n個(gè)垂直土條，對(duì)作用于各個(gè)土條上的力進(jìn)行力和力矩平衡分析，求出在極限平衡狀態(tài)下土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。 K=抗滑力矩 /滑動(dòng)力矩（ K， K=態(tài)， K。） O Ni Ti Wi α β ???????si n)c o s(si n)(39。iiiiiiiiiiiiiWlctgWWRlctgRTiRlRTRRTK fl????????????24 ? Bishop法 考慮豎面上的法向力和切向力。 ? Taylor法 該法建立在總應(yīng)力基礎(chǔ)上，并假定內(nèi)聚力不隨深度變化。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果繪制成圖表（穩(wěn)定系數(shù) Ns、坡角 β ） ，利用該圖表可以分析簡(jiǎn)單邊坡的穩(wěn)定。 Ns=γHc/c Hc邊坡的臨界高度 25 ?土方開挖方案 ? 無支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑開挖：放坡開挖 ?特點(diǎn)：面積大，四周空曠 ?上海市標(biāo)準(zhǔn) 《 基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程 》 規(guī)定：開挖深度不超過 ，當(dāng)場(chǎng)地允許、經(jīng)驗(yàn)算能保證土坡穩(wěn)定時(shí)，可采用放坡開挖；開挖深度不超過 ，有條件采用放坡開挖時(shí)，宜設(shè)置多級(jí)平臺(tái)分層開挖，每級(jí)平臺(tái)的寬度不宜小于 。 ?地下水位在坑底以上，開挖前采用井點(diǎn)法坑外降水。 ?護(hù)面措施 26 ? 有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑開挖：垂直開挖 ?盆式開挖：先挖除基坑中間部分的土方，后挖除擋墻四周土方的開挖方式。 ? 優(yōu)點(diǎn)：擋墻的無支撐暴露時(shí)間短，利用擋墻四周所留土堤阻止擋墻的變形。 ? 缺點(diǎn)：挖土及土方外運(yùn)速度較島式開挖慢。 ? 多用于較密支撐下的開挖。 ? 工程實(shí)例：上海香港廣場(chǎng)基坑開挖 圖 293 ?島式開挖：保留基坑中心土體，先挖除擋墻四周土方的開挖方式。 ? 優(yōu)缺點(diǎn) ? 常用于無內(nèi)撐圍護(hù)開挖（如土層錨桿）或采用邊桁架等大空間支撐系統(tǒng)的基坑開挖 。 ? 挖土機(jī)械及土方外運(yùn) 27 ?土方開挖注意事項(xiàng) ? 基坑開挖的時(shí)空效應(yīng) ? 先撐后挖，嚴(yán)禁超挖 ? 防止坑底隆起變形過大 ? 防止邊坡失穩(wěn) ? 防止樁位移和傾斜 ? 對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物及地下設(shè)施的保護(hù) ?積極保護(hù)法 ?工程保護(hù)法 地基加固、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、基礎(chǔ)托換、隔斷法、開挖期跟蹤注漿、施加支撐預(yù)應(yīng)力、協(xié)調(diào)施工進(jìn)度 28 ?安全技術(shù) ? 基坑工程安全管理 ? 基坑開挖安全技術(shù) 29 3 深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu) ? 支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型 ? 擋墻的選型 ? 支撐（或拉錨）的選型 ? 支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算 ? 支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式與計(jì)算內(nèi)容 ? 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算 ? 非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算 ? 支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工 ? 深層攪拌水泥土樁擋墻（水泥土擋墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)） ? 鋼板樁（板樁式擋墻） ? 鉆孔灌注樁（排樁式擋墻） ? SMW工法施工（組合式） ? 支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè) 30 ?