现代施工技术1-2.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,国家游泳中心又被称为“水立方”（,Water Cube,），位于北京奥林匹克公园内，是北京为,2008,年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是,2008,年北京奥运会标志性建筑物之一。它的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（,H2O3,）方案。,2003,年,12,月,24,开工，在,2008,年,1,月,28,日竣工。其与国家体育场,(,俗称鸟巢,),分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。国家游泳中心规划建设用地,62950,平方米，总建筑面积,65000-80000,平方米，其中地下部分的建筑面积不少于,15000,平方米，长宽高分别为,177m 177m 30m,。到目前，来自,101,个国家和地区的,35,万多港澳台同胞及海外侨胞共捐献了,8.5,亿人民币。其中郑裕彤、郑家纯父子及属下企业曾捐赠五千万元人民币。投资：约为,10.2,亿,(,各界捐献约,8.5,亿人民币,),建筑面积（）：,79532,平方米座席数：永久座席为,4000,个，临时性座席,11000,个,大桥总投资预计超过,140,亿,人民币,，其中大桥,36,公里，,118,亿；北岸连接线,29.1,公里，,17,亿；南岸连接线,55.3,公里，,34,亿。来自民间的资本占了总资本的一半，包括雅戈尔、方太厨具、海通集团等民营企业都参与了对大桥的投资。大桥收费年限为,30,年，收费标准预计为,55,元,/,辆。,杭州湾跨海大桥按双向六车道高速公路设计，设计时速,100km/h,，设计使用年限,100,年，总投资约,118,亿元。大桥设南、北两个航道，其中北航道桥为主跨,448,的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准,35000,吨；南航道桥为主跨,318,的,A,型单塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准,3000,吨。除南、北航道桥外其余引桥采用,30,80,不等的预应力混凝土连续箱梁结构。杭州湾跨海大桥是目前世界上已建或在建的最长的跨海大桥，大桥主体工程确保,2003,年内顺利开工建设，,2008,年建成通车。,东海大桥工程是我国第一座真正意义上的跨海大桥。东海大桥全长约,32.5,公里，其中陆上段约,3.7,公里，芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的海上段约,25.3,公里，大乌龟岛至小洋山岛之间的港桥连接段约,3.5,公里。大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽,31.5,米，设计车速每小时,80,公里，设计荷载按集装箱重车密排进行校验，可抗,12,级台风、七级烈度地震，设计基准期为,100,年。,上海长江隧道,长江隧道工程。隧道起于浦东新区五好沟，穿越南港水域在长兴岛西南方登陆，全长,8.95,公里，其中穿越水域部分达,7.5,公里。隧道整体断面设计为上下的双管隧道，两单管间净距约为,16,米，沿其纵向每隔,800,米左右设一条横向人行联络通道。单管外径为,1500,厘米，内径为,1370,厘米，内设三条（,33.75,米）车道，双向即六车道，设计车速为,80,公里,/,小时。隧道在浦东侧及长兴岛侧均设有敞开断矩形暗埋段及,2248,米深约,25,米的工作井。两台直径为,1543,厘米泥水加气平衡盾构，从浦东侧工作井由南向北一次掘进至长兴岛侧工作井实现隧道贯通。隧道工程共用混凝土,819100,立方米，使用钢筋,152214,吨。,长江大桥工程。大桥起于隧道长兴岛登陆点，沿地面横穿长兴岛，由长兴岛东北部跨越长江口北港水域至崇明岛陈家镇，工程全长,16.65,公里（其中接线道路,6.68,公里，跨江桥梁,9.97,公里，设计车速,100,公里,/,小时）。为沟通岛内交通，长兴岛潘园公路及崇明陈家镇各设有一座互通式立交。跨江桥梁总共,154,跨，其间设有满足远期,3,万吨级集装箱及,5,万吨级散货船的主通航孔及满足,3000,吨级船舶通行的辅通航孔。主通航孔其结构形式为主跨,730,米双人字形塔柱，分离式钢箱斜拉桥；辅通航孔为,80,米,+140,米,+140,米,+80,米预应力钢筋混凝土连续箱梁，其余桥跨分别为,30,米、,50,米、,60,米、,70,米预应力钢筋混凝土连续箱梁及,105,米钢混凝土组合箱梁。全桥累计浇筑混凝土,798284,立方米，钢筋,100952,吨，预应力钢束,12912,吨，钢材,122106,吨，填土方,686202,立方米。,武汉长江隧道,2004,年,11,月,28,日开工。隧道总建筑长度,3630,米，分左、右两条隧洞，其中东线隧道长,3295,米，西线隧道长,3303.6,米，每线各设,2,车道，宽,7,米，车道净高,4.5,米，设计车速,50,公里,/,小时。,2006,年,3,月开始采用盾构设备掘进，日掘进,8-10,米，到武昌江边时入地深度可达,30-40,米。,2008,年,4,月,19,日，武汉长江隧道双线成功贯通。,2008,年,12,月,28,日进行试通车，调试运行期,3,个月，每天运行,18,个小时，,2009,年,3,月至,2010,年,3,月为试运行期，,2010,年,4,月正式通车。,巫山长江大桥又名巫峡长江大桥，公路桥，是一座,钢管中承式拱桥,，项目总投资,1.96,亿元。大桥全长,612.2,米，桥面净宽,19,米，双向,4,车道，主跨,492,米。大桥引道全长,7.4,千米，路基宽,812,米，为山岭重丘二级路。它被称为,“,渝东门户桥,”,、,“,渝东第一桥,”,。,2001,年,12,月,28,日，重庆巫山长江大桥开工建设。,2003,年,4,月,17,日大桥钢管主拱合龙，,2004,年,4,月底大桥实现初通。,2005,年,1,月,8,日，正式竣工通车。,巫山长江大桥在建设中创造了当时桥梁建设的,5,项世界第一。巫山大桥属中承式钢管拱桥，主跨跨径,492,米，居同类型桥梁世界第一；大桥创下组合跨径、每节段绳索吊装重量、吊塔距离、拱圈管道直径和吊装高度,5,个世界第一。,重庆朝天门大桥,2004,年底动工，设计为公轨双层桥面，上层桥面为双向六车道，下层桥面中间为双线城市轻轨轨道交通，两侧为单向双车道汽车交通，大桥全长,1.741,公里。该桥主桥为全长,932,米的,中承式钢桁连续系杆拱桥,，主跨,552,米，比世界著名拱桥澳大利亚悉尼大桥的主跨还要长，成为,“,世界第一拱桥,”,。主桥采用大吨位球形铸钢铰支座的支承体系，中间支座最大承载力达,145000,吨，是目前国内所采用的承载力最大的支座。,未来,4,年内，我市主城外环线内将新建,10,座跨江大桥，长江和嘉陵江上各建,5,座。昨日，我市城市交通规划研究所透露了主城交通建设规划详案：,5,年挖掘,6,座穿山隧道，再建,22,座立交、,21,个公交站场、,20,个换乘枢纽实现零距离换乘，主城拓展区人口,15,年后将达到,600,万。,四、现代施工技术的展望,施工技术的发展,施工技术的展望,施工规范体系,施工工艺，工法,信息化施工技术,1,降低地下水与基坑土方开挖,1,降低地下水,降水方法：集水井降水、井点降水,集水井降水：,在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟（最小纵向坡度为,0.2%0.5%,，每隔一定距离（最大,3040m,）设集水井，使基坑内挖土时渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵排出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。若基坑开挖深度较大，地下水的动水压力和土的组成有可能引起流砂、管涌、坑底隆起和边坡失稳。,井点降水：,我国于,1952,年用于实际工程，目前技术手段已较为完善。,井点降水方法,有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点。,管井井点,是围绕开挖的基坑每隔一定距离（,2050m,）设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（离心泵、潜水泵）进行抽水，以降低地下水位，适用于渗透系数较大（,K=20200m/d,）、地下水量大的土层中。,深井井点,是在管井内设置深井泵，可以降水位降低到更深的深度，若采用带真空设备的深井泵，在渗透系数较小的淤泥质粘土中亦能使用。,降水方法和设备的选择，取决于降水深度、土的渗透系数、工程特点和技术经济指标。,一、地下水流的基本性质,（一）动水压力和流砂,地下水的类型：潜水和层间水（图,1-1,）,从水的流动方向取一柱状土体,A,1,A,2,作为脱离体，其横截面面积为,F,、,Z,1,、,Z,2,为,A,1,、,A,2,在基准面以上的高程。,由于,H,1,H,2,存在压力差,水从,A,1,流向,A,2,作用于脱离体,A,1,A,2,上的力有,:,w,h,1,F,A,1,处的总水压力,其方向与水流方向一致,;,w,h,2,F,A,2,处的总水压力,其方向与水流方向相反,;,n,w,LFcos,水柱重量在水流方向的分力,(,n,为土的孔隙率,);,(1-n),w,LFcos,土骨架重力在水流方向的分力,;,LFT,土骨架对水流的阻力,(T,为单位阻力,);,由静力平衡条件,:,设水在土中渗流时，对单位土体的压力为,G,D,，有牛顿第三定律得：,通常工程上将,G,D,称为动水压力，动水压力,G,D,与水力坡度成正比，即水位差愈大动水压力愈大；渗流路线愈长，动水压力愈小。动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差作用下对土颗粒产生向上的压力时，动水压力不但使土颗粒受到水的浮力，而且还使土颗粒受到向上的压力，当动水压力等于或大于土的浸水重度时，即：,则土颗粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土颗粒能随着渗流的水一起流动，此现象被称为流砂。,（二）渗透系数,达西定律：,v=KI,当水力坡度,I,等于,1,时的渗透速度即为渗透系数,K,。其常用单位,m/d,、,m/s,。,土的渗透性取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等因素。一般用稳定流的裘布依（,Dupuit),公式计算渗透系数。,二、轻型井点,（一）轻型井点设备,轻型井点设备包括：滤管、井管、集水总管、连接管、水泵和动力装置。,滤管,为进水设备，通常采用长,11.5m,，直径,38mm,或,51mm,的无缝钢管，管壁钻有直径为,12 19mm,的滤孔。骨架外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网。在骨架与滤网之间用塑料管或梯形钢丝隔开，塑料管沿骨架绕成螺旋形。滤网外再绕一层粗钢丝保护网。,井点管,为直径,38mm,或,51mm,、长,57m,的无缝钢管，井点管上端用弯管与总管相连。,集水总管,为直径,100127mm,的无缝钢管，每段长,4m,，其上装有与井点管连接的短接头，间距,0.8,或,1.2m,。,抽水设备,根据水泵及动力设备不同，有干式真空泵、射流泵及隔膜泵等，其抽吸深度与总管负荷有关。常用,W5,、,W6,型干式真空泵，其抽吸深度为,57m,，最大负荷长度分别为,100m,和,120m,。,（二）轻型井点布置与计算,井点系统布置应根据水文地质资料、工程要求和设备条件等综合确定。,布置与计算的步骤为：平面布置高程布置计算井点管数量调整设计。,1.,平面布置,单排布置,：适用于基坑宽度小,于,6m,，且降水深度不超过,5m,的情况。,双排布置,：适用于基坑宽度大,于,6m,或土质不良的情况。,环形布置,：适用于大面积基坑。,U,形布置,：便于土方施工机械,进出基坑。,2.,高程布置,高程布置即确定井点管的埋深。可按下式计算：,式中,h,井点管埋深（,m,）；,h,1,总管埋设面至基底的距离（,m,）；,h,基底至降水后的地下水位线的距离（,m,）；,i,水力坡度；,L,井点管至水井中心的距离，当井点管为单排布置时，,L,为 井点管至边坡脚的水平距离（,m,）。,计算结果应满足下式：,式中,h,pmax,抽水设备的最大抽吸深度。,在上述公式中的有关参数按下述取值：,（,1,）,h,一般取,0.51m,。,（,2,）,i,的取值：单排布置，,1/41/5,；双排布置，,1/7,；环形布置,1/10,。,（,3,）,L,为井点管至基坑中心的水平距离，当基坑井点管为环形布置时，,L,取短边方向的长度。,（,4,）井点管布置应离坑边一定距离（,0.71m,），以防止边坡塌土而引起局部漏气。,3.,井点系统涌水量的计算,根据地下水有无压力井点系统分为有压井和无压井，根据井点管是否抵达不透水层井点系统分为完整井和非完整井。,水井计算简图,（,1,）无压完整井,设不透水层基底为,X,轴，取井中心轴为,Y,轴，将距井轴,X,处水流断面近似地看作一垂直的圆柱面，其面积为：,由达西定律得裘布依单井涌水量计算式：,水位降落曲线在,x=r,处，,y=l,；在,x=R,处，,y=H,，有：,又,l=H-S,群井涌水量计算公式为,（,2,）无压非完整井,（,3,）承压完整井,（,4,）承压非完整井,上述公式中基本参数的确定,1,）基坑假想圆半径,x,0,，对于矩形基坑其长宽比不大于,5,时，,式中,F,基坑井点管所包围的面积。,2,）抽水影响半径,R,式中,K,的单位为,m/s,。,3,）抽水影响深度,H,0,4.,单根井管的抽水能力,式中,q,单根井管的极限涌水量（,m,3,/d,）,d,滤管的直径（,m,）,K,土的渗透系数（,m/d,）,5.,井管的数量,6.,井管的平均间距,式中,L,、,B,矩形井点系统的长度和宽度,三、喷射井点,（一）工作原理,喷射井点为深层降水，其一层井点可把地下水位降低,820m,，甚至超过,20m,。其工作原理如图所示。,（二）构造设计,在渗透系数大于,50m/d,的土层中，主要解决单井抽水能力增大问题；在渗透系数大于,50m/d,的土层中，主要解决将地下水从土层中更快的聚集到井点管中的问题。,喷射井点管单井的抽水、抽气能力，主要取决于喷嘴直径大小、喷嘴直径与混合室直径之比、混合室的长度等。,构造设计的步骤：,1.,首先根据基坑涌水量计算结果和井点的布置，确定喷射井点所需的单井排水量,Q,0,和喷射井点所需的扬程,H,；,2.,根据所需扬程，计算喷射井点的工作水压力,P,1,；,式中,b,扬程与工作水压力之比，按表取值。,3.,确定喷射井点的工作水流量,Q,1,;,式中,a,吸入水流量与工作水流量之比，按表取值。,4.,确定喷嘴直径,其中,5.,确定混合室直径、混合室长度,M,为混合室直径与喷嘴直径之比,6.,扩散室长度,式中,d,3,喷射井内管直径,d,2,混合室直径,7.,确定喷射井点内管两侧进水孔的高度,L,1,式中,a,两侧进水孔宽度，,v,取,1.52m/s,。,8.,喷嘴颈缩部分长度,L,2,及喷嘴圆柱形部分长度,L,1,L,2,=2.5d,1,L,3,=(1.01.5)d,1,式中,d,1,喷嘴直径,9.,喷射井点内管直径,d,3,和外管直径,d,4,式中,Q,0,喷射井点的单井排水量（,m,3,/h),Q,1,喷射井点的工作水流量（,m,3,/h),v,工作水允许的最大流速（,m/s),（三）使用与布置,1.,布置,当基坑宽度小于,10m,可单排布置，大于,10m,则双排布置；当基坑面积较大时，宜环状布置。,井点间距一般为,23m,，埋设时充孔直径约为,400600mm,，深度应大于滤管底,1m,以上。,2.,使用,（,1,）扬水装置的加工质量和精度非常重要，否则会增大工作水流，影响抽水效果；如果喷嘴、混合室和扩散室的轴线不重合，则会降低真空度。,（,2,）工作水要干净，不得含泥砂和其他杂物。,（,3,）为防止工作水反灌，应在滤管下端增设逆止水阀。,（,4,）主要使用的为,2.5,型喷射井点。,四、电渗井点,电渗井点是在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋、钢管等），连以导线。以便井点管为阴极，金属棒为阳极，通入直流电后，土料自阴极向阳极移动，称为,电泳现象,，使土体固结；地下水自阳极向阴极移动，称,电渗现象,，使软土地基易于排水，如图示。,电渗井点以轻型井点管或喷射井点管作阴极，,2025,的钢筋或,5075,的钢管作为阳极，埋设在井点管的内侧，与阴极并列或交错排列。当用轻型井点管时，两者的距离为,0.81.0m,；当用喷射井点时则为,1.21.5m,。阳极入土深度应比井点管深,500mm,，露出地面,200400mm,。工作电压不宜大于,60V,，土中通电的电流密度宜为,0.51.0A/m,2,。通电时，为了消除由于电解作用产生的气体聚集在电极的附近，使土体电阻增大，加大电能消耗，宜采用间隔通电法，即每通电,24h,，停电,23h,。,五、真空深井井点,每一个井点由井管和滤管组成，并单独配备一台电机和一台真空泵。开动后达到一定的真空度，则可达到深层降水的目的。适用于渗透系数较小的粘性土或淤泥质粘性土。,施工程序：,钻孔清孔沉管安装真空泵及电机,注意事项：,由于井管较长，挖土至一定深度后，自由端较长，井管应与附近的支护结构相连，并予以固定。在挖土过程中，要注意保护深井泵，避免挖土机碰撞。,每台泵的降水服务范围约,200 m,2,。,六、井点降水预防周围地面沉降的措施,因降水引起的地面沉降，在理论上可按下式计算：,式中,su(x),离降水设备,x,距离处的地面沉降值；,E,sui,第,i,层土的压缩模量；,u,(x)i,离降水设备,x,处，第,i,层土内降水前后孔隙水压力的变化量；,h,i,第,i,层土的厚度。,（一）回灌井点技术，如图示。,（二）砂沟、砂井回灌,（三）使降水速度减缓,（四）防止将土粒带出,2,边坡稳定,基坑开挖后，如果边坡中土体的剪应力大于土的抗剪强度，则边坡就会滑动失稳。,边坡稳定的研究方法：,第一类方法：,利用弹性、塑性或弹塑性理论确定土体的应力状态。此法对于边界条件比较复杂的土坡难以得到精确解。通常采用有限元法求解。,第二类方法：,假定土体沿着一定的滑动面而进行极限平衡分析。在极限平衡法中，条分法由于能适应复杂的几何形状、各种土质和孔隙水压力，因而成为最常用的方法。,一、瑞典圆弧滑动面条分法（,Fellenius,法）,（一）基本原理,假定滑动面以上的土体分成,n,个垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。该法忽略了土条之间的相互作用力的影响。,边坡稳定安全系数：,式中,滑动圆弧的长度,滑动面上的平均抗剪强度,R,滑动圆弧的半径,W,滑动土体的重量,d W,作用线对滑动圆心,O,的距离,A,滑动面积,如,K1.0,，边坡稳定；,K=1.0,，边坡处于极限平衡状态；,K1.0,，边坡稳定处于不稳定状态。,确定滑动圆心,O,1.,内摩擦角,f,=0,的高塑性粘土,（,1,）由表根据坡角,a,查出坡底角,b,1,和坡顶角,b,2,（,2,）,在坡底和坡顶分别画出坡底角和坡顶角，两线的交点,O,，即为最危险滑动圆弧的滑动圆心。,2.,内摩擦角,f,0,的土,(1),按上述步骤求出,O,点,;,(2),由,A,点垂直向下量一高度,该高度等于边坡的高度,H,得,C,点,由,C,点水平向右量一距离,使其等于,4.5,倍,H,而得,D,点,连接,DO;,(3),在,DO,延长线上找若干点,作为滑动圆的圆心,画出坡角圆,试算出,K,值较小的,E,点,;,(4),于,E,点画出,DO,延长线的垂线,再于此垂线上找出若干点作为滑动圆圆心,试算,K,值,直到找出,K,值最小的,O,点,则,O,点即为最危险滑动圆心,.,（二）圆弧滑动面条分法计算方法,c,i,分条的内聚力；,b,i,分条宽度；,l,i,分条的圆弧长度；,h,i,分条高度（平均值）；,f,i,分条土的内摩擦角；,a,i,分条的坡角,g,i,分条土的重力密度；,二、比肖夫（,Bishop,）法,与,Fellenius,法的不同之处在于考虑了竖面上的法向力和切向力。,有效内聚力；,有效法向应力；,有效内摩擦角,计算安全系数应采用逐次逼近法；若假定,(T,1,-T,2,)tg,f=0,，,则计算简化。首先假定一个,K,值，然后将其与,c,、,f,、,u,和,a,值带入计算式中，算出一个,K,值，若计算值与假定值相差满足要求，则计算终止，否则继续计算。,三、泰勒（,Taylor,）法,在总应力基础之上，假定内聚力不随深度变化。根据理论计算结果绘制图表，利用图表分析简单边坡的稳定。,式中,g,土的重度（,KN/m,3,）,c,土的内聚力（,kpa,）,Hc,边坡的临界高度,(m),已知,b,及土的,c,、,f,、,g,，求,H,已知,H,及土的,c,、,f,、,g,，求,b,已知,H,、,b,及土的,c,、,f,、,g,，求安全系数,K,四、极限分析法,两条定理：,1.,如果能断定平衡外荷的应力是均衡分布的,而且不违反包括内聚力和内摩擦角在内的屈服准则，则土体不会破坏，或处于濒临破坏的瞬间。,2.,如果外荷所作的功率超过了内能耗散率而产生任何塑性变形,则土体将破坏。,外功率：,沿破坏面的内能耗散率：,保持稳定的土坡高度,3,基坑土方开挖,一、开挖前的准备工作,1.,了解土的种类,;,2.,地下设施埋设情况,;,3.,土方工程的施工工期,质量条件及施工条件,;,4.,土方运输出口,;,5.,施工区域的地形、水文及周围环境,;,6.,场地清理、排除地面水和测量放线工作。,二、开挖方法,多采用反铲挖土机和抓斗、拉铲挖土机开挖。,1.,反铲挖土机,可开挖停机面以下的土，一次开挖深度取决于其最大挖掘深度的技术参数，反铲挖土机的开行方式有沟端开行和沟侧开行两种。,2.,抓斗、拉铲挖土机,开挖停机面以下的土，开挖深度和宽度较大，在潮湿地区甚至水下都可开挖。其开行方式与反铲挖土机相同。,三、工程实例,1.,北京西苑饭店,24+3,层，建筑面积,61367m,2,，地上,93m,，地下,-12m,，箱基底板厚,0.7m,。采用反铲挖土机开挖，分三层进行。,2.,北京长城饭店,18+4,层，建筑面积,82458m,2,，地上,82.85m,，地下,-12m,，箱基底板厚,1.00.8m,。采用反铲挖土机两台、拉铲一台，分两层开挖。,3.,上海希尔顿酒店,43,层，,143.6m,，地下,-4.5m,。反铲挖土机为主，配以抓斗和人工挖土。,四、高层建筑深基坑土方开挖应注意事项,（一）防止深基坑开挖后土体回弹变形,深基坑土体开挖后，地基卸载，土体压力减小，土的回弹效应将使基坑底面产生一定的回弹变形。回弹变形量的大小与土的种类、是否浸水、基坑深度、基坑面积、暴露时间及开挖顺序等因素有关。,措施：在基坑开挖过程中和开挖后，均应保证井点降水正常进行，并在挖至设计标高后，尽快浇筑垫层和底板，必要时，可对基础结构下部进行加固。,（二）防止边坡失稳,应重视挖土深度与边坡坡度的关系，同时，应注意坡顶堆载增加边坡附加荷载的验算。,（三）防止桩位移和倾斜,沉桩后应待应力释放基本完成后，才可开挖。,（四）配合深基坑支护结构施工,采用中心岛式开挖。,