高层建筑施工

1高层建筑施工主讲：张春霞2１．绪论高层建筑的定义1972国际高层建筑会议第一类高层建筑:9~16层(最高到50m);第二类高层建筑:17~25层(最高到75m);第三类高层建筑:26~40层(最高到100m);超高层建筑:40层以上(高度100m以上)。《民用建筑设计通则》（JGJ137-87):10以上的住宅及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑。3高层建筑的发展我国古代:高塔砖砌或木制的筒体结构高层框架结构国外古代:砖石承重结构壁厚,使用空间小.近代高层建筑:框架结构(钢、钢筋混凝土)剪力墙、钢支撑、筒体4高层建筑施工技术发展基础工程：支护技术:钢板桩混凝土灌注桩地下连续墙深层搅拌水泥土桩土钉支护施工工艺:支撑形式:内部钢管支撑外部土锚拉固土锚杆:钻孔、灌浆、预应力张拉工艺桩基础：预制打入桩混凝土灌注桩：大直径钻孔灌注桩结构工程：大模板、爬升模板、滑升模板高层钢结构：52.地下水控制与基坑开挖地下水控制边坡稳定基坑土方开挖62.1地下水控制为什么必须进行地下水控制?补偿性基础地下水位较高的软土地区流砂边坡失稳地基承载力下降降水:集水明排和井点降水截水回灌7补偿性基础(compensatedfoundation)又称浮基础。在结构设计中使建筑物的重量约等于建筑位置挖去土重（包括水重）的基础。当建筑物的重量等于挖去的土重时，称“全补偿性基础”，此时土中的应力无变化；如挖去的土重只相当于建筑物的部分重量时，称“部分补偿性基础”。可减少建筑物的沉降，充分利用地下空间。由于开挖较深，施工较困难，需考虑基坑的支护结构、降低地下水、防止坑底隆起和管涌等问题。高层建筑中常用。8水在土中渗流的基本规律达西定律：v=Q/A=k(ΔH/L)=ki一维渗流情况（图2-1）Q=k(ΔH/L)A渗透系数:k(m/d,cm/s)渗流/流线/层流/紊流/物理意义/透水性渗流速度v（m/d,cm/s）:v=Q/A=k(ΔH/L)或v=ki水力梯度:i=ΔH/L两个问题:A、L、v适用于砂及其他较细颗粒的土中，孔隙较大时产生紊流；Ip特别大的粘土：v=k(i-i’)一、地下水的基本特性9等压流线与流网水在土中稳定渗流（水流情况不随时间而变，土的孔隙比和饱和度不变，流入任意单元体的水量等于自单元体流出的水量以保持平衡），地下水头值相等的点连成的面,称为“等水头面”，在平面或剖面上表现为“等水头线”（等势线，等压流线）。由等压流线与流线所组成的网称为“流网”。等压流线与流线正交。潜水与层间水（图2-4）P9潜水：从地表至第一层不透水层之间含水层中所含的水。水无压力，重力水。层间水：夹于两不透水层之间含水层中所含的水。无压层间水和承压层间水10二、动水压力和流砂动水压力单位体积土中土颗粒骨架所受到的压力总和。(kN/m3)GD=-T=-γWi(图2-5动水压力原理图P10)流砂产生条件:GD≥γ’W多发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂等砂性土中。粘土和粉质粘土、砾石均不易发生流砂。危害：基坑泥泞、坍塌、基础滑移防止措施：降水和防水帷幕11三、降低地下水的方法轻型井点：一层降水深度不超过6m确定井点系统的布置方式确定基坑的计算图形面积计算涌水量：单井涌水量：无压完整井：群井涌水量无压完整井：rRssHKQlglg)2(336.10lglg)2(336.1xRssHKQ12无压非完整井：承压完整井：承压非完整井：基坑的假想半径x0：对于矩形基坑a/b≤5时,抽水影响半径R:抽水影响半径深度H0:查表0000025.0lglg)2(366.1hlhhrhxRssHQo0lglg73.2xRKMsQMlMrlMxRKMsQ25.0lglg73.20Fx0HKsR57513井管数量:n’=Q/q井管平均间距:校核y0:36522Klrlvrqcc')(2nBLb)lg1(lg366.1002xnRKQHy14喷射井点：8~20mk=0.1~20m/d主要设备：喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统。工作原理：图2-6、2-7P12井点布置：b10m单排布置；b10m双排布置；环状布置。井点间距2~3.5m。井点系统的安装与使用：施工工艺程序：注意事项：井点堵塞：原因、预防喷射扬水器失效、井点倒灌：原因、预防工作水压力升不高：原因、预防15电渗井点在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋、钢管等），连以导线。以井点管为阴极，金属棒为阳极，通入直流电后，土颗粒自阴极向阳极移动，称电泳现象，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。用于k0.1m/d的土层。深井井点在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内扬升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。适用于k较大（10~250m/d）；土质为砂土、碎石土；地下水丰富、降水深（10~50m）、面积大的情况。16真空深井泵：设备：井管、滤头、电动机和真空泵。也适用于低渗透性的粉砂、粉土和淤泥质粘土。降水深度达8~18m，降水服务范围达200m2左右。深井井点系统设备：深井、井管、深井泵和集水井等。深井井点布置：200~250m2深井井点埋设与使用施工工艺程序：井点埋设与使用阶段的注意事项：17四、截水截水帷幕：在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁（亦称隔水帷幕）。类型：水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙。作用：挡水和档土厚度：满足防渗要求，k1.0*10-6cm/s插入深度：l=0.2h-0.5b侧向截水与坑内井点降水结合或侧向截水与水平封底结合。水平封底采用化学注浆或旋喷注浆法。18五、回灌回灌措施包括回灌井点、回灌砂井、回灌砂沟等。回灌井点：在降水井点与要保护的已有建（构）筑物之间打一排井点，在井点降水的同时，向土层中灌入一定数量的水，形成一道隔水帷幕，使井点降水的影响半径不超过回灌井点的范围，从而阻止回灌井点外侧的建（构）筑物下的地下水的流失。19回灌井点（砂井、砂沟）布置与降水井点的距离不宜小于6m间距：降水井点的间距和被保护物的平面布置回灌井点（砂井）宜进入稳定降水曲线面下1m，且位于渗透性好的土层中，过滤管的长度应大于降水井点过滤管的长度。设置水位观测井回灌井点（砂井、砂沟）施工要点：埋设方法与质量要求抽灌平衡设置高位回灌水箱宜采用清水回灌井点与降水井点应协调控制20工程实例上海友谊商店工程上海友谊商店平面尺寸为68m*36m，筏基，基坑挖深近5m，相距10m处有30年代建造的5层电台大楼，亦为筏基。该处表层为厚2~3的褐黄色砂质粉土。施工时为防止产生流砂采用井点降水，为防止电台大楼产生过大的沉降，在电台大楼与友谊商店之间埋设了一排8m长的产生回灌井管，注水压力约0.05Mpa。结果在降水开挖基坑到基础工程完成的136d中，实测电台大楼的平均沉降只3~4mm，最大沉降为7mm，最小处为零，友谊商店在降水施工过程中未对电台大楼产生有害的影响，证明回灌井点是有效的。212.2边坡稳定边坡滑动失稳：边坡土体中的剪应力大于土的抗剪强度。影响因素：研究土体边坡稳定的两类方法：利用弹性、塑性或弹塑性理论确定土体的应力状态；（极限分析法）假定土体沿着一定的滑动面滑动而进行极限平衡分析。22瑞典圆弧滑动面条分法（Fellenius法）将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条，对作用于各个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。K=抗滑力矩/滑动力矩（K1.0边坡稳定，K=1.0极限平衡状态，K1.0边坡失稳。）ONiTiWiαβsin)cos(sin)('iiiiiiiiiiiiiWlctgWWRlctgRTiRlRTRRTKfl23Bishop法考虑竖面上的法向力和切向力。Taylor法该法建立在总应力基础上，并假定内聚力不随深度变化。根据理论计算结果绘制成图表（稳定系数Ns、坡角β），利用该图表可以分析简单边坡的稳定。Ns=γHc/cHc-边坡的临界高度242.3深基坑土方开挖土方开挖方案无支护结构的基坑开挖：放坡开挖特点：面积大，四周空旷上海市标准《基坑工程设计规程》规定：开挖深度不超过4.0m的基坑，当场地允许、经验算能保证土坡稳定时，可采用放坡开挖；开挖深度不超过4.0m的基坑，有条件采用放坡开挖时，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1.5m。地下水位在坑底以上，开挖前采用井点法坑外降水。护面措施25有支护结构的基坑开挖：垂直开挖盆式开挖：先挖除基坑中间部分的土方，后挖除挡墙四周土方的开挖方式。优点：挡墙的无支撑暴露时间短，利用挡墙四周所留土堤阻止挡墙的变形。缺点：挖土及土方外运速度较岛式开挖慢。多用于较密支撑下的开挖。工程实例：上海香港广场基坑开挖图2-93岛式开挖：保留基坑中心土体，先挖除挡墙四周土方的开挖方式。优缺点常用于无内撑围护开挖（如土层锚杆）或采用边桁架等大空间支撑系统的基坑开挖。挖土机械及土方外运26土方开挖注意事项基坑开挖的时空效应先撑后挖，严禁超挖防止坑底隆起变形过大防止边坡失稳防止桩位移和倾斜对邻近建（构）筑物及地下设施的保护积极保护法工程保护法地基加固、结构补强、基础托换、隔断法、开挖期跟踪注浆、施加支撑预应力、协调施工进度27安全技术基坑工程安全管理基坑开挖安全技术283深基坑的支护结构支护结构的选型挡墙的选型支撑（或拉锚）的选型支护结构的计算支护结构的破坏形式与计算内容重力式支护结构计算非重力式支护结构计算支护结构的施工深层搅拌水泥土桩挡墙（水泥土挡墙式支护结构）钢板桩（板桩式挡墙）钻孔灌注桩（排桩式挡墙）SMW工法施工（组合式）支护结构的监测29深层搅拌水泥土桩☆水泥土墙式高压旋喷桩钢板桩☆板桩式钢筋混凝土板桩型钢横挡板钢管桩、预制钢筋混凝土桩排桩式钻孔灌注桩☆支护结构排桩与板墙式挖孔灌注桩体系现浇地下连续墙☆板墙式预制装配式地下连续墙SMW工法☆组合式高应力区加筋水泥土墙土钉墙☆边坡稳定式喷锚支护☆逆作拱墙式303.1支护结构的选型挡墙的选型钢板桩钢筋混凝土板桩钻孔灌注桩挡墙H型钢支柱、木挡板支护挡墙地下连续墙深层搅拌水泥土桩挡墙（重力式挡墙）旋喷桩挡墙（重力式挡墙）土钉墙31支撑（拉锚）的选型基坑内支撑和基坑外拉锚内支撑：钢结构支撑钢管支撑H型钢支撑钢筋混凝土支撑323.2支护结构的计算重力式支护结构强度破坏：稳定性破坏：倾覆滑移土体整体滑动失稳坑底隆起管涌非重力式支护结构强度破坏：拉锚破坏或支撑压曲支护墙底部走动支护墙的平面变形过大或弯曲破坏稳定性破坏：墙后土体整体滑动失稳挡墙倾覆坑底隆起管涌33破坏形式34破坏形式35非重力式支护结构计算1.支护结构承受的荷载土压力Pa=γHtg2(45°-Φ/2)-2ctg(45°-Φ/2)Pp=γHtg2(45°+Φ/2)+2ctg(45°+Φ/2)水压力36墙后地面荷载引起的附加荷载均布荷载q:e2=qtg2(45°-Φ/2)距离支护结构一定距离有均布荷载:h1=l1Htg2(45°+Φ/2)e2=qtg2(45°-Φ/2)距离支护结构一定距离有集中荷载372.支护结构的强度计算中小型工程和非粘性土：等值梁法粘性土:(刚度较小的钢板桩、钢筋混凝土板桩）弹性曲线法、竖向弹性地基梁法（刚度较大的灌注桩、地下连续墙）竖向弹性地基梁法有限元法：电算381.悬臂式钢板桩通过试算确定埋入深度t1将试算求得之t1增加15%，作为实际所需的入土深度t，以确保板桩的稳定。通过试算求入土深度t2处剪力为零的点g计算