地下工程施工：盖挖法施工

盖挖法施工地下工程盖挖法施工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施工地下工程盖挖法施工盖挖顺作法工法过程示意盖挖法施工地下工程盖挖法施工北京地铁复八线永安里站(盖挖)钢管柱盖挖法施工一、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、经济、可靠、实用、简便。盖挖法施工一、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。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算立柱位置的设置负担荷载的计算允许应力的决定立柱桩的设计上部结构的设计立柱的计算与验算柱脚插入部分设计结束OKOKOKNONONO盖挖法施工一、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：①恒载按结构计算中对恒载确定要求。②一般施工荷载按均布荷载，根据施工柱所承担的面积确定。作为施工荷载的活荷载，应按实际情况而定，一般每层100～200kg/m2。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算③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。④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1000～2000kg/m2。⑤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。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算⑥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50～100t。对可能发生不均匀回弹的范围，其立柱增加上述附加荷载。⑦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。⑧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。盖挖法施工一、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=(4/9~1/2)Fc混凝土允许剪切应力（ft)按挡墙设计施工指南ft=(1/30~1/27)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，该值为:fa＝Fc×3.0%允许局部压应力（fn)fn=2.0fcFc－混凝土标准设计强度（kg/m2)盖挖法施工一、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。盖挖法施工一、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。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。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算①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=faΨiL型钢与混凝土的允许粘着力。F2=fsΨsL+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)Ψi－混凝土与型钢等价粘着周长(cm)Ψs－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)混凝土型钢盖挖法施工一、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/(faΨi－fsΨs）Lb—极限柱脚根部插入长度LLb则F1F2按F2式抗剪与支承决定插入长度；LLb则F1F2按F1式粘着决定插入长度；一般尽量使LLb,F1F2为好。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算②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≤1.0fF－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。盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算S＝1＋（nFss）/（pfaΨF）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)ΨF－翼缘的粘结周长（cm)抗剪栓钉pn盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算③柱脚插入长度计算LLb时：由粘结强度决定：L≥P/faΨaP－型钢负担的荷载(kg);Ψa－型钢柱全部“等价粘着周长”fa－允许的粘结强度（kg/cm2)LLb时：由剪切和承压强度决定：L≥(P-fnAc)/(faΨa+fsΨs)fs－允许剪切强度（kg/cm2)fn－允许局部承压强度（kg/cm2Ψs－允许剪切长度(cm)Ac－核心部混凝土面积（m2)盖挖法施工一、盖挖法结构的设计与计算④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。盖挖法施工二、盖挖顺作法结构的施工1、盖挖顺作法主要施工步骤降水施工测量施工准备上部土方开挖围护结构施工立柱施工修筑路面盖板埋设物防护主体土方开挖、架设横支撑修筑底板顶板灌注修筑各层楼板折除横支撑、中间桩柱折除围护结构的外露部分恢复路面结束盖挖法施工二、盖挖顺作法结构的施工顺作法施工步骤盖挖法施工二、盖挖顺作法结构的施工2、适用条件及范围（1）主要依赖坚固的挡土结构，适用于各种土层地质条件下修筑地下建筑物；（2）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。（3）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。（4）随着施工技术的不断进步，工程质量和精度更易于掌握，盖挖顺作法中的挡土结构可用来作为主体结构边墙体的一部分或全部。盖挖法施工二、盖挖顺作法结构的施工3、施工中注意的问题（1）如开挖宽度很大，为了缩短挡墙自由长度，防止横撑失稳，并承受横撑倾斜时产生的垂直分力以及行驶于覆盖结构上的车辆荷载等重量，需要建造中间桩柱的支承横撑。（2）中间桩柱可根据情况采用钢筋混凝土钻(挖)孔灌注桩，也可以采用预制打入桩(钢或钢筋混凝土)。（3）为了增加中间桩柱的承载力或减少其入土深度，可以采用底部扩孔桩或挤扩桩。（4）为提高施工速度，可采用定型的预制覆盖结构。盖挖法施工三、盖挖逆作法结构的施工1、盖挖逆作法主要施工步骤降水施工测量施工准备上部土方开挖围护结构施工立柱施工修筑路面盖板埋设物防护上层土方开挖修筑上层楼板修筑二层楼板二层土方开挖三层土方开挖修筑底板恢复路面结束盖挖法施工三、盖挖逆作法结构的施工逆作法施工步骤盖挖法施工三、盖挖逆作法结构的施工2、适用条件及范围(1)接近开挖地点有重要结构物时；(2)有强大土压和其他水平力作用，用一般挡土支撑不稳定，而需要强度和刚度都很大的支撑时；(3)开挖深度大，开挖或修筑主体需较长时间，特别需要保证施工安全时；(4)因进度上的理由，需要在底板施工前修筑顶板，以便进行上部回填和开放路面时。盖挖法施工三、盖挖逆作法结构的施工3、施工中注意的问题(1)逆筑混凝土，故应能充分承受临时设施的自重和其他荷载，同时不要产生有害的变形，并满足主体设计上的条件；(2)顶板下的作业，因施工性及作业环境差，故要充分注意施工的顺序、方法和安全；(3)逆筑部分的开挖，要在短时间内进行、范围限制在最小，不要开挖过度。(4)本方法是先行修筑顶板，而后开挖,材料的进入、进出、结构物的修筑都要在顶板上开口进行作业、作业效率是比较低的。(5)接头的位置,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未于同一标高。盖挖法施工四、盖挖半逆作法结构的施工1、概述类似逆作法，其区别仅在于围护结构、中柱、顶板都是分段完成，主要是地面需要交通，不能提供大的施工场地。在恢复路面后，向下挖土至设计标高后先建筑底板，再依次序向上逐层建筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。（该节同学自学为主）盖挖法施工四、盖挖半逆作法结构的施工2、盖挖逆作法主要施工步骤半逆作法施工步骤盖挖法施工五、支挡开挖与盖挖法施工比较1、盖挖顺作法与支挡开挖顺作法在施工顺序上和技术难度上差别不大，仅挖土和出土工作因受覆盖板的限制，盖挖顺作法无法使用大型机具，需要采用特殊的小型、高效机具和精心组织施工。效率相比较低。盖挖法施工五、支挡开挖与盖挖法施工比较2、盖挖逆作法和半逆作法与支挡开挖顺作法除施工顺序不同外，还具有以下特点：(1)对围护结构和中间桩柱的沉降量控制严格，(2)中间柱如为永久结构，安装就位困难，施工精度高。(3)保证不同时期施工的构件连接能达到预期的设计，将各种施工误差控制最小。(4)除在非常软弱的地层中，一般不需再设置临时横撑。(5)是自上而下分层建筑主体结构，故可利用土模技术。(6)挖出土是决定进度的关键工序。(7)施工在顶板和边墙保护下进行，安全可靠，不受外界气象条件影响。盖挖法施工本节结束请各位同学提出教学意见和建议!