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高层建筑施工徐训武汉理工大学2020年5月21日星期四2/81第二节基坑土方开挖本节主要内容高层建筑基坑土方开挖主要探讨的问题：1、高层建筑基础类型2、土方开挖方式3、基坑降水类型建筑基坑：为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。2020年5月21日星期四3/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.1、高层建筑基础工程特点：1.1.1、基础必须能提供较大的竖向和水平承载力结构竖向荷载，风荷载，地震作用1.1.2、基础埋深大，基础工程施工复杂深基坑支护，地下水控制，土方开挖，大体积混凝土施工1.1.3、施工环境效应问题多打桩挤土效应，打桩噪声与振动，施工引起的降水及沉降1.1.4、基础结构大体积混凝土施工难度大温度裂缝，收缩裂缝2020年5月21日星期四4/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.1、筏形基础2020年5月21日星期四5/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.1、筏形基础筏形基础又称筏板基础，是指柱下或墙下连续的平板式钢筋混凝土基础，可分为平板式和梁板式两种类型。筏形基础特点：整体性好，基础形状简单，不需要大量模板，施工较方便。2020年5月21日星期四6/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.2、箱形基础2020年5月21日星期四7/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.2、箱形基础箱形基础是指由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础，简称箱基。箱形基础特点：基础刚度大、整体性好，箱形基础的空间可作为人防、地下车库、文化活动场所及设备等。适用于软土或不均匀地基上建造带有地下室的高层和超高层建筑。2020年5月21日星期四8/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.3、桩基础2020年5月21日星期四9/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.3、桩基础桩基础是指由设置于岩土中的桩核桩顶连接的承台共同组成的基础或由桩直接连接的单桩基础。桩基础特点：承载力高，沉降小而均匀，能承受垂直荷载、水平荷载，上拔力及由机器产生的振动或动力作用，施工简便，几乎可以适用各种地质条件和各种类型的工程，尤其适用于叫软弱地基的高层建筑。混凝土灌注桩，预应力混凝土管桩，钢管桩2020年5月21日星期四10/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.4、桩-筏基础和桩-箱基础2020年5月21日星期四11/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.2、高层建筑基础类型：1.2.4、桩-筏基础和桩-箱基础桩-筏基础（桩-箱基础）是指在桩基上做筏基（或箱基），又称复合基础。桩-筏基础（桩-箱基础）特点：桩基可将荷载传递至地基深处，整体刚度大，结构体系适应性强。2020年5月21日星期四12/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.3、高层建筑基础施工方案选择：1.3.1、基础选型要求：安全、稳定、经济合理①建筑物结构类型、平面布局、荷载大小及分布②拟建场地的地质条件、水文情况和是否为地震区或强风区③工程的重要性及施工工期要求④主楼与裙楼的差异沉降，需要做处理方案⑤基坑埋置深度必须满足地基变形和稳定要求，以减少建筑物整体倾斜⑥技术经济效果比较2020年5月21日星期四13/81第二节基坑土方开挖1、高层建筑基础类型1.3、高层建筑基础施工方案选择：1.3.2、基础施工方案的选择：①当基础工程周围无建筑物，且深度较浅又有足够场地时，可采用放坡开挖。②当基础较深，且周围无足够场地又不允许放坡开挖时，则应选用切实可行的挡土和支护措施。③当地下水位较高时，应根据地下水位情况，采取适当的降水措施，保证基础的正常施工。④桩基础施工时，可根据桩的形式选用合适的施工工艺及相应的施工机械，应尽量克服振动和噪声大的问题。⑤高层建筑采用筏形基础或箱形基础，往往都有较大的钢筋混凝土底板，均属于大体积混凝土范畴，施工方案应采取有效措施控制温度应力和收缩裂缝，保证工程质量。2020年5月21日星期四14/81第二节基坑土方开挖2、基坑土方开挖2.1、无支护结构（放坡开挖）2.2.1、分层开挖2.2.2、分段开挖2.2、有支护结构2.2.3、盆式开挖2.2.4、岛式开挖2020年5月21日星期四15/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.1、放坡开挖①适用范围：放坡开挖适合于基坑四周空旷、有足够的放坡场地，周围没有建筑设施或地下管线的情况；开挖深度：在软弱地基条件下，不宜挖深过大，一般控制在6~7m左右，在坚硬土中，则不受此限制。②特点：放坡开挖施工方便，挖土机作业时没有障碍，工效高，可根据设计要求分层开挖或一次挖至坑底；基坑开挖后主体结构施工作业空间大，施工工期短。2020年5月21日星期四16/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.2、边坡稳定条件与影响因素①破坏形式：2020年5月21日星期四17/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.2、边坡稳定条件与影响因素②边坡稳定条件：QTC滑坡面T＜CT――土体下滑力。C――土体抗剪力。或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。2020年5月21日星期四18/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.2、边坡稳定条件与影响因素③影响边坡稳定的因素：引起抗剪强度降低的原因气候的变化使土质松散；粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用；饱和细砂、粉砂因受振动而液化。2020年5月21日星期四19/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.2、边坡稳定条件与影响因素③影响边坡稳定的因素：在土方施工中，要预估各种可能出现的情况，采取必要的措施护坡防坍，特别要注意及时排除雨水、地面水，防止坡顶集中堆载及振动。必要时可采用钢丝网细石混凝土（或砂浆）护坡面层加固。如是永久性土方边坡，则应做好永久性加固措施。引起土体内剪应力增加的原因：边坡上面荷载增加，尤其是附近有动荷载；因下雨使土的含水量增加，因而使土体增重，并在土中渗流产生一定的动水压力；土体裂缝中的水产生静水压力。2020年5月21日星期四20/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.3、放坡与护面①直壁（不加支撑）的允许深度：密实、中密的砂土和砂填碎石土：1.00m；硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土：1.50m；坚硬的粘土：2m。2020年5月21日星期四21/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.3、放坡与护面②放坡：土方边坡的坡度：以挖方深度(或填方深度)H与底宽B之比表示。mHBBH11土方边坡坡度边坡坡度图BHm=B/H，m——坡度系数m的物理意义：当基坑深为1米时，边坡宽度的大小。2020年5月21日星期四22/81第二节基坑土方开挖（d）踏步形边坡2.1、放坡开挖2.1.3、放坡与护面②放坡：边坡形式：直线形、折线形、踏步形。2020年5月21日星期四23/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.3、放坡与护面②放坡：最陡坡度规定：土质均、水位低、时间短、5m深以内。下表深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度土的类别边坡坡度（高:宽）坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载中密的砂土1:1.001:1.251:1.50中密的碎石类砂土1:0.751:1.001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类粘土1:0.501:0.671:0.752020年5月21日星期四24/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖2.1.3、放坡与护面②放坡：边坡护面措施：覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法、土钉墙（a）薄膜或砂浆覆盖（b）挂网或挂网抹砂浆护面2020年5月21日星期四25/81第二节基坑土方开挖2.1、放坡开挖基坑边坡护面方法示意图（d）土袋或砌石压坡护面（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面2020年5月21日星期四26/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，采用放坡开挖是较经济的。但在建筑稠密地区施工，或有地下水渗入基坑（槽）时往往不可能按要求的坡度放坡开挖，这时就需要进行基坑（槽）支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻建筑、管线等的不利影响。2020年5月21日星期四27/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖2.2.1、横撑式支撑的分类：根据挡土板的不同，分为水平挡土板式以及垂直挡土板式两类。开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。a)水平挡土板b)垂直挡土板1-水平挡土板;2-垂直支撑;3-工具式支撑；4-垂直挡土板；5-水平支撑2020年5月21日星期四28/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖横撑式支撑的分类：开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。2020年5月21日星期四29/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。2020年5月21日星期四30/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖2.2.2、基坑工程开挖常用的方法：有直接分层开挖、有内支撑分层开挖、盆式开挖、岛式开挖及逆作法开挖等。2.2.3、基坑开挖遵循的原则：在无内支撑的基坑中，土方开挖中应遵循“土方分层开挖、垫层随挖随浇”的原则；在有支撑的基坑中，应遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，垫层也应随挖随浇。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致。基坑(槽)土方开挖时应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。2020年5月21日星期四31/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖2.2.3、无内支撑支护开挖：可分为悬臂式、拉锚式、重力式、土钉墙等几种。2020年5月21日星期四32/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖2.2.3、无内支撑支护开挖①特点及适用范围：无内支撑支护的土壁可垂直向下开挖，因此，不需在基坑边留出很大的场地，便于在基坑边较狭小、土质又较差的条件下施工。同时，在地下结构完成后，其坑边回填土方工作量小。2020年5月21日星期四33/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖在基坑较深、土质较差的情况下，一般支护结构需在基坑内设置支撑。有内支撑支护的基坑土方开挖比较困难，其土方分层开挖主要考虑与支撑施工相协调。2020年5月21日星期四34/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖先开挖基坑中央部分，形成盆式（图a），此时可利用留位的土坡来保证支护结构的稳定，此时的土坡相当于“土支撑”。随后再施工中央区域内的基础底板及地下室结构（图b），形成“中心岛”。在地下室结构达到一定强度后开挖留坡部位的土方，并按“随挖随撑，先撑后挖”的原则，在支护结构与“中心岛”之间设置支撑（图c）。最后再施工边缘部位的地下室结构（图d）。2.2.4、盆式开挖2020年5月21日星期四35/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖①特点：支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便；但这种施工方法对地下结构需设置后浇带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两阶段施工，对结构整体性及防水性亦有一定的影响。②适用范围：盆式开挖适合于基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。2.2.4、盆式开挖2020年5月21日星期四36/81第二节基坑土方开挖2.2、有支护开挖与盆式开挖类似，但先开挖边缘部分的土方，将基坑中央的土方暂时留置，该土方具有反压作用，可有效地防止坑底土的隆起，有利支护结构的稳定。必要时还可以在留土区与挡土墙之间架设支撑。在边缘土方开挖到基底以后，先浇筑该区域的底板，以形成底部支撑，然后再开挖中央部分的土方。当基坑面积较大，而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施工缝