高层建筑知识培训

高层建筑相关知识 高层建筑 超过一定高度和层数的多层建筑 在美国 24 6m 或 7 层以上视为高层建筑 在日本 31m 或 8 层及以上视为高层建 筑 在英国 把等于或大于 84082824 3m 得建筑视为高层建筑 中 国自 2005 年起规定超过 10 层的住宅建筑和超过 24 米高的其他民用 建筑为高层建筑 目录 基本概念 分类 定义 简史 建筑特点 设计要点 综合问题 展望规划 基本概念 分类 定义 简史 建筑特点 设计要点 综合问题 展望规划 1972 年国际高层建筑会议将高层建筑分为 4 类 第一类为 9 16 层 最高 50 米 第二类为 17 25 层 最高 75 米 第三类 为 26 40 层 最高 100 米 第四类为 40 层以上 高于 100 米 公 元前 280 年古埃及人建造了高 100 多米的亚历山大港灯塔 523 年 在中国河南登封县建成高 40 米嵩岳寺塔 现代高层建筑兴起于美国 1883 年在芝加哥建起第一幢高 11 层的保险公司大楼 1931 年在纽 约建成高 102 层的帝国大厦 第二次世界大战以后 出现了世界范 围的高层建筑繁荣时期 1970 1974 年建成的美国芝加哥西尔斯大 厦 约 443 米高 高层建筑可节约城市用地 缩短公用设施和市政 管网的开发周期 从而减少市政投资 加快城市建设 10 层及 10 层以上的居住建筑 包括首层设置商业服务网点的 住宅 或建筑高度超过 24m 不包含单层主体建筑超过 24m 的体育 馆 会堂 剧院等 的公共建筑 中国 民用建筑设计通则 GB 50352 2005 将住宅建筑依层 数划分为 高层建筑 一层至三层为低层住宅 四层至六层为多层住宅 七层至九层为中 高层住宅 十层及十层以上为高层住宅 除住宅建筑之外的民用建 筑高度不大于 24m 者为单层和多层建筑 大于 24m 者为高层建筑 不 包括建筑高度大于 24m 的单层公共建筑 建筑高度大于 100m 的民 用建筑为超高层建筑 建筑高度的计算 当为坡屋面时 应为建筑物室外设计地面到 其檐口的高度 当为平屋面 包括有女儿墙的平屋面 时 应为建筑 物室外设计地面到 其屋面面层的高度 当同一座建筑物有多种屋面形式时 建筑 高度应按上述方法分别计算后取其中最大值 局部突出屋顶的嘹望 塔 冷却塔 水箱间 微波天线间或设施 电梯机房 排风和排烟 机房以及楼梯出口小间等 可不计入建筑高度内 超过一定层数或高度的建筑将成为高层建筑 高层建筑的起点 高度或层数 各国规定不一 且多无绝对 严格的标准 中国定义 在中国 旧规范规定 8 层以上的建筑都被称为高层建筑 而 目前 接近 20 层的称为中高层 30 层左右接近 100m 称为高层建筑 而 50 层左右 200m 以上称为超高层 在新 高规 即 高层建筑混 凝土结构技术规程 JGJ3 2002 里规定 10 层及 10 层以上或高 度超过 28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构 当建筑高度超过 100m 时 称为超高层建筑 中国的房屋 6 层及 6 层以上就需要设置电梯 对 10 层以上的房 屋就有提出特殊的防火要求的防火规范 因此中国的 民用建筑设 计通则 GB 50352 2005 高层民用建筑设计防火规范 GB 50045 95 将 10 层及 10 层以上的住宅建筑和高度超过 24m 的公共 建筑和综合性建筑划称为高层建筑 国外定义 在美国 24 6m 或 7 层以上视为高层建筑 在日本 31m 或 8 层 及以上视为高层建筑 在英国 把等于或大于 24 3m 得建筑视为高 层建筑 古代就开始建造高层建筑 埃及于公元前 280 年建造的亚历山大 港灯塔 高 100 多米 为石结构 今留残址 中国建于 523 年的河 南登封县嵩岳寺塔 高 40 米 为砖结构 建于 1056 年的山西应县佛 宫寺释迦塔 高 67 米多 为木结构 均保存至今 现代高层建筑首先从美国兴起 1883 年在芝加哥建造了第一幢 砖石自承重和钢框架结构的保险公司大楼 高 11 层 1913 年在纽 约建成的伍尔沃思大楼 高 52 层 1931 年在纽约建成的帝国州大 厦 高 381 米 102 层 第二次世界大战后 出现了世界范围内的高 层建筑繁荣时期 1962 1976 年建于纽约的两座世界贸易中心大楼 各为 110 层 高 411 米 1974 年建于芝加哥的西尔斯大厦为 110 层 高 443 米 是目前世界上最高的建筑 加拿大兴建了多伦多的商业宫 和第一银行大厦 前者高 239 米 后者高 295 米 日本近十几年来建 起大量高百米以上的建筑 如东京池袋阳光大楼为 60 层 高 226 米 法国巴黎德方斯区有 30 50 层高层建筑几十幢 苏联在 1971 年建 造了 40 层的建筑 并发展为高层建筑群 中国近代的高层建筑始建于 20 世纪 20 30 年代 1934 年在上 海建成国际饭店 高 22 层 50 年代在北京建成 13 层的民族饭店 15 层的民航大楼 60 年代在广州建成 18 层的人民大厦 27 层的广 州宾馆 70 年代末期起 全国各大城市兴建了大量的高层住宅 如 北京前三门 复兴门 建国门和上海漕溪北路等处 都建起 12 16 层的高层住宅建筑群 以及大批高层办公楼 旅馆 中国 1986 年建 成的深圳国际贸易中心大厦 高 50 层 世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后 莫不积极致 力于提高城市建筑的层数 实践证明 高层建筑可以带来明显的社 会经济效益 首先 使人口集中 可利用建筑内部的竖向和横向交通 缩短部门之间的联系距离 从而提高效率 其次能使大面积建筑的 用地大幅度缩小 有可能在城市中心地段选址 第三 可以减少市 政建设投资和缩短建筑工期 当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时 它的功能适用性 技术合理性和经济可行性都将发生质的变化 与多层建筑相比 在 设计上 技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决 一 建筑方面 主要有 总平面布局要加大防火间距 处理严重的日照干扰 为大量 集中的人口疏散和停放车辆安排通道和场地 在符合功能要求的基础上将多层重复的建筑平面布局标准化 统一化 以满足主体结构 设备管线 电气配线分区 防火疏散等 竖向设计技术的要求 合理布置竖向交通中心 确定楼梯 电梯的数量和布置方式 保证使用效率和防火安全 内外建筑装修 构造 用料和做法必须适应因风力 地震 温度变化等所引起的变形和安全问题 在建筑艺术方面要考虑高大体型在城市和群体中的形象和全 方位造型效果 二 结构方面 主要有 考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力 严格控制高层建筑体型的高宽比例 以保证其稳定性 使建筑平面 体型 立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称 使 整体结构不出现薄弱环节 妥善处理因风力 地震 温度变化和基础沉降带来的变形节点构 造 考虑在重量大 基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设 计技术和施工条件问题 三 设备和电气方面 主要有 设计供暖和给水排水系统时 必须考虑因建筑高度增 大的压力 保证管道 炉片具有耐压能力 特殊处理消防和排烟问 题 在供暖 通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透和中 合面以上 以下的热压变化对于散热量计算的重要影响 考虑由 于增加了电梯 水箱供水和消防动力用电 对电气设计的区域配电 和干线 支线布置提出的要求 四 综合问题 主要有 关于城市经济效益和环境效益问题 应遵照城市规 划部门指定的地段和控制高度建造 而不能完全根据建筑本身的需 要 高层建筑由于应力增加 设备和装修水平必须提高 施工难度 增大 因而造价必然大大高于多层建筑 因此 需要各专业设计人员 密切合作使平面布局合理 提高使用系数 做到构造简洁 自重轻 便于安装 综合降低造价 高层建筑最突出的是防火安全设计 各专业设计人员应严格遵守高层建筑设计防火规范的规定 展望规划 高层建筑能够节约城市土地 缩短公用设施和市政管网的开发 周期 从而减少市政投资 加快城市建设 这些优点已经逐渐得到公 认 各国的大城市建设部门 都在不断地对已经出现的各种问题进行 全面研究 采取改进措施 这些措施是 提前在城市发展规划中预 作统筹安排 协调单个高层建筑 高层建筑群布点同周围环境 已 有建筑 名胜古迹 城市风貌 市政公用设施等之间的矛盾 克 服高层建筑使大量人口远离绿化地带 生活环境不如低层和多层建 筑等缺点 设法增加每层绿化阳台 敞开式的公共休息层 屋顶花 园等 大力开发高层建筑结构 构造 防火安全 竖向交通所必 需的高级材料 设备和设计施工技术等基本条件 严格控制质量 力争降低工程造价和管理费用 在建筑设计方面 对高层建筑带 来的日照阴影和电磁波干扰的影响 对体量高大突出的建筑造型风 貌和城市空间天际线的艺术效果 以及高层建筑群大量集中的人口 对城市供应和交通的影响等多种问题 采取新的科学分析和研究步 骤 以求得最佳设计方案 结合华城家园工程实例 和大家一起学习 一 场地平整 场地平整的程序 场地平整是将需进行建筑范围内的自然地面 通过人工或机械挖填平整改 造成为设计所需要的平面 以利现场平面布置和文明施工 在工程总承包施工 中 三通一平工作常常是由施工单位来实施 因此场地平整也成为工程开工前 的一项重要内容 场地平整要考虑满足总体规划 生产施工工艺 交通运输和场地排水等要 求 并尽量使土方的挖填平衡 减少运土量和重复挖运 场地平整为施工中的一个重要项目 它的一般施工工艺程序安排是 现场 勘察 清除地面障碍物 标定整平范围 设置水准基点 设置方格网 测量标 高 计算土方挖填工程量 平整土方 场地碾压 验收 当确定平整工程后 施工人员首先应到现场进行勘察 了解场地地形 地 貌和周围环境 根据建筑总平面图及规划了解并确定现场平整场地的大致范围 平整前必须把场地平整范围内的障碍物如树木 电线 电杆 管道 房屋 坟墓等清理干净 然后根据总图要求的标高 从水准基点引进基准标高作为确 定土方量计算的基点 土方量的计算有方格网法和横截面法 可根据地形具体情况采用 现场抄 平的程序和方法由确定的计算方法进行 通过抄平测量 可计算出该场地按设 计要求平整需挖土和回填的土方量 再考虑基础开挖还有多少挖出 减去回填 的土方量 并进行挖填方的平衡计算 做好土方平衡调配 减少重复挖运 以 节约运费 平整场地的一般要求如下 1 平整场地应做好地面排水 平整场地的表面坡度应符合设计要求 如设 计无要求时 一般应向排水沟方向作成不小于 0 2 的坡度 2 平整后的场地表面应逐点检查 检查点为每 100 400m2取 1 点 但不少 于 10 点 长度 宽度和边坡均为每 20m 取 1 点 每边不少于 1 点 其质量检 验标准应符合表 6 46 的要求 3 场地平整应经常测量和校核其平面位置 水平标高和边坡坡度是否符合 设计要求 平面控制桩和水准控制点应采取可靠措施加以保护 定期复测和检 查 土方不应堆在边坡边缘 二 土方开挖 1 学习和审查图纸 检查图纸和资料是否齐全 核对平面尺寸和坑底标高 图纸相互间有无错 误和矛盾 掌握设计内容及各项技术要求 了解工程规模 结构形式 特点 工程量和质量要求 熟悉土层地质 水文勘察资料 审查地基处理和基础设计 会审图纸 搞清地下构筑物 基础平面与周围地下设施管线的关系 图纸相互 间有无错误和冲突 研究好开挖程序 明确各专业工序间的配合关系 施工工 期要求 并向参加施工人员层层进行技术交底 2 查勘施工现场 摸清工程场地情况 收集施工需要的各项资料 包括施工场地地形 地貌 地质水文 河流 气象 运输道路 邻近建筑物 地下基础 管线 电缆坑基 防空洞 地面上施工范围内的障碍物和堆积物状况 供水 供电 通讯情况 防洪排水系统等等 以便为施工规划和准备提供可靠的资料和数据 3 编制施工方案 研究制定现场场地整平 基坑开挖施工方案 绘制施工总平面布置图和基 坑土方开挖图 确定开挖路线 顺序 范围 底板标高 边坡坡度 排水沟 集水井位置 以及挖去的土方堆放地点 提出需用施工机具 劳力 推广新技 术计划 4 平整施工场地 按设计或施工要求范围和标高平整场地 将土方弃到规定弃土区 凡在施 工区域内 影响工程质量的软弱土层 淤泥 腐殖土 大卵石 孤石 垃圾 树根 草皮以及不宜作填土和回填土料的稻田湿土 应分别情况采取全部挖除 或设排水沟疏干 抛填块石 砂砾等方法进行妥善处理 以免影响地基承载力 5 清除现场障碍物 将施工区域内所有障碍物 如高压电线 电杆 塔架 地上和地下管道 电缆 坟墓 树木 沟渠以及旧有房屋 基础等进行拆除或进行搬迁 改建 改线 对附近原有建筑物 电杆 塔架等采取有效地防护加固措施 可利用的 建筑物应充分利用 6 进行地下墓探 文物勘探 在黄土地区或有古墓地区 应在工程基础部位 按设计要求位置 用洛阳 铲进行铲探 发现墓穴 土洞 地道 地窖 废井等 应对地基进行局部处理 方法见后 7 作好排水降水设施 在施工区域内设置临时性或永久性排水沟 将地面水排走或排到低洼处 再设水泵排走 或疏通原有排水泄洪系统 排水沟纵向坡度一般不小于 2 使场地不积水 山坡地区 在离边坡上沿 5 6m 处 设置截水沟 排洪沟 阻 止坡顶雨水流入开挖基坑区域内 或在需要的地段修筑挡水堤坝阻水 地下水 位高的基坑 在开挖前一周将水位降低到要求的深度 8 设置测量控制网 根据给定的国家永久性控制坐标和水准点 按建筑物总平面要求 引测到 现场 在工程施工区域设置测量控制网 包括控制基线 轴线和水平基准点 做好轴线控制的测量和校核 控制网要避开建筑物 构筑物 土方机械操作及 运输线路 并有保护标志 场地整平应设 10m 10m 或 20m 20m 方格网 在 各方格点上做控制桩 并测出各标桩处的自然地形 标高 作为计算挖 填土 方量和施工控制的依据 对建筑物应做定位轴线的控制测量和校核 进行土方 工程的测量定位放线 设置龙门板 放出基坑 槽 挖土灰线 上部边线和底 部边线和水准标志 龙门板桩一般应离开坑缘 1 5 2 0m 以利保存 灰线 标 高 轴线应进行复核无误后 方可进行场地整平和基坑开挖 9 修建临时设施及道路 根据土方和基础工程规模 工期长短 施工力量安排等修建简易的临时性 生产和生活设施 如工具库 材料库 油库 机具库 修理棚 休息棚 茶炉 棚等 同时敷设现场供水 供电 供压缩空气 爆破石方用 管线路 并进行 试水 试电 试气 修筑施工场地内机械运行的道路 主要临时运输道路宜结合永久性道路的 布置修筑 行车路面按双车道 宽度不应小于 7m 最大纵向坡应不大于 6 最小转弯半径不小于 15m 路基底层可铺砌 20 30cm 厚的块石或卵 砾 石层 作简易泥结石路面 尽量使一线多用 重车下坡行驶 道路的坡度 转弯半径 应符合安全要求 两侧作排水沟 道路通过沟渠应设涵洞 道路与铁路 电讯 线路 电缆线路以及各种管线相交处 应按有关安全技术规定设置平交道和标 志 10 准备机具 物资及人员 作好设备调配 对进场挖土 运输车辆及各种辅助设备进行维修检查 试 运转 并运至使用地点就位 准备好施工用料及工程用料 按施工平面图要求 堆放 组织并配备土方工程施工所需各专业技术人员 管理人员和技术工人 组 织安排好作业班次 制定较完善的技术岗位责任制和技术 质量 安全 管理 网络 建立技术责任制和质量保证体系 对拟采用的土方工程新机具 新工艺 新技术 组织力量进行研制和试验 三 土方机械施工 土方机械化开挖应根据基础形式 工程规模 开挖深度 地质 地下水情 况 土方量 运距 现场和机具设备条件 工期要求以及土方机械的特点等合 理选择挖土机械 以充分发挥机械效率 节省机械费用 加速工程进度 土方机械化施工常用机械有 推土机 铲运机 挖掘机 包括正铲 反铲 拉铲 抓铲等 装载机等 一般常用土方机械的选择可参考表 6 47 常用土方机械的选择 表 6 47 机械名称 特性作业特点及辅助机械适用范围 推土机 操作灵活 运转方 便 需工作面小 可 挖土 运土 易于转 移 行驶速度快 应 用广泛 1 作业特点 1 推平 2 运距 00m 内的 堆土 效率最高为 60m 3 开挖 浅基坑 4 推送松散的硬土 岩 石 5 回填 压实 6 配合铲 运机助铲 7 牵引 8 下坡坡 度最大 35 横坡最大为 10 几 台同时作业 前后距离应大于 8m 2 辅助机械 土方挖后运出需配备装土 运土设 备 1 推一 四类土 2 找平表面 场地平整 3 短距离移挖作填 回填 基坑 槽 管沟并压实 4 开挖深不大于 1 5m 的 基坑 槽 5 堆筑高 1 5m 内的路基 堤坝 6 拖羊足碾 7 配合挖土机从事集中土 方 清理场地 修路开道 推挖三 四类土 应用松土机预先 翻松 等 铲运机 操作简单灵活 不 受地形限制 不需特 设道路 准备工作简 单 能独立工作 不 需其他机械配合能完 成铲土 运土 卸土 填筑 压实等工序 行驶速度快 易于转 移 需用劳力少 动 力少 生产效率高 1 作业特点 1 大面积整平 2 开挖大型 基坑 沟渠 3 运距 800 1500m 内的挖运土 效率最高为 200 350m 4 填筑路基 堤坝 5 回填压 实土方 6 坡度控制在 20 以内 2 辅助机械 开挖坚土时需用推土机助铲 开挖 三 四类土宜先用松土机预先翻松 20 40cm 自行式铲运机用轮胎行驶 适合于长距离 但开挖亦须用助铲 1 开挖含水率 27 以下的 一 四类土 2 大面积场地平整 压实 3 运距 800m 内的挖运土 方 4 开挖大型基坑 槽 管沟 填筑路基等 但不 适于砾石层 冻土地带及 沼泽地区使用 正铲挖掘机 装车轻便灵活 回 转速度快 移位方便 能挖掘坚硬土层 易 控制开挖尺寸 工作 效率高 1 作业特点 1 开挖停机面以上土方 2 工作面应在 1 5m 以上 开挖合理高 度见表 11 79 3 开挖高度超过挖 土机挖掘高度时 可采取分层开挖 4 装车外运 2 辅助机械 土方外运应配备自卸汽车 工作面 应有推土机配合平土 集中土方进行 联合作业 1 开挖含水量不大于 27 的一 四类土和经爆破后的 岩石与冻土碎块 2 大型场地整平土方 3 工作面狭小且较深的大 型管沟和基槽路堑 4 独立基坑 5 边坡开挖 反铲挖掘机 操作灵活 挖土 卸土均在地面作业 不用开运输道 1 作业特点 1 开挖地面以下深度不大的土 方 2 最大挖土深度 4 6m 经济 合理深度为 1 5 3m 3 可装车和 两边甩土 堆放 4 较大较深基 坑可用多层接力挖土 2 辅助机械 土方外运应配备自卸汽车 工作面 应有推土机配合推到附近堆放 1 开挖含水量大的一 三 类的砂土或粘土 2 管沟和基槽 3 独立基坑 4 边坡开挖 拉铲挖掘机 可挖深坑 挖掘半 径及卸载半径大 操 纵灵活性较差 1 作业特点 1 开挖停机面以下土方 2 可装车和甩土 3 开挖截面误差 较大 4 可将土甩在基坑 槽 两边较远处堆放 2 辅助机械 土方外运需配备自卸汽车 推土机 创造施工条件 1 挖掘一 三类土 开挖 较深较大的基坑 槽 管 沟 2 大量外借土方 3 填筑路基 堤坝 4 挖掘河床 5 不排水挖取水中泥土 抓铲挖掘机 钢绳牵拉灵活性较 差 工效不高 不能 挖掘坚硬土 可以装 1 作业特点 1 开挖直井或沉井土方 2 可装车或甩土 3 排水不良也能 开挖 4 吊杆倾斜角度应在 45 1 土质比较松软 施工面 较狭窄的深基坑 基槽 2 水中挖取土 清理河床 3 桥基 桩孔挖土 在简易机械上工作 使用方便 以上 距边坡应不小于 2m 2 辅助机械 土方外运时 按运距配备自卸汽车 4 装卸散装材料 装载机 操作灵活 回转移 位方便 快速 可装 卸土方和散料 行驶 速度快 1 作业特点 1 开挖停机面以上土方 2 轮胎式只能装松散土方 履带式可装 较实土方 3 松散材料装车 4 吊运重物 用于铺设管道 2 辅助机械 土方外运需配备自卸汽车 作业面 需经常用推土机平整并推松土方 1 外运多余土方 2 履带式改换挖斗时 可 用于开挖 3 装卸土方和散料 4 松散土的表面剥离 5 地面平整和场地清理等 工作 6 回填土 7 拔除树根 一般讲 深度不大的大面积基坑开挖 宜采用推土机或装载机推土 装土 用自卸汽车运土 对长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖 可用铲运机铲 土 运土 卸土 填筑作业 对面积较深的基础多采用 0 5m3或 1 0m3斗容量的 液压正铲挖掘机 上层土方也可用铲运机或推土机进行 如操作面狭窄 且有 地下水 土体湿度大 可采用液压反铲挖掘机挖土 自卸汽车运土 在地下水 中挖土 可用拉铲 效率较高 对地下水位较深 采取不排水时 亦可分层用 不同机械开挖 先用正铲挖土机挖地下水位以上土方 再用拉铲或反铲挖地下 水位以下土方 用自卸汽车将土方运出 四 四 基坑工程基坑工程 近年来我国随着经济建设和城市建设的快速发展 地下工程愈来愈多 高 层建筑的多层地下室 地铁车站 地下车库 地下商场 地下仓库和地下人防 工程等施工时都需开挖较深的基坑 有的高层建筑多层地下室平面面积达数万 平方米 深度有的达 26 68m 施工难度较大 大量深基坑工程的出现 促进了设计计算理论的提高和施工工艺的发展 通过大量的工程实践和科学研究 逐步形成了基坑工程这一新的学科 它涉及 多个学科 是土木工程领域内目前发展最迅速的学科之一 也是工程实践要求 最迫切的学科之一 对基坑工程进行正确的设计和施工 能带来巨大的经济和 社会效益 对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用 6 2 16 2 1 基坑工程的内容基坑工程的内容 基坑开挖的施工工艺一般有两种 放坡开挖 无支护开挖 和在支护体系 保护下开挖 有支护开挖 前者既简单又经济 在空旷地区或周围环境允许时 能保证边坡稳定的条件下应优先选用 但是在城市中心地带 建筑物稠密地区 往往不具备放坡开挖的条件 因 为放坡开挖需要基坑平面以外有足够的空间供放坡之用 如在此空间内存在邻 近建 构 筑物基础 地下管线 运输道路等 都不允许放坡 此时就只能采 用在支护结构保护下进行垂直开挖的施工方法 对支护结构的要求 一方面是 创造条件便于基坑土方的开挖 但在建 构 筑物稠密地区更重要的是保护周 围的环境 基坑土方的开挖是基坑工程的一个重要内容 基坑土方如何组织开挖 不 但影响工期 造价 而且还影响支护结构的安全和变形值 直接影响环境的保 护 为此 对较大的基坑工程一定要编制较详细的土方工程的施工方案 确定 挖土机械 挖土的工况 挖土的顺序 土方外运方法等 在软土地区地下水位往往较高 采用的支护结构一般要求降水或挡水 在 开挖基坑土方过程中坑外的地下水在支护结构阻挡下 一般不会进入坑内 但 如土质含水量过高 土质松软 挖土机械下坑挖土和浇筑围护墙的支撑有一定 困难 此外 在围护墙的被动土压力区 通过降低地下水位还可使土体产生固 结 有利于提高被动土压力 减少支护结构的变形 所以在软土地区对深度较 大的大型基坑 在坑内都进行降低地下水位 以便利基坑土方开挖和有利于保 护环境 支护结构的计算理论和计算手段 近年虽有很大提高 但由于影响支护结 构的因素众多 土质的物理力学性能 计算假定 土方开挖方式 降水质量 气候因素等都对其产生影响 因此其内力和变形的计算值和实测值往往存在一 定差距 为有利于信息化施工 在基坑土方开挖过程中 随时掌握支护结构内 力和变形的发展情况 地下水位的变化 基坑周围保护对象 邻近的地下管线 建筑物基础 运输道路等 的变形情况 对重要的基坑工程都要进行工程监测 它亦成为基坑工程的内容之一 为此 基坑工程包括勘测 支护结构的设计和 施工 基坑土方工程的开挖和运输 控制地下水位 基坑土方开挖过程中的工 程监测和环境保护等 6 2 26 2 2 基坑工程的设计原则与基坑安全等级基坑工程的设计原则与基坑安全等级 6 2 2 1 基坑支护结构的极限状态基坑支护结构的极限状态 根据中华人民共和国行业标准 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120 99 的规 定 基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计方法进行设计 基坑支护结构的极限状态 可以分为下列两类 1 承载能力极限状态 这种极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳 过大变形 导致支护结构或基坑周边环境破坏 2 正常使用极限状态 这种极限状态 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工 或影响基坑 周边环境的正常使用功能 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算 对于安全等级为一级及 对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁 尚应对基坑周边环境及支护结构 变形进行验算 6 2 2 2 基坑支护结构的安全等级基坑支护结构的安全等级 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120 99 规定 其坑侧壁的安全等级分为三 级 不同等级采用相对应的重要性系数 基坑侧壁的安全等级分级如表 6 64 所示 基坑侧壁安全等级及重要性系数 表 6 64 安全等级破坏后果重要性系数 0 一级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地 下结构施工影响很严重 1 10 二级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地 下结构施工影响一般 1 00 三级 支护结构破坏 土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地 下结构施工影响不严重 0 90 注 有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定 支护结构设计 应考虑其结构水平变形 地下水的变化对周边环境的水平 与竖向变形的影响 对于安全等级为一级的和对周边环境变形有限定要求的二 级建筑基坑侧壁 应根据周边环境的重要性 对变形适应能力和土的性质等因 素 确定支护结构的水平变形限值 当地下水位较高时 应根据基坑及周边区域的工程地质条件 水文地质条 件 周边环境情况和支护结构形式等因素 确定地下水的控制方法 当基坑周 围有地表水汇流 排泄或地下水管渗漏时 应妥善对基坑采取保护措施 对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁 应对 基坑周边环境及支护结构变形进行验算 基坑工程分级的标准 各种规范和各地也不尽相同 各地区 各城市根据 自己的特点和要求作了相应的规定 以便于进行岩土勘察 支护结构设计 审 查基坑工程施工方案等用 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB 50202 2002 对基坑分级和变 形监控值作如下规定 基坑变形的监控值 cm 表 6 65 基坑类别围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值 一级基坑353 二级基坑686 三级基坑81010 注 1 符合下列情况之一 为一级基坑 1 重要工程或支护结构做主体结构的一部分 2 开挖深度大于 10m 3 与临近建筑物 重要设施的距离在开挖深度以内的基坑 4 基坑范围内有历史文物 近代优秀建筑 重要管线等需严加保护的基坑 2 三级基坑为开挖深度小于 7m 周围环境无特别要求的基坑 3 除一级和三级外的基坑属二级基坑 4 与周围已有的设施有特殊要求时 尚应符合这些要求 位于地铁 隧道等大型地下设施安全保护区范围内的基坑工程 以及城市 生命线工程或对位移有特殊要求的精密仪器使用场所附近的基坑工程 应遵照 有关的专门文件或规定执行 基坑开挖带来的水平位移和地层沉降会影响周围邻近建 构 筑物 道路 和地下管线 该影响如果超过一定范围 则会影响正常使用或带来较严重的后 果 所以基坑工程设计和施工 一定要采用措施保护周围环境 使该影响限制 在允许范围内 为限制基坑施工的影响 在施工前要对周围环境进行应有的调查 做到心 中有数 以便采取针对性的有效措施 1 基坑周围邻近建 构 筑物状况调查 在大中城市建筑物稠密地区进行基坑工程施工 宜对下述内容进行调查 1 周围建 构 筑物的分布 及其与基坑边线的距离 2 周围建 构 筑物的上部结构形式 基础结构及埋深 有无桩基和对 沉降差异的敏感程度 需要时要收集和参阅有关的设计图纸 3 周围建筑物是否属于历史文物或近代优秀建筑 或对使用有特殊严格 的要求 4 如周围建 构 筑物在基坑开挖之前已经存在倾斜 裂缝 使用不正 常等情况 需通过拍片 绘图等手段收集有关资料 必要时要请有资质的单位 事先进行分析鉴定 2 基坑周围地下管线状况调查 在大中城市进行基坑工程施工 基坑周围的主要管线为煤气 上水 下水 和电缆 1 煤气管道 应调查掌握下述内容 与基坑的相对位置 埋深 管径 管内压力 接头构造 管材 每个管节长度 埋设年代等 煤气管的管材一般为钢管和铸铁管 管节长度约 4 6m 管径常用 100 150 200 250 300 400 500mm 铸铁管接头构造为承插连接 法兰 连接和机械连接 钢管多为焊接或法兰连接 2 上水管道 应调查掌握下述内容 与基坑的相对位置 埋深 管径 管材 管节长度 接头构造 管内水压 埋设年代等 上水管常用的管材有铸铁管 钢筋混凝土管和钢管 管节长度约 3 5m 管 径为 100 2000mm 铸铁管接头多为承插式接头和法兰接头 钢筋混凝土管多 为承插式接头 钢管多用焊接 3 下水管道 应调查掌握下述内容 与基坑的相对位置 管径 埋深 管材 管内水压 管节长度 基础形式 接头构造 窨井间距等 下水管道多用预制钢筋混凝土管 其接头有承插式 企口式 平口式等 管径为 300 2400mm 4 电缆 电缆种类很多 有高压电缆 通讯电缆 照明电缆 防御设备 电缆等 有的放在电缆沟内 有的架空 有的用共同沟 多种电缆放在一起 电缆有普通电缆与光缆之分 光缆的要求更高 对电缆应通过调查掌握下述内容 与基坑的相对位置 埋深 或架空高度 规格型号 使用要求 保护装置等 3 基坑周围邻近的地下构筑物及设施的调查 如基坑周围邻近有地铁隧道 地铁车站 地下车库 地下商场 地下通道 人防 管线共同沟等 亦应调查其与基坑的相对位置 埋设深度 基础形式与 结构形式 对变形与沉降的敏感程度等 这些地下构筑物及设施往往有较高的 要求 进行邻近深基坑施工时要采取有效措施 4 周围道路状况调查 在城市繁华地区进行基坑工程 邻近常有道路 这些道路的重要性不相同 有些是次要道路 而有些则属城市干道 一旦因为变形过大而破坏 会产生严 重后果 道路状况与施工运输亦有关 为此 在进行深基坑施工之前应调查下 述内容 1 周围道路的性质 类型 与基坑的相对位置 2 交通状况与重要程度 3 交通通行规则 单行道 双行道 禁止停车等 4 道路的路基与路面结构 5 周围的施工条件调查 基坑现场周围的施工条件 对基坑工程设计和施工有直接影响 事先必须 加以调查了解 1 施工现场周围的交通运输 商业规模等特殊情况 了解在基坑工程施 工期间对土方和材料 混凝土等运输有无限制 必要时是否允许阶段性封闭施 工等 这对选择施工方案有影响 2 了解施工现场附近对施工产生的噪声和振动的限制 如对施工噪声和 振动有严格的限制 则影响桩型选择和支护结构的爆破拆除混凝土支撑 3 了解施工场地条件 是否有足够场地供运输车辆运行 堆放材料 停 放施工机械 加工钢筋等 以便确定是全面施工 分区施工还是用逆作法施工 施工工程的地下结构设计资料调查施工工程的地下结构设计资料调查 主体工程地下结构设计资料 是基坑工程设计的重要依据之一 应周密进 行收集和了解 基坑工程设计多在主体工程设计结束施工图完成之后 基坑工程施工之前 进行 但为了使基坑工程设计与主体工程之间协调 使基坑工程的实施能更加 经济 对大型深基坑工程 应在主体结构设计阶段就着手进行 以便协调基坑 工程与主体工程结构之间的关系 如地下结构用逆作法施工 则围护墙和中间 支承柱 中柱桩 的布置就需与主体工程地下结构设计密切结合 如大型深基 坑工程支护结构的设计 其立柱的布置 多层支撑的布置和换撑等 皆与主体 结构工程桩的布置 地下结构底板和楼盖标高等密切有关 进行基坑工程设计之前 应对下述地下结构设计资料进行了解 1 主体工程地下室的平面布置和形状 以及与建筑红线的相对位置 这是 选择支护结构形式 进行支撑布置等必须参考的资料 如基坑边线贴近建筑红 线 便需选择厚度较小的支护结构的围护墙 如平面尺寸大 形状复杂 则在 布置支撑时需加以特殊处理 2 主体工程基础的桩位布置图 在进行围护墙布置和确定立柱位置时 必 须了解桩位布置 尽量利用工程桩作为立柱桩 以降低支护结构费用 实在无 法利用工程桩时才另设立柱桩 3 主体结构地下室的层数 各层楼板和底板的布置与标高 以及地面标高 根据天然地面标高和地下室底板底标高 便可确定基坑开挖深度 这是选择支 护结构形式 确定降水和挖土方案的重要依据 了解各层楼盖和底板的布置 则便于支撑的竖向布置和确定支撑的换撑方 案 如楼盖局部缺少时 还需考虑水平支撑换撑时如何传力等 支护结构的类型和组成支护结构的类型和组成 支护结构 包括围护墙和支撑 按其工作机理和围护墙的形式分为下列几 种类型 水泥土挡墙式 依靠其本身自重和刚度保护坑壁 一般不设支撑 特殊情 况下经采取措施后亦可局部加设支撑 排桩与板墙式 通常由围护墙 支撑 或土层锚杆 及防渗帷幕等组成 土钉墙由密集的土钉群 被加固的原位土体 喷射的混凝土面层等组成 现将常用的几种支护结构介绍如下 土钉墙 土钉墙 图 6 54 是一种边坡稳定式的支护 其作用与被动起挡土作用的 上述围护墙不同 它是起主动嵌固作用 增加边坡的稳定性 使基坑开挖后坡 面保持稳定 图 6 54 土钉墙 1 土钉 2 喷射细石混凝土面层 3 垫板 施工时 每挖深 1 5m 左右 挂细钢筋网 喷射细石混凝土面层厚 50 100mm 然后钻孔插入钢筋 长 10 15m 左右 纵 横间距 1 5m 1 5m 左 右 加垫板并灌浆 依次进行直至坑底 基坑坡面有较陡的坡度 土钉墙用于基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软土场地 基坑深度不宜 大于 12m 当地下水位高于基坑底面时 应采取降水或截水措施 目前在软土 场地亦有应用 钻孔灌筑桩 图 6 51 根据目前的施工工艺 钻孔灌筑桩为间隔排列 缝隙不小于 l00mm 因此 它不具备挡水功能 需另做挡水帷幕 目前我国应用较多的是厚 1 2m 的水泥土 搅拌桩 用于地下水位较低地区则不需做挡水帷幕 钻孔灌筑桩施工无噪声 无振动 无挤土 刚度大 抗弯能力强 变形较 小 几乎在全国都有应用 多用于基坑侧壁安全等级为一 二 三级 坑深 7 15m 的基坑工程 在土质较好地区已有 8 9m 悬臂桩 在软土地区多加设内 支搅 或拉锚 悬臂式结构不宜大于 5m 桩径和配筋计算确定 常用直径 600 700 800 900 1000mm 图 6 51 钻孔灌筑桩排围护墙 1 围檩 2 支撑 3 立柱 4 工程桩 5 钻孔灌筑桩围护墙 6 水泥土搅拌桩挡水帷幕 7 坑底水泥土搅拌桩加固 有的工程为不用支撑简化施工 采用相隔一定距离的双排钻孔灌筑桩与桩 顶横梁组成空间结构围护墙 使悬臂桩围护墙可用于 14 5m 的基坑 图 6 52 图 6 52 双排桩围护墙 1 钻孔灌筑桩 2 联系横梁 如基坑周围狭窄 不允许在钻孔灌筑桩后再施工 1 2m 厚的水泥土桩挡水帷 幕时 可考虑在水泥土桩中套打钻孔灌筑桩 桩基工程 桩的分类桩的分类 1 按承载性状分类 1 摩擦型桩 摩擦桩 指桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承担的桩 根据桩侧阻力承担 荷载的份额 摩擦桩又分为纯摩擦桩和端承摩擦桩 2 端承型桩 端承桩 指桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承担的桩 根据桩端阻力承担 荷载的份额 端承桩又分为纯端承桩和摩擦端承桩 3 复合受荷载桩 承受竖向 水平荷载均较大的桩 2 按成桩方法与工艺分类 1 非挤土桩 如干作业法桩 泥浆护壁法桩 套管护壁法桩 人工挖孔 桩 2 部分挤土桩 如部分挤土灌筑桩 预钻孔打入式预制桩 打入式开口 钢管桩 H 型钢桩 螺旋成孔桩等 3 挤土桩 如挤土灌筑桩 挤土预制混凝土桩 打入式桩 振入式桩 压入式桩 桩型与工艺的选择桩型与工艺的选择 桩型与成桩工艺选择应根据建筑结构类型 荷载性质 桩的使用功能 穿 越土层 桩端持力层土类 地下水位 施工设备 施工环境 施工经验 制桩 材料供应条件等 根据经济合理 安全适用的条件进行选择 施工时可参考表 7 44 选用 表略 桩架为打桩的专用起重和导向设备 其作用主要是起吊桩锤和桩或料斗 插桩 给桩导向 控制和调整沉桩位置及倾斜度 以及行走和回转方式移动桩 位 按行走方式的不同 桩架可分为滚动式 轨道式 履带式 步履式 悬挂 式等 图 7 47 和图 7 48 图 7 49 桩架的选用主要根据所选定的桩锤的形式 质量和尺寸 桩的材料 材质 截面形式与尺寸 桩长和桩的连接方式 桩的 种类 桩数 桩的布置方式 作业空间 打入位置 以及打桩的连续程度与工 期要求等而定 图 7 47 轨道式打桩架 1 顶部滑轮组 2 立柱 3 锤和桩起吊用钢丝绳 4 斜撑 5 吊锤和桩用卷扬机 6 操作室 7 配重 8 底盘 9 轨道 图 7 48 步履式打桩架 1 顶部滑轮组 2 立柱 3 锤和桩起吊用钢丝绳 4 斜撑 5 吊锤和桩用卷扬机 6 操作室 7 配重 8 步履式底盘 图 7 49 悬挂式履带打桩架 1 顶部滑轮组 2 锤和桩起吊用钢丝绳 3 立柱 4 履带式起重机 桩架主要由底盘 导杆 斜杆 滑轮组和动力设备等组成 桩架的高度可 按桩长需要分节组装 每节长 3 4m 桩架的高度一般等于桩长 滑轮组高 桩 锤长度 桩帽高度 起锤移位高度 取 1 2m 桩架的种类很多 应用较广的 为万能桩架 履带式桩架和步履桩架 机械静压桩施工机械静压桩施工 静压法沉桩是通过静力压桩机的压桩机构 以压桩机自重和桩机上的配重 作反力而将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土层中成桩 其特点是 桩机全部 采用液压装置驱动 压力大 自动化程度高 纵横移动方便 运转灵活 桩定 位精确 不易产生偏心 可提高桩基施工质量 施工无噪声 无振动 无污染 沉桩采用全液压夹持桩身向下施加压力 可避免锤击应力 打碎桩头 桩截面 可以减小 混凝土强度等级可降低 1 2 级 配筋比锤击法可省 40 效率高 施工速度快 压桩速度每分钟可达 2m 正常情况下每台班可完 15 根 比锤击 法可缩短工期 1 3 压桩力能自动记录 可预估和验证单桩承载力 施工安全可 靠 便于拆装维修 运输等 但存在压桩设备较笨重 要求边桩中心到已有建 筑物间距较大 压桩力受一定限制 挤土效应仍然存在等问题 适用于软土 填土及一般粘性土层中应用 特别适合于居民稠密及危房附 近环境保护要求严格的地区沉桩 但不宜用于地下有较多孤石 障碍物或有 4m 以上硬隔离层的情况 1 静压法沉桩机理 静压预制桩主要应用于软土 一般粘性土地基 在桩压入过程中 系以桩 机本身的重量 包括配重 作为反作用力 以克服压桩过程中的桩侧摩阻力和 桩端阻力 当预制桩在竖向静压力作用下沉入土中时 桩周土体发生急速而激 烈的挤压 土中孔隙水压力急剧上升 土的抗剪强度大大降低 从而使桩身很 快下沉 2 压桩机具设备 静力压桩机分机械式和液压式两种 前者系用桩架 卷扬机 加压钢丝绳 滑轮组和活动压梁等部件组成 施 压部分在桩顶端面 施加静压力约为 600 2000kN 这种桩机设备高大笨重 行 走移动不便 压桩速度较慢 但装配费用较低 只少数还有这种设备的地区还 在应用 后者由压拔装置 行走机构及起吊装置等组成 图 7 56 采用液压操作 自动化程度高 结构紧凑 行走方便快速 施压部分不在桩顶面 而在桩身侧 面 它是当前国内较广泛采用的一种新型压桩机械 国内常用的有 YZY 系列和 ZYJ 系列液压静力压桩机 其型号和主要技术 参数见表 略 图 7 56 全液压式静力压桩机压桩 1 长船行走机构 2 短船行走及回转机构 3 支腿式底盘结构 4 液压起重机 5 夹持与压板装置 6 配重铁块 7 导向架 8 液压系统 9 电控系统 10 操纵室 11 已压入下节桩 12 吊入上节桩 静力压桩机的选择应综合考虑桩的截面 长度穿越土层和桩端土的特性 单桩极限承载力及布桩密度等因素 表 7 75 可供参考 静力压桩机选择参考表 表 7 75 压桩机型号 项目 160 180240 280300 360400 460500 600 最大压桩力 kN 1600 18002400 28003000 36004000 46005000 6000 最小300300350400400适用桩径 mm 最大400450500550600 单桩极限承载力 kN 1000 20001700 30002100 38002800 46003500 5500 桩端持力层 中密 密实 砂层 硬 塑 坚硬粘 土层 残 积土层 密实砂层 坚硬粘土 层 全风 化岩层 密实砂层 坚硬粘土 层 全风 化岩层 密实砂层 坚硬粘土 层 全风 化岩层 强风化岩 层 密实砂层 坚硬粘土 层 全风 化岩层 强风化岩 层 桩端持力层标准值 N20 2520 3530 4030 5030 55 穿透中密 密实砂层厚度 m 约 22 33 45 65 8 3 施工工艺方法要点 1 静压预制桩的施工 一般都采取分段压入 逐段接长的方法 其施工 程序为 测量定位 压桩机就位 吊桩 插桩 桩身对中调直 静压沉桩 接 桩 再静压沉桩 送桩 终止压桩 切割桩头 静压预制桩施工前的准备工作 桩的制作 起吊 运输 堆放 施工流水 测量放线 定位等均同锤击法打 沉 预制桩 压桩的工艺程序如图 7 57 图 7 57 压桩工艺程序示意图 a 准备压第一段桩 b 接第二段桩 c 接第三段桩 d 整根桩压平至地面 e 采用送接压桩完毕 1 第一段桩 2 第二段桩 3 第三段桩 4 送桩 5 桩接头处 6 地面线 7 压桩架操作平台线 2 压桩时 桩机就位系利用行走装置完成 它是由横向行走 短船行走 和回转机构组成 把船体当作铺设的轨道 通过横向和纵向油缸的伸程和回程 使桩机实现步履式的横向和纵向行走 当横向两油缸一只伸程 另一只回程 可使桩机实现小角度回转 这样可使桩机达到要求的位置 3 静压预制桩每节长度一般在 12m 以内 插桩时先用起重机吊运或用 汽车运至桩机附近 再利用桩机上自身设置的工作吊机将预制混凝土桩吊入夹 持器中 夹持油缸将桩从侧面夹紧 即可开动压桩油缸 先将桩压入土中 1m 左右后停止 调正桩在两个方向的垂直度后 压桩油缸继续伸程把桩压入土中 伸长完后 夹持油缸回程松夹 压桩油缸回程 重复上述动作可实现连续压桩 操作 直至把桩压入预定深度土层中 在压桩过程中要认真记录桩入土深度和 压力表读数的关系 以判断桩的质量及承载力 当压力表读数突然上升或下降 时 要停机对照地质资料进行分析 判断是否遇到障碍物或产生断桩现象等 4 压桩应连续进行 如需接桩 可压至桩顶离地面 0 8 1 0m 用硫磺砂 浆锚接 一般在下部桩留 50mm 锚孔 上部桩顶伸出锚筋 长 15 20d 硫磺 砂浆接桩材料和锚接方法同锤击法 但接桩时避免桩端停在砂土层上 以免再 压桩时阻力增大压入困难 再用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长 正常气温下为 10 18min 接桩面应保持干净 浇筑时间不超过 2min 上下桩中心线应对齐 节点矢高不得大于 1 桩长 5 当压力表读数达到预先规定值 便可停止压桩 如果桩顶接近地面 而压桩力尚未达到规定值 可以送桩 静力