超高层建筑基坑工程施工技术培训讲义（附图丰富）

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2.1超高层建筑施工XXXX省XX建设集团股份有限公司2

2.1.1超高层建筑基坑工程施工

2.1.2超高层建筑主体结构施工32.1.1超高层建筑基坑工程施工

随着高层建筑和城市地下空间开发的发展，深基坑工程日益增多，我国在近二十年来，在基坑工程的分析理论、设计方法、施工技术、监测手段等方面都有了长足的进步。41建筑基坑工程新技术2XX慈溪财富广场地下结构逆作法施工5开挖技术:

明挖法、逆作法、爆破法、新奥法、盾构法、托换法（既有建筑下的地下空间开发）等。

信息化施工技术：

施工的监测与反分析、环境控制技术等。地下工程施工技术1建筑基坑工程新技术61建筑基坑工程新技术相关的施工技术中，明挖法、逆作法、托换法都涉及基坑支护结构7经济发展的需求——

我国建设事业的发展，城市化建设促进了地下空间的开发。基坑工程的规模——

由一般的中小型基础基坑发展到大型、多层、超深基坑。适用性——

建筑、市政、桥梁、铁路、地铁等。发展区域——

从大城市到中小城市。

我国基坑工程的发展1建筑基坑工程新技术8二十年来发展的历程——

上一世纪八十年代末到九十年代末——探索

大量地下工程的涌现，开始进行科学研究、工程实践，进行探索。

上一世纪九十年代末到2010年前后——发展在前十年的基础上，从理论上不断发展，施工技术进行开发，开始以信息化指导施工。我国基坑工程的发展1建筑基坑工程新技术9二十年来发展的两个重要标志——

第一阶段发展的标志：在2000年前后颁布了一批国家、行业和地方规范。

《建筑基坑支护技术规程》JGJ120--99、《建筑基坑工程技术规程》DB33/T1008--2000

第二阶段发展的标志：

2009年颁布了国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497--2009，并在这期间，修订了有关的基坑工程规范。我国基坑工程的发展1建筑基坑工程新技术10基坑工程发展的基础——社会发展、建设事业发展的需求；结构、岩土、材料、施工、信息等多学科的结合；结构、岩土理论的发展；计算技术的发展和计算机的应用；施工技术和监测技术的发展；新材料、新工艺、新设备、新技术的开发。我国基坑工程的发展1建筑基坑工程新技术11

基坑支护结构设计理念的转变

早期——

出发点：考虑地下工程施工，为施工创造条件；设计：考虑承载能力极限状态；或以经验为主，或以理论为主。

现今——

出发点：考虑环境保护为首；设计：满足承载能力极限状态和环境保护要求（变形控制）；理论和经验相结合。1建筑基坑工程新技术12

基坑支护结构设计方法的发展

经典的土力学设计方法（静力平衡的解析法）

→考虑施工工况的设计方法（不同工况的分析）

→

优化的解析法（仍只能求解力，无法计算变形）

→弹性基床系数法（解决了力和变形的计算问题）

→平面有限元法（解决了土和结构的共同工作）

→空间有限元法（解决了结构的空间作用）考虑土的弹塑性的分析（更准确地反映土体的变形）

→基坑工程监测和反分析（实现信息化设计和施工）

→基坑工程的风险分析和设计（实现预测和预控）

1建筑基坑工程新技术13水土分算和水土合算1建筑基坑工程新技术14水土分算和水土合算

水土分算即分别计算土压力和水压力，两者之和即总的侧压力。这一原则适用于土孔隙中存在自由的重力水或土的渗透性较好的情况，如粉性土、砂土和碎石土。水土合算则认为土孔隙中不存在自由的重力水，而存在结合水，它不传递静水压力，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度计算侧压力，这一原则适用于不透水的粘性土。1建筑基坑工程新技术15水土分算和水土合算

对于砂性土，采用水土分算没有疑义。其土压力计算、土的滑动稳定性验算应采用有效应力法。土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标。土的重度均应采用浮重度。1建筑基坑工程新技术16水土分算和水土合算

对于粘性土，采用水土分算还是水土合算方法计算土压力是当前有争议的问题。按照有效应力原理，土中骨架应力与水压力应分别考虑。因此，水土合算方法与土力学基本原理相背，计算中低估了主动状态中的水压力而高估了被动状态中的水压力作用，偏于不安全，而水土分算方法则概念清楚。另一方面，从工程角度来说，根据工程实践的经验，按水土合算原则计算侧压力，采用配套的抗剪强度指标则更为适合。1建筑基坑工程新技术17三角形荷载与矩形荷载1建筑基坑工程新技术18三角形荷载与矩形荷载

土压力的大小与分布是土体与支护结构之间的相互作用的结果，它主要取决于支护墙的变位状况和大小。工程经验表明，支护结构的刚度和支撑的刚度、支护结构的变形形态及施工的时空效应等对土压力的分布和变化起着控制作用。1建筑基坑工程新技术19三角形荷载与矩形荷载

随着基坑工程的发展、测量和计算技术的进步，对于土压力的分布与变化规律有了更进一步的认识，发现实测的结果与经典土压力理论不完全一致。例如实测的土压力呈非线性分布，而经典的朗肯（Rankine）土压力理论和库仑（Coulomb）土压力理论都假设土压力为线性分布。因此，在应用这些经典理论时，需要注意实际工程条件与经典理论条件的差异，并估计这些差异对计算结果可能带来的影响。1建筑基坑工程新技术20时间效应：基坑支护结构的变形和周边地层的变形随时间推移而发展。空间效应：基坑支护结构的变形和周边地层的变形因开挖的空间尺度、开挖后的坑底暴露面积而不同。

这是一个典型的施工力学问题。“时空效应”——时间效应空间效应即基坑工程施工过程中，基坑开挖的空间尺度、支护体未支撑（锚）时暴露的范围和时间等对基坑变形的影响。

1建筑基坑工程新技术21“时空效应”的应用经过理论分析和大量工程实践，提出了“分层、分块、对称、平衡、限时”土方开挖原则。改变了很多常规的结构设计和施工理念，如：混凝土结构的分段施工（施工缝的设置）、钢筋连接接头的错位要求等。

1建筑基坑工程新技术22“时空效应”应用案例上海人民广场地下车库上海南京05部队办公楼

“时空效应”1建筑基坑工程新技术23

1建筑基坑工程新技术

支护结构:

基坑工程中采用的支护体、支撑或锚杆|、截水帷幕等结构体系的总称。24基坑支护结构形式：

1、放坡开挖（坡率法）

2、土钉墙

3、复合土钉墙

4、水泥土重力式挡墙

255、桩墙式支护结构支护体+内部支撑或外部拉锚（压顶梁、围檩）支护体：各类桩（钻孔灌注桩、钻孔咬合桩、SMW工法桩、板桩等）地下连续墙内部支撑：混凝土支撑、钢支撑对撑、角撑、桁架式支撑、环形支撑外部拉锚：锚碇式拉锚、土层锚杆预应力筋、水泥搅拌、浆囊袋普通锚杆、预应力锚杆

6、联合支护结构：上述支护结构组合基坑地下水控制;隔渗（竖向、水平向截水幕帷）、降水、排水土体加固（被动区、主动区）

26基坑支护结构钢板桩地下连续墙灌注桩SMW桩1建筑基坑工程新技术27基坑支护结构锚碇式拉锚和土层锚杆钢支撑混凝土支撑1建筑基坑工程新技术28SMW（SoilMixingWall）工法

1建筑基坑工程施工技术291建筑基坑工程施工技术SMW（SoilMixingWall）工法

30钻孔咬合桩313233地下连续墙成槽机械钻挖式（多头钻）抓斗式铣削式（铣削钻）1建筑基坑工程施工技术地下连续墙

341建筑基坑工程施工技术地下连续墙施工工序地下连续墙

35地下连续墙施工时，应采取措施减少地下墙连续施工对周围环境的影响:1、槽壁加固（水泥搅拌桩、旋喷桩、摆喷桩等）；

2、改善护壁泥浆性能：泥浆的作用主要包括护壁、携渣、钻具冷却及润滑；通常使用膨润土泥浆，成分为膨润土、水、外加剂；外加剂有加重剂、增黏剂、分散剂、防漏剂四类；

3、合理安排施工顺序和进度。36

根据杭州地区地下连续墙的施工特点，一般采用下列材料配制护壁泥浆：膨润土：200目商品膨润土。水：自来水。分散剂：纯碱（Na2CO3）。增黏剂：CMC（高粘度，粉末状）。37新鲜泥浆配合比表泥浆材料膨润土纯碱CMC自来水1m3投料(kg)1164.51950项目粘度（S）比重PH值指标21～231.04～1.057～9新鲜泥浆配合比表38逆作法：基坑支护结构的围护体或支撑体系与地下室结构相结合，地下室梁板结构自上而下与土方开挖同步施工的方法。优越性:支护结构变形小、有利环境保护；降低工程能耗，节约资源，实现绿色施工;

不同程度地缩短工工期；现场作业环境更加合理。1建筑基坑工程施工技术391—支承立柱；2—立柱桩；3—围护结构；4—地下室顶板；5—取土孔；6—挖土机；7—运土卡车；8—取土架；9—抓铲；10—人工挖土；11—地上一层楼板；12—地下一层楼板；13—地上二层楼板；14—基坑坑底；15—地上三层楼板；16—地下结构底板；17—封闭的取土孔1建筑基坑工程施工技术40逆作法施工的几种类型从上下结构是否同步施工的角度——

分为全逆作法、半逆作法全逆作法半逆作法1建筑基坑工程施工技术41逆作法施工的几种类型

从平面区域是否全部逆作施工的角度——

分为全平面逆作法、局部逆作法全平面逆作法主楼顺做裙楼逆作坑边逆作法1建筑基坑工程施工技术42上海环球金融中心

上海环球金融中心地下3层，地上101层，总高度492m，占地面积3.0万平方米，基坑面积近2.25万平方米，主楼开挖深度26.09m，裙房开挖深度17.85m。4344

采用了直径100m的圆形地下连续墙临时支护结构，首先顺作施工主楼，然后采用逆作法施工裙房。这样主楼的施工提前了近一年时间，为整个工程在较短的时间内完成创造了良好条件。上海环球金融中心45上海环球金融中心2005年12月12日2005年9月17日2006年4月3日46逆作法施工的几种类型从顶板以下结构是否采用逆作的角度——

分为地下结构逆作法

地下结构“盖挖法”（逆作法的演变）盖挖法1建筑基坑工程施工技术47

盖挖法主要运用于市政道路、地铁车站、地下街等，有盖挖顺作、盖挖逆作二种施工方法。48逆作法施工的几种类型

从围护结构是否兼作主体结构外墙的角度——

分为“两墙合一”的逆作法临时围护墙＋水平结构的逆作法临时围护墙、水平结构的逆作法临时围护墙(灌注桩排桩)“两墙合一”(地下连续墙)“两墙合一”的逆作法1建筑基坑工程施工技术49逆作法施工实例

青岛东海路香港路——金街地下街逆作法B0板完成后下层土方开挖

B1板模板施工

B1板完成

1建筑基坑工程施工技术50青岛东海路香港路——金街地下街逆作法施工实例

1建筑基坑工程施工技术51宁波慈溪财富广场逆作法施工实例

1建筑基坑工程施工技术52逆作法施工实例

宁波慈溪财富广场1建筑基坑工程施工技术53逆作法施工实例

顺逆结合施工——上海徐家汇156地块1建筑基坑工程施工技术541建筑基坑工程施工技术盖挖法

551建筑基坑工程施工技术盖挖法

盖挖法施工案例——东京地铁车站（地下管线处理）561建筑基坑工程施工技术盖挖法

盖挖法施工案例——

东京地铁车站（市政道路状况）地面道路地下作业地面临时施工围挡57钟山风景区玄武湖公园红山森林公园莫愁湖公园规划用地五台山体育中心石头城遗址公园古林公园市政府省政府鼓楼区政府南京站环绕南京市中心的水和绿色网络地下商业街规划用地主要绿地及公园的空地地铁地铁（规划中）铁路南京湖南路地下商业街基坑工程设计1建筑基坑工程施工技术58湖南路山西路广场

中央路

中

山

北

路地鉄1号线地鉄5号线（规划）南京湖南路地下商业街基坑工程设计中央路～中山北路(约1.1km)

1建筑基坑工程施工技术59南京湖南路地下商业街基坑工程设计1建筑基坑工程施工技术盖挖法60上海长风近地铁地下空间开发盖挖法施工实例

1建筑基坑工程施工技术61盖挖法施工实例

上海长风近地铁地下空间开发1建筑基坑工程施工技术621建筑基坑工程施工技术逆作法与盖挖法结构-施工协调设计

永久－临时结构分析：1、施工临时支护结构与主体结构外墙“两墙合一”；2、竖向临时支撑体系与主体结构永久柱的受力转换和协调；3、立柱桩承载力；4、主体结构梁板在施工阶段的荷载和结构分析；5、逆作法节点的设计。63逆作法与盖挖法关键施工技术

：1、支承桩和支承钢立柱的垂直度；2、水平结构板封闭条件下的土方开挖（暗挖）；3、逆作法水平结构（楼板）的模板支撑；4、逆作法竖向结构（墙、柱）的混凝土浇筑；5、逆作法节点的施工。1建筑基坑工程施工技术64气囊法

机械调垂法

调垂架

导向套筒法：将钢立柱转化为导向套筒再用气囊法或机械调垂1、逆作法施工——钢立柱的调垂1建筑基坑工程施工技术652、逆作法施工——土方开挖

取土架（抓斗）挖土抓斗挖土1建筑基坑工程施工技术66逆作法施工——土方开挖皮带运输机取土加长臂挖土1建筑基坑工程施工技术67逆作法施工——土方开挖

加大取土孔面积、增加取土孔数量——提高挖土效率1建筑基坑工程施工技术683、逆作法施工——楼面模板砖胎模砖胎模+木模板无排吊模施工方法

超深开挖排架1建筑基坑工程施工技术69逆作法施工——楼面模板逆作法的结构施工

1建筑基坑工程施工技术70结构柱（墙）混凝土浇筑孔

——更好的形式4、逆作法施工——柱的混凝土浇筑

1建筑基坑工程施工技术71结构柱（墙）混凝土浇筑孔

——更好的形式逆作法施工——柱的混凝土浇筑

1建筑基坑工程施工技术72逆作结构的柱和墙（未浇筑混凝土）逆作法施工——

墙的混凝土浇筑

止水钢板止水钢板止水钢板止水钢板1建筑基坑工程施工技术73

1建筑基坑工程施工技术

5、逆作法施工——结构设计特点

（1）“两墙合一”做法（2）地下连续墙与底（楼）板的连接（3）水平结构逆作中的围护墙与楼板的节点（4）立柱与结构梁板的连接构造（5）钢立柱与立柱桩的节点（6）特殊部位的水平力传递745、逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术a）与地下连续墙有连接钢筋b）与地下连续墙无连接钢筋整体式“两墙合一”节点（1）“两墙合一”做法

75逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术

分离式“两墙合一”节点“两墙合一”做法

76逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术（2）地下连续墙与底（楼）板的连接

地下连续墙与底板连接77逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术（3）水平结构逆作中的围护墙与楼板的节点临时围护墙与楼板的连接78逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术（4）立柱与结构梁板的连接构造钢立柱与结构梁的连接节点79逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术立柱与结构梁板的连接构造钢立柱与结构梁节点处梁的加腋处理80逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术立柱与结构梁板的连接构造

钢立柱与结构梁节点设置栓钉与梁加腋钢格构柱上设置钢牛腿81逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术立柱与结构梁板的连接构造

a）栓钉连接b）环形钢牛腿连接钢管混凝土柱与梁的栓钉和牛腿节点82逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术立柱与结构梁板的连接构造

钢管混凝土立柱与梁的环梁节点83逆作法施工——结构设计特点

1建筑基坑工程施工技术立柱与结构梁板的连接构造

a）环梁钢筋及栓钉b）环梁混凝土浇筑完成环梁节点实景图84一柱一桩1建筑基坑工程施工技术逆作法施工——结构设计特点

（5）钢立柱