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自凝泥浆?

物理教案 时间:2020-05-15

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自凝灰浆防渗墙技术
篇一:自凝泥浆?

自凝灰浆防渗墙技术

2005/09/20 金昌市科技局

自凝灰浆防渗墙技术是在大量室内外试验的基础上,考虑三峡三期围堰施工的地层特点,本着兼顾施工性能和灰浆凝结体物理力学性能的原则,优选出5组配比用于三期围堰前期试验施工。

简要技术

三峡三期上游土石围堰为Ⅳ级临时建筑物,由风化砂、反滤料、石渣、块石等填筑而成。其防渗结构设计采用防渗墙上接土工材料心墙形式。上下游土石围堰防渗墙总面积约2万m2,施工工期仅为一个月,其施工难度在国内尚无先例,加之在水下抛填的尚未完全固结的风化砂中建造防渗墙难度也是很大的。鉴于此,课题组对国内外已有的工程实例进行了广泛和深入的调查、研究和比选,结合我们自己的施工经验,提出了采用自凝灰浆防渗墙技术。

课题组在大量室内外试验的基础上,考虑三峡三期围堰施工的地层特点,本着兼顾施工性能和灰浆凝结体物理力学性能的原则,优选出5组配比用于三期围堰前期试验施工。槽孔终孔后对槽孔施工质量进行了开挖及钻孔检测,结果除强度指标偏低外,其他指标都优于设计要求。在专家组评审意见的基础上,课题组委托基础局实验室进行室内补充试验,调配了两组适用于三期围堰施工的强度大于0.5MPa的施工配合比用于三期围堰防渗墙施工。

研究成果

通过大量试验和工程实践,得出以下研究成果:一、自凝灰浆配合比的研究

1.自凝灰浆原材料的研究

水泥品种的选择据国外资料,拌制自凝灰浆采用矿渣水泥优于硅酸盐水泥,一是浆液初凝时间较长,二是浆液凝结体的后期强度较高。课题组用高矿水泥和普通硅酸盐水泥进行比较试验,结果浆液初凝时间相近,矿渣水泥并没有显出初凝时间较长的特点。考虑到三期围堰的特点,为确保灰浆凝结体的早期强度,最终选用了32.5MPa普通硅酸盐水泥用于工程中。缓凝剂的选择自凝灰浆是一种特殊的材料,其初凝时间采用国际通用的测试浆液黏度来确定,即用马氏漏斗黏度为50—60秒视为浆液进入了初凝状态。试验中课题组选用了食糖、木质素类的1050缓凝剂、高效减水剂ZB-1A和JG3四种做对比试验,结果食糖的缓凝效果最佳,当其加量为水泥用量的0.27%,缓凝效果就十分明显,浆液初凝时间>16h,其余几种缓凝剂缓凝作用从大到小依次为1050、JG3、ZB-1A,但总体来讲效果均不理想,基本不能用于制取自凝灰浆。

石粉掺加量的研究根据国外资料在自凝灰浆中加入石粉,可提高灰浆凝结体的抗渗性能和强度。试验中,课题组按不同掺加量调试了10组配合比,结果当灰水比为0.16,石粉掺加量大于600kg/m3时,其灰浆抗压强度可达1MPa,但浆液8h就初凝了,不能满足孔深大于20m抓斗连续施工的要求。如降低石粉掺量,其泌水又很严重,且抗压强度反而比不加石粉同一组配比的低,但抗渗和弹模优于不加石粉的同一组配比。经综合考虑决定不掺加石粉。膨润土品种及掺量的研

究课题组依据收集到的国内外自凝灰浆资料认为自凝灰浆施工采用钠基土要优于钙基土。但考虑国内生产钠基土的企业较少,加上成本较高,决定采用钙基土代替,施工时加入一定比例的分散剂。膨润土掺量以水泥加量的20%—25%为宜。施工时采用符合SY/T5060-93标准的二级钙基土,加量为水泥用量的22%,结果原浆质量良好,泌水率小于4%。

2.自凝灰浆原浆性能的研究及浆液初凝时间的选择

根据三期围堰地层的特点和抓斗施工效率,课题组经过在长江堤防进行自凝灰浆试验,并参考国内外已建工程的施工经验,确定了灰浆原浆的初凝时间应大于24h,但不宜大于36h,这样既保证了在浆液初凝以前就完成了槽孔抓挖,又保证在施工过程中掺入土砂的灰浆不至于过早凝固,也有利于防止浆液较长时间不凝固或早期强度太低。试验最终选定的配比中缓凝剂的加量基本按初凝时间不小于24h来进行控制。

动切力的测试研究

根据泥浆流变学的研究,在建造槽孔时,所用浆液的动切力如过大,不仅给浆液输送带来困难,更主要的是在钻具上下运动时,会对孔壁造成不利的冲刷,并产生过大的压力波动,这都会危及孔壁的稳定。为此,对所用配比的浆液,课题组均测试其动切力,结果在12h以内。以食糖为缓凝剂的灰浆,其动切力与通常所用的膨润土泥浆的动切力相近,可以满足施工的需要。灰浆三项指标及pH值的研究直接影响灰浆质量,密度、黏度、含砂量决定了灰浆原材料加量的准确性及原材料的质量。通过研究发现,在不加石粉的前提下原浆三项指标与凝结体的抗压强度成正比关系,但黏度过大会降低施工效率。施工时密度以1.2—1.3、黏度以不大于40s为宜。

二、自凝灰浆凝结体物理力学指标的研究

自凝灰浆凝结体的物理力学指标,为以后的施工积累了施工经验,课题组在施工过程中进行了现场装模成型,经水下养护到一定龄期进行物理力学试验。试验结果:自凝灰浆凝结体的抗压强度和弹模主要取决于灰水比的大小,灰水比愈大、这两个指标愈大;抗压强度随龄期的增长而增长,28天强度约为7天强度的2.15—2.86倍,平均为2.56倍;灰浆原浆加入石粉量小于600kg时,抗压强度不增反减;自凝灰浆抗渗性能良好;自凝灰浆强度与混入灰浆中砂的含量成正比,与混入灰浆中土的含量成反比。

三、自凝灰浆成槽施工工法的研究

“挖凿法”及“纯挖法”施工研究针对三峡三期围堰水下抛填风化砂比较疏松,入岩深度较深,且存在块球体的实际情况,课题组在收集国内外施工资料的基础上提出了风化砂采用“纯挖法”施工,块球体及基岩采用“挖凿法”施工的方法。“纯挖法”即用抓斗直接抓取地层成槽,抓挖过程中不断向槽孔中注入灰浆,“挖凿法”即先用重凿冲砸基岩或块球体,然后用抓斗捞取破碎的岩块,以获得进尺,如此反复进行,直至设计孔深。三期围堰施工中共投入抓斗2台套,重凿4个。槽孔接头施工研究常规防深墙接头在二期槽浇注时需采用钢丝刷刷洗一期槽孔壁上的泥皮,稍有不

慎便会导致一二期槽孔之间夹有泥皮,这对防渗不利。课题组根据国内外有关资料提出了接头无接缝施工工艺。即先施工相邻一期槽,后开挖期间二期槽,开挖二期槽孔时,相邻一期槽孔内的自凝灰浆尚未凝固,沿一个方向连续进行,这样待灰浆凝固以后就形成了无接缝的连续的墙体。具体施工时对孔深大于20m的地段采用的是待相邻一期槽凝固后,再施工二期槽,但由于护壁和墙体是同一种材料,不存在泥皮问题,因此形成的墙体同样没有接缝,此种方法施工比连续施工浪费材料,增加成本。地层松散渗浆的研究及对策由于水下抛填的风化砂比较疏松,加之无固结时间,导致抓斗在施工时渗浆较严重,为防止严重的漏浆或塌孔,经过反复试验,课题组确定了施工时采取先压后抓的施工方法,并采取抓斗慢下慢上,减少压力波动的技术措施。此外,开挖过程中应及时补浆,液面高度不得低于导槽底部。

font size="2">应用前景

自凝灰浆防渗墙应用于大型水利枢纽的建设中,并且由国内的施工队伍自行设计施工,这在国内水电基础处理领域尚属首次,具有创新性,填补了国内空白。自凝灰浆防渗墙施工工效高,防渗效果好,工程造价比混凝土防渗墙低。用于临时围堰即降低成本,又便于拆除,用于病险水库的处理,可大大降低工程造价,具有其他防渗墙不能比拟的优点。自凝灰浆防渗墙(墙厚80cm)在国内施工中首次突破20m,孔深26.1m为国内自凝灰浆防渗墙(墙厚80cm)孔深之最。由于自凝灰浆防渗墙固壁材料即为墙体材料,减少了常规防渗墙施工时的废弃浆,从而减少了环境污染。由于自凝灰浆防渗墙的成功应用,保证了三峡三期围堰的按时抽水,同时保证了下游围堰的稳定,抽水结果证明了自凝灰浆防渗墙用于水利施工的可行性。

水利工程施工课习题答案第三章
篇二:自凝泥浆?

课后习题3

1. 简述基岩灌浆的目的和种类?

答:1.帷幕灌浆:减少坝基的渗流量,降低坝底渗透压力,保证基础的渗透稳定。

2. 固结灌浆:提高岩基的整体性和强度,并降低基础的透水性。

3. 接触灌浆:加强坝体混凝土与坝基或岸肩之间的结合能力,提高坝体的抗滑稳定性。

总:减少或消除地基的天然缺陷,改善和提高地基的物理力学性能,使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性,以保证工程的安全可靠和正常运行。

4. 简述灌浆施工的主要工序与工艺要求?

答:1.钻孔:确保孔深、孔向、孔位符合设计要求;力求孔径上下均一、孔壁平顺;钻进过程中产生的岩粉细屑较少。

2.钻孔(裂隙)冲洗:

3.压水试验;

4.灌浆的方法与工艺;

5.灌浆的质量检查;

5. 简述几种钻灌的方法与特点?

答:1.打管灌浆:

2.套管灌浆:

3.循环灌浆:

4.预埋花管灌浆:

6. 化学灌浆有哪些特性?

答:1.化学浆液的黏度低,有的接近于水,有的比水还小。其流动性好,可灌性高,可以灌入水泥浆液灌不进去的细微裂隙中。

2.化学浆液的聚合时间可以比较准确地控制,从几秒到几十分钟,有利于机动灵活地进行施工控制。

3.化学浆液聚合后的聚合体,渗透系数小,几乎不透水,防渗效果好。

4.有些化学浆液聚合体本身的强度及黏结强度比较高,可承受高水头。

5.化学灌浆材料聚合体的稳定性和耐久性均较好,能抗酸、碱及微生物的侵蚀,但一般高分子化学材料都存在老化问题。

6.化学灌浆材料都有一定的毒性,在配置、施工过程中要十分注意防护,并切实防止对环境的污染。

7. 砂砾石地基灌浆与基岩灌浆有什么异同?

答:岩石基础灌浆(基岩灌浆),即将某种具有流动性和胶凝性的浆液,按一定的配比要求,通过钻孔用灌浆设备压入岩层的孔/裂隙中,通过硬化胶结后,形成结石,以提高基岩的强度和整体性,改善基岩的渗透性。分为帷幕灌浆,固结灌浆,接触灌浆三大类;灌浆材料通常以水泥灌浆最普遍。

砂砾石地层具有结构松散,孔隙率大,渗透性强的特点,在地层中成空较困难,于基岩有很大的差别,因此,在砂砾石地层中灌浆,有一些特殊的技术要求与施工工艺。岩基灌浆以水泥灌浆为主,而砂砾石地层的灌浆,一般以水泥黏土浆为宜。

8. 防渗墙可运用在哪些方面?有哪些形式?

答:运用:1.控制闸、坝基础的渗流;2.控制土石围堰及其基础的渗流;3.防止泄水建筑物下游基础的冲刷;4.加固一些有病害的土石坝及堤防工程;5.作为一般水工建筑物基础的承重结构;6.拦截地下潜流,抬高地下水位,形成地下水库。 形式:1.从其构造特点来说,主要有两类:槽孔型防渗墙和桩柱型防渗墙,前者是我国水利水电工程中混凝土防渗墙的主要型式。

2.防渗墙系垂直防渗措施,其立面布置有两种型式:封闭式与悬挂式。封闭式(墙体插入到基岩或相对不透水层一定深度,以实现全面截断渗流的目的),悬挂式(墙体只深入地层一定深度,仅能加长渗径,无法完全封闭渗流)。

9. 简述防渗墙的墙体材料及其适用条件?

答:1.普通混凝土:

2.黏土混凝土:

3.粉煤灰混凝土:

4.塑性混凝土:

自凝泥浆?。

5.自凝灰浆:

6.固化灰浆:

10. 说明泥浆固壁的原理及其主要作用?

答:原理:由于槽孔内泥浆压力要高于地层的水压力,使泥浆渗入槽壁介质中,其中较细的颗粒进入空隙,较粗的颗粒附在孔壁上,形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力,使槽孔内的泥浆与地层被泥皮隔开,泥浆一般具有较大的密度,所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上,就保证了槽壁的稳定。

作用:泥浆除了固壁作用外,在造孔的过程中,尚有悬浮和携带岩屑、冷却润滑钻头的作用;成墙以后,渗入孔隙的泥浆和胶结在孔壁的泥皮,还对防渗起辅助作用。

11. 防渗墙造孔成槽方法有哪些?简述泥浆下浇筑混凝土的主要特点? 答:防渗墙造孔成槽的方法有钻劈法、钻抓法或分层钻进等方法成槽。

1.钻劈法(“主孔钻进,副孔劈打”法),利用冲击式钻机的钻头自重,首先钻凿主孔,当主孔钻到一定的深度以后,就为劈打副孔创造了临空面。适用于砂砾石等地层。

2.钻抓法(“主孔钻进,副孔抓取”法),先用冲击钻或回转钻钻凿主孔,然后用抓斗抓挖副孔,副孔的宽度要求小于抓斗的有效作用宽度。主要适合于粒径较小的松散软弱岩层。

3.分层钻进法,常采用回转式钻机造孔。分层成槽时,槽孔的两端应领先钻进导向孔。它是利用钻具的重量和钻头的回转切削作用,按一定程序分层下挖,用砂石泵经空心钻杆将土渣连同泥浆排出槽外,同时,不断地补充新鲜泥浆,维持泥浆液面的稳定。适用于均质细颗粒的地层,使碎渣能从排渣管内顺利通过。

4.铣削法,采用液压双轮铣削机,先从槽段一段开始铣削,然后逐层下挖成槽。 特点:1.不允许泥浆与混凝土掺混形成泥浆夹层;2.确保混凝土与基础以及一、二期混凝土之间的结合;3.连续浇筑,一气呵成。

12. 什么是高压喷射灌浆法?其作用机理有哪些方面?

答:高压喷射灌浆法:利用钻机造孔,然后将带有特制合金喷嘴的灌浆管下到地层预定的位置,以高压把浆液或水、气高速喷射到周围地层,对地层介质产生冲切、搅拌和挤压的作用,同时将浆液置换、充填和混合,待浆液凝固后,就在地层中形成一定形状的凝结体的新的地基处理方法。

作用机理:

1. 冲切搅拌作用:高压喷射流通过对原地层介质的冲击、切割和强烈扰动,使浆液扩散充填地层,并与土石颗粒掺混搅和,硬化后形成凝结体,从而改变原地层结构和组分,达到防渗加固的目的。

2. 升场置换作用:随高压喷射流喷出的压缩空气,不仅对射流的能量有维持作用,而且造成孔内空气扬水的效果,使冲击切割下来的地层细粒和碎屑升扬至孔口,空余部分由浆液代替,起到了置换作用。自凝泥浆?。

3. 挤压渗透作用:高压喷射流的强度随射流距离的增加而衰减,至末端虽不能冲切地层,但对地层任能产生挤压作用,同时,喷射后的静压浆液对地层还产生渗透凝结层,有利于进一步提高抗渗性能。

4. 位移握裹作用:对于地层中的小块石,由于喷射能量大,以及升扬置换作用,浆液可填满石块四周空隙,并将其握裹;对大石块或块石集中区,可使块石产生位移,浆液便深入到空隙中。总之,在高压喷射、挤压、余压渗透以及浆气升串的综合作用下,产生握裹凝结作用,从而形成连续和密实的凝结体。

13. 高压喷射灌浆法有几种方式?有哪些基本施工方法?

答: 高压喷射灌浆按高压喷射的方式分,有旋喷、定喷、摆喷3种方式。

1.旋喷,喷嘴喷射时,边旋转边提升,简称旋喷,可形成圆柱形凝结体;

2.定喷,喷嘴的喷射方向固定,则称定喷,可形成板状凝结体;

3.摆喷,喷嘴喷射时,边提升边摆动,简称摆喷,形成哑铃状或扇形凝结体。 基本施工方法:有单管法、双管法、三管法及多管法等几种。

1.单管法,采用高压灌浆泵以及大于20MPA的高压将浆液从喷嘴喷出,冲击、切割周围地层,并产生搅合、充填作用,硬化后形成凝结体。

2.双管法,有两个管道,分别将浆液和压缩空气直接射入地层,浆压达45~50MPA,气压1~1.5MPA。

3.三管法,用水管、气管和浆管组成喷射杆,水、气的喷嘴在上,浆液的喷嘴在下,随着喷射杆的旋转和提升,先由高压水和气的射流冲击扰动地层,再以低压注入浓浆进行掺混搅拌。

4.多管法,其喷管包含输送水、气、浆管、泥浆排出管和探头导向管。

逆筑法施工
篇三:自凝泥浆?

“逆筑法”施工工艺

“封闭式逆筑法”是首先施工地面一层的梁板结构,该层楼板上要预留挖土用洞口,然后再进行地下一层的挖土,同时地上结构可以开始施工,实现地下、地上两个方向的同时施工。因此,“封闭式逆筑法”向上和向下施工的分界线是地面层±0.00处。

“明暗结合式逆筑法”的最次特点是地下室一层的土方采用大开口明挖,施工效率较高。地下一层土方开挖后,施工地下一层的楼面结构、地面一层的楼面结构,当形成二层楼板加外墙、中柱的箱形结构后,上部结构与地下室就可以同时向上下二个方向施工。

1.中间支承柱施工

中间支承柱(中柱桩)的作用,是在“逆筑法”施工期间,在地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载;在地下室底板浇筑后,与底板连接成整体作为地下室结构的一部分,将上部结构及承受的荷载传递给地基,因此,中间支承柱是地下室结构的永久承力柱。

逆筑法中间支承柱图

逆筑法中间支承柱图

中间支承柱底板以下部分多用灌注桩形式,底板以上部分多为钢管柱或型钢柱,后来再包裹混凝土作为正式地下室柱,从地面层向上一般是将钢柱再转换成混凝土柱。

一般情况下,每根工程桩承受一根柱传来的荷载,但是如果结构跨度大,工程桩承载力小,逆作法时就不能采用一柱一桩,而需采用一柱多桩,即一个工程柱在逆作施工时,加做三根、四根工程桩上的临时钢柱。这种做法虽解决了工程桩承载力有限的问题,但同时也使成本与施工难度增大。研制开发巨型桩是提高单桩承载力的根本途径之一,那样就可以保证一柱一桩,而且上部结构施工速度取消限制,可进一步缩短总工期。

中间支承柱一般布置在柱子位置或纵横墙相交处,施工时其轴线位置与垂直度必须严格控制,要求偏差在20n加以内。中间支承柱要按下部工程桩的种类设计专用定位器并采取相应的定位措施。如果桑是钻孔灌注桩要适当扩大钻孔,钢筋笼固定立柱要全方位测量垂直度,定位下放,并用临时支架固定后再浇灌混凝土。

图1-79是用反循环钻孔灌注桩施工方法浇筑中间支承柱的施工过程示意图。用反循环潜水电钻钻孔后,吊放铜管,吊放后要用定位装置调整其位置,确保钢管位置的准确。为使钢管下部与现浇混凝土柱能较好地结合,可在钢管下端加焊接向分布的钢筋。钢管内插入浇筑混凝土用的导管,开始浇灌混凝土;混凝土柱的顶端一般高出底板30mm左右,高出部分浇筑底板时凿除,以保证底板与中间支承柱连成一体。混凝土浇筑完毕后,吊出导管。由于钢管外面不浇筑混凝土,钻孔上段中的泥浆需进行固化处理,以便在开挖土方时,防止泥浆流淌,恶化施工环境。泥浆的固化处理方法是将水泥直接投入钻孔内,然后用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌,形成自凝泥浆,使其自凝固化。

中间支承柱还可以用大直径套管灌注桩的施工方法施工,亦有用挖孔桩的施工方法进行施工的,还可用大直径钢管桩作为中间支承桩。

2.地下室结构浇筑

根据“逆作法”,的施工特点,地下室结构不论是哪种结构型式都是由上而下分层浇筑的。地下室结构的浇筑方法有两种:

(1)利用土模浇筑梁板

对于地面梁板或地下各层梁板,挖至其设计标高后,将土面整平夯实,浇筑一层厚约50mm的素混凝土(土质好抹一层砂浆亦可),然后刷一层隔离层,即成楼板模板。对于梁模板,如土质好可用土胎模,按梁断面挖出槽穴即可。如土质较差可用模板搭设梁模板如土质较差亦可在垫层上弹线后铺底模浇筑梁板,要求浇筑后沉陷≤2mm。

至于柱头模板,施工时先把柱头处的土挖出至梁底以下500mm左右处,设置柱子的施工缝模板,为使下部柱子易于浇筑,该模板宜呈斜面安装,柱子钢筋通穿模板向下伸出接头长度,在施工缝模板上面组立柱头模板与梁模板相连接。如土质好柱头可用土胎模,否则就用模板搭设。下部柱子挖出后搭设模板进行浇筑。

(2)利用支模方式浇筑梁板

用此法施工时,先挖去地下结构一层高的土层,然后按常规方法搭设梁板模板,浇筑梁板混凝土,再向下延伸竖向结构。为此。需要解决两个问题,一个是设法减少梁板支撑的沉降和结构的变形;另一个是解决竖向构件的上、下连接和混凝土浇筑。

为了减少楼板支撑的沉降和结构变形,施工时除降水质量保证外还需对土层采取措施进行临时加固。加固的方法:可以浇筑一层素混凝土,以提高土层的承载能力和减少沉降,待墙、梁浇筑完毕,开挖下层土方时随土一同挖去;另一种加固方法是铺设砂垫层,自凝泥浆?。

上铺枕木以扩大支承面积,这样上层柱子或墙板的钢筋可插入砂垫层,以便与下层后浇筑结构的钢筋连接。有时还可用其吊模板的措施来解决模板的支撑问题。

楼盖混凝土浇筑后要达到设计强度的60%、且≥C25时,方可拆除楼盖模板,挖下层的土。

“逆作法”施工时柱、墙混凝土的浇筑,由于混凝土是从顶部的侧面人仓,为便于浇筑需在楼盖上预留≯200ram的浇筑孔。

竖向柱、墙内受力钢筋的连接,可用电焊或锥螺纹套筒连接,上面柱、墙内和插筋要穿过施工缝处的钢板网,插筋的平面位置偏差要小于±5mm,相邻钢筋接头按规范规定错开。

(3)地下挖土

在封闭情况下,地下挖土难度大,不仅是影响工期的关键因素,而且挖土是产生大体变形的主要原因,也是施工安全的关键。因此,要预先部署好挖土作业流程及运输车辆路线,由信息化施工统一控制挖土位置和速度,提高挖土效率。

“逆筑法”施工工艺原理及优缺点浅谈
篇四:自凝泥浆?

“逆筑法”施工工艺原理及优缺点浅谈

【内容提要】伴随着城市轨道交通工程建设一轮又一轮的高潮,其施工工艺及与周边的的影响等各方面因素也在不断提升和显现,“逆筑法”之所以脱颖而出,与其自身的施工工艺特点及优越性是分不开的。

【关键词】逆筑法 工艺 优缺点

“逆筑法”是施工高层建筑、多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。传统的施工多层地下室的方法是开敞式施工,即大开口放坡开挖,或用支护结构围护后垂直开挖,挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板,再由下而上逐层施工各层地下室结构,待地下结构完成后再进行地上结构施工。 对于深度大的多层地下室,用上述传统方法施工存在一些问题。首先支护结构的设置存在一定困难,由于基坑很深,支护结构的挡墙长度很大,费用增加,尤其是基坑内部支护结构的支撑用量大,一方面需用大量大规格的钢材,另一方面也增加了地下结构施工的难度;其次如用井点设备降低地下水时,水位的降低会引起土体固结,使周围地面产生降沉,如不采取特殊措施,亦会危及基坑附近的建筑物、地下管线和道路。深基坑的开挖,基坑的变形和周围地面的沉降是施工中急待解决的问题之一。自凝泥浆?。

实践证明,利用“逆筑法”施工开挖深度大的多层地下结构是十分有效的。“逆筑法”的工艺原理是:先沿建筑物地下室轴线(地下连续墙也是地下室结构承重墙)或周围(地下连续墙等只用作支护结构)施工地下连续墙或其他支护结构,同时在建筑物内部的有关位置(柱子或隔墙相交处等,根据需要计算确定)浇筑或打下中间支承柱,作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构,作为地下连续墙刚度很大的支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底。与此同时,由于地面一层的楼面结构已完成,为上部结构施工创造了条件,所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。这样地面上、下同时进行施工(图4-2-18 ),直至工程结束。但在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前,地面上的上部结构允许施工的层数要经计算确定。

图 4-2-18 “逆筑法”的工艺原理

1-地下连续墙;2-中间支撑柱;3-地面层楼面结构;4-底板

“逆筑法”施工,以地面一层楼面结构是封闭还是敞开,分为“封闭式逆筑法”和“开敞式逆筑法”。前者可以地面上、下同时进行施工;后者上部结构不能与地下结构同时进行施工,只是地下结构自上而下逐层施工。

与传统施工方法比较,用“逆筑法”施工多层地下室有下述优点:

1. 缩短工程施工的总工期

带多层地下室的高层建筑,如采用传统方法施工,其总工期为地下结构工期加地上结构工期,再加装修等所占之工期。而用“逆筑法”施工,一般情况下只有-1层占绝对工期,其他各层地下室可与地上结构同时施工,不占绝对工期,因此可以缩短工期的总工期。如日本读卖新闻社大楼,地上9层,地下6层,用“封闭式逆筑法”施工,总工期只22个月,比传统施工方法缩短工期6个月。又如有6层地下室的法国巴黎拉弗埃特百货大楼,用逆筑法施工,工期缩短1/3。地下结构层数愈多,用逆筑法施工则工期缩短愈显著。

2. 基坑变形小,相邻建筑物等沉降少

采用“逆筑法”施工,是利用逐层浇筑的地下室结构作为周围支护结构地下连续墙的内部支撑。由于地下室结构与临时支撑相比刚度大得多,所以地下连续墙在侧压力作用下的变形就小得多。此外,由于中间支承柱的存在使底板增加了支点,浇筑后的底板成为多跨连续板结构,与无中间支承柱的情况相比跨度减小,从而使底板的隆起也减少。因此,“逆筑法”施工能减少基坑变形,使相邻的建(构)筑物、道路和地下管线等的沉降减少,在施工期间可保证其正常使用。表3-7是用“逆筑法”施工的德意志联邦银行大楼与相同深度、用地下连续墙作支护结构、用五层土锚拉结的以传统方法施工的原联邦德国国家银行总部大楼的施工变形比较,由此可以清楚地看出,用“逆筑法”施工的结构变形小得多。

表4-2-2 “逆筑法”施工与传统方法施工的变形比较

3. 使底板设计趋向合理

钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。用传统方法施工时,底板浇筑后支点少,跨度大,上浮力产生的弯矩值大,有时为了满足施工时抗浮要求而需加大底板的厚度,或增强底板的配筋。而当地下和地上结构施工结束,上部荷载传下后,为满足抗浮要求而加厚的混凝土,反过来又作为自重荷载作用于底板上,因而使底板设计不尽合理。用“逆筑法”施工,在施工时底板的支点增多,跨度减

小,较易满足抗浮要求,甚至可减少底板配筋,使底板的结构设计趋向合理。

4. 可节省支护结构的支撑

深度较大的多层地下室,如用传统方法施工,为减少支护结构的变形需设置强大的内部支撑或外部拉锚,不但需要消耗大量钢材,施工费用亦相当可观。如上海电信大楼的深11m、地下3层的地下室,用传统方法施工,为保证支护结构的稳定,约需临时钢围檩和钢支撑1350t。而用“逆筑法”施工,土方开挖后利用地下室结构本身来支撑作为支护结构的地下连续墙壁,可省去支护结构的临时支撑。

“逆筑法”是自上而下施工,上面已覆盖,施工条件较差,且需采用一些特殊的施工技术,保证施工质量的要求更加严格。

二、“逆筑法”施工技术

根据上述“逆筑法”的工艺原理可知,“逆筑法”的施工程序是:中间支承柱和地下连续墙施工→地下室-1层挖土和浇筑其顶板、内部结构→从地下室-2层开始地下室结构和地上结构同时施工(地下室板浇筑之前,地上结构允许施工的高度根据地下连续墙和中间支承柱的承载能力确定)→地下室底板封底并养护至设计强度→继续进行地上结构施工,直至工程结束。

地下连续墙前面已详述,此处只简单介绍中间支承柱和地下室结构的施工特点。

(一) 中间支承柱施工

中间支承柱的作用,是在“逆筑法”施工期间,于地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载;在地下室底板浇筑后,与底板连接成整体,做为地下室结构的一部分,将上部结构及承受的荷载传递给地基。

中间支承柱的位置和数量,要根据地下室的结构布置和制定的施工方案详细考虑后经计算确定,一般布置在柱子位置或纵、横墙相交处。中间支承柱所承受的最大荷载,是地下室已修筑至最下一层、而地面上已修筑至规定的最高层数时的荷载。因此,中间支承柱的直径一般比设计的较大。由于底板以下的中间支承柱要与底板结合成整体,多做成灌注桩形式,其长度亦不能太长,否则影响底板的受力形式,与设计的计算假定不一致。亦有的采用预制桩(钢管桩等)作为中间支承柱。采用灌注桩时,底板以上的中间支承柱的柱身,多为钢筋混凝土柱或H型钢柱,断面小而承载能力大,而且也便于与地下室的梁、柱、墙、板等连接。

由于中间支承柱上部多为钢柱,下部为混凝土柱,所以,多采用灌注桩方法进行施工。

在泥浆护壁下用反循环或正循环潜水电钻钻孔时(图4-2-19 ),顶部要放护筒。钻孔后吊放钢管,钢管的位置要十分准确,否则与上部柱子不在同一垂线上对受力不利,因此钢管吊放后要用定位装置调整其位置。钢管的壁厚按其承受的荷载计算确定。利用导管浇筑混凝土,钢管的内径要比导管接头处的直径大50~100mm。而用钢管内的导管浇筑混凝土时,超压力不可能将混凝土压上很高,

所以钢管底端埋入混凝土不可能很深,一般为1m左右。为使钢管下部与现浇混凝土柱能较好的结合,可在钢管下端加焊竖向分布的钢筋。混凝土柱的顶端一般高出底板面30mm左右,高出部分在浇筑底板时将其凿除,以保证底板与中间支承柱联成一体。混凝土浇筑完毕吊出导管。由于钢管外面不浇筑混凝土,钻孔上段中的泥浆需进行固化处理,以便在清除开挖的土方时,防止泥浆到处流淌,恶化施工环境。泥浆的固化处理方法,是在泥浆中掺入水泥形成自凝泥浆,使其自凝固化。水泥掺量约10%,可直接投入钻孔内,用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌,使水泥与泥浆很好地拌合。

图4-2-19 泥浆护壁用反循环钻孔灌注桩施工方法浇筑中间支承柱

(a)泥浆反循环钻孔;(b) 吊放钢管、浇筑混凝土;(c) 形成自凝泥浆

1-补浆管;2-护筒;3-潜水电钻;4-排浆管;5-混凝土导管;6-定位装置;7-泥浆;8-钢管;9-自凝泥浆;10-混凝土桩

中间支承柱亦可用套管式灌注桩成孔方法(图4-2-20 ),它是边下套管、边用抓斗挖孔。由于有钢套管护壁,可用串筒浇筑混凝土,亦可用导管法浇筑,要边浇筑混凝土边上拔钢套管。支承柱上部用H型钢或钢管,下部浇筑成扩大的桩头。混凝土柱浇至底板标高处,套管与H型钢间的空隙用砂或土填满,以增加上部钢柱的稳定性。中间支承柱亦有用挖孔桩施工方法进行施工的。

图4-2-20 中间支承柱用大直径套管式灌注桩施工

(a) 成孔;(b) 吊放H型钢、浇筑混凝土;(c) 抽套管、填砂

1-套管;2-抓斗;3-混凝土导管;4-H型钢;5-扩大的桩头;6-填砂;7-混凝土桩

在施工期间要注意观察中间支承柱的沉降和升抬的数值。由于上部结构的不断加荷,会引起中间支承柱的沉降;而基础土方的开挖,其卸载作用又会引起坑底土体的回弹,使中间支承柱升抬。要求事先精确地计算确定中间支承柱最终是沉降还是升抬以及沉降或升抬的数值,目前还有一定的困难。

图4-2-21 中间支承柱布置

图4-2-21 为某工程“逆筑法”施工时中间支承柱的布置情况。其中支承柱为大直径钻孔灌注桩,桩径2m,桩长30m,共35根。

(二) 地下室结构浇筑

根据“逆筑法”的施工特点,地下室结构不论是哪种结构型式都是由上而下分层浇筑的。地下室结构的浇筑方法有两种:

1. 利用土模浇筑梁板

图4-2-22 逆筑法施工时的梁、板模板

(a) 用钢模板组成梁模;(b) 梁模用土胎膜

1-楼板面;2-素混凝土层与隔离层;3-钢模板;4-填土

对于地面梁板或地下各层梁板,挖至其设计标高后,将土面整平夯实,浇筑一层厚约50mm的素混凝土(地质好抹一层砂浆亦可),然后刷一层隔离层,即成楼板模板。对于梁模板,如土质好可用土胎模,按梁断面挖出槽穴(图22b )即可,如土质较差可用模板搭设梁模板(图22a )。

至于柱头模板如图4-2-23 所示,施工时先把柱头处的土挖出至梁底以下500mm左右处,设置柱子的施工缝模板,为使下部柱子易于浇筑,该模板宜呈斜面安装,柱子钢筋通穿模板向下伸出接头长度,在施工缝模板上面组立柱头模板与梁模板相连接。如土质好柱头可用土胎模,否则就用模板搭设。下部柱子挖出后搭设模板进行浇筑。

图4-2-23 柱头模板与施工缝

1-楼板面;2-素混凝土层与隔离层;3-柱头模板;4-预留浇筑孔;

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