高速铁路桥梁明挖基础施工2

高速铁路桥涵施工与维护高速铁路桥涵施工与维护Chap3 Chap3 明挖基础施工明挖基础施工20192019年年9 9月月4 4日日一、桥梁基础施工的重要性一、桥梁基础施工的重要性 基础作为桥梁结构物的一个重要组成部分，它起着支承桥基础作为桥梁结构物的一个重要组成部分，它起着支承桥跨结构，保持体系稳定，把上部结构、墩台自重及车辆荷载传跨结构，保持体系稳定，把上部结构、墩台自重及车辆荷载传递给地基的重要作用。递给地基的重要作用。二、桥梁基础的一般形式二、桥梁基础的一般形式 桥梁的常用基础形式有桥梁的常用基础形式有明挖基础明挖基础、钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土条形基础、桩基础桩基础、沉井基础沉井基础、地下连续墙基础地下连续墙基础、组合式基础组合式基础等，其中明等，其中明挖基础、桩基础、组合式基础应用最为广泛，本课程将详细介挖基础、桩基础、组合式基础应用最为广泛，本课程将详细介绍绍明挖基础明挖基础和和桩基础桩基础。前言明挖基础的类型和结构无支护明挖基础施工支撑法明挖基础施工喷射混凝土护壁法基坑明挖施工土石围堰法明挖基础施工钢板桩围堰施工一、支撑法明挖基础施工地基与基础的基本概念：一、支撑法明挖基础施工支撑法基坑明挖施工方法支撑法基坑明挖施工方法适用于适用于以下施工条件：以下施工条件：（1 1）基坑坑壁土质不良，并有地下水的影响；）基坑坑壁土质不良，并有地下水的影响；（2 2）放坡开挖工程量过大；）放坡开挖工程量过大；（3 3）受施工场地或邻近建筑物限制，不能放坡。）受施工场地或邻近建筑物限制，不能放坡。利用组合式利用组合式钢结构构件钢结构构件作为支护构件，适用性广，可以在作为支护构件，适用性广，可以在各种各种地质情况地质情况和和复杂周边环境下复杂周边环境下使用；施工速度快；支撑形式多样；计使用；施工速度快；支撑形式多样；计算理论成熟；可拆卸重复利用，节省投资。算理论成熟；可拆卸重复利用，节省投资。一、支撑法明挖基础施工本工艺本工艺主要作业内容主要作业内容：1.1.施工准备施工准备2.2.支撑方案的设计支撑方案的设计3.3.测量放线测量放线4.4.外部引截排水外部引截排水5.5.基坑开挖基坑开挖6.6.支撑的施作支撑的施作7.7.坑内排水坑内排水8.8.基坑清理基坑清理9.9.基坑检查及报验等基坑检查及报验等1 1、施工机械及工艺装备：、施工机械及工艺装备：基坑开挖时在基坑开挖时在没有安装支撑前没有安装支撑前，可以采用挖掘机开挖。，可以采用挖掘机开挖。坑壁坑壁安装支撑后安装支撑后，改为人工风镐、铁锹、吊斗等机具开挖。，改为人工风镐、铁锹、吊斗等机具开挖。在条件许可时，可以采用长臂挖掘机开挖。在条件许可时，可以采用长臂挖掘机开挖。一、支撑法明挖基础施工一、支撑法明挖基础施工2 2、施工准备：、施工准备：（1 1）基坑开挖前必须做好）基坑开挖前必须做好施工测量施工测量，测定桥墩、台的中心柱、基础，测定桥墩、台的中心柱、基础纵横边和中线以及临时水准基点。同时还必须做好端面测量，放出基纵横边和中线以及临时水准基点。同时还必须做好端面测量，放出基坑边桩，经核对无误后，方可施工。坑边桩，经核对无误后，方可施工。（2 2）按照基坑施工要求，）按照基坑施工要求，清除清除地面堆土及防碍基坑开挖的地面堆土及防碍基坑开挖的障碍物障碍物；对受开挖影响的架空线和地下管线，应采取迁改和保护。对受开挖影响的架空线和地下管线，应采取迁改和保护。（3 3）根据施工图提供的）根据施工图提供的地质、水文资料地质、水文资料并并结合现场具体条件结合现场具体条件制定基制定基坑开挖和支撑方案，坑开挖和支撑方案，编制施工组织设计编制施工组织设计和和施工工艺设计施工工艺设计。（4 4）基坑开挖前还必须搞好）基坑开挖前还必须搞好防水排水防水排水工作，应在基坑顶部边缘外四工作，应在基坑顶部边缘外四周挖好放水周挖好放水排水沟排水沟拦截雨水。若基坑在低凹处和河床中，为了排干积拦截雨水。若基坑在低凹处和河床中，为了排干积水，必须准备足够的排水机具。水，必须准备足够的排水机具。（5 5）编制工序质量控制设计、作业指导书和操作规程、组织技术交）编制工序质量控制设计、作业指导书和操作规程、组织技术交底和技术培训。底和技术培训。一、支撑法明挖基础施工3 3、施工流程、施工流程一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序a)a)挡板支撑方案的设计挡板支撑方案的设计 支撑方案的选择和支撑方案的选择和地质状况地质状况、基坑开挖深度基坑开挖深度有关，选择适当有关，选择适当的支撑方式可以给工程带来较好的效益，若施工图无特殊要求，的支撑方式可以给工程带来较好的效益，若施工图无特殊要求，可参考可参考下表选择。下表选择。挡板支撑，可采用横、竖向挡板与钢（木）框架支撑坑壁。挡板支撑，可采用横、竖向挡板与钢（木）框架支撑坑壁。基坑每层开挖深度，应根据地质情况确定，一般不宜超过基坑每层开挖深度，应根据地质情况确定，一般不宜超过1.5m1.5m，边挖边支撑。边挖边支撑。土的土的类别类别地下水情况地下水情况基坑深度基坑深度1.51.53.0 3.06.06.06.0支撑方式支撑方式砂砾土砂砾土天然湿度一般不设支撑，在特殊情况下设间隔板撑疏撑疏撑一般设一般设竖向密竖向密撑（即撑（即满堂撑满堂撑板或板板或板桩式支桩式支撑）撑）少量地下水密撑密撑黏土、亚黏土黏土、亚黏土天然湿度井撑疏撑高湿度和少量地下水疏撑疏撑亚砂土亚砂土天然湿度井撑疏撑高湿度和少量地下水疏撑密撑大量地下水密撑板桩细砂细砂天然湿度断续板撑或无井撑疏撑少量地下水连续板撑板撑板桩淤泥淤泥 板撑板撑板桩板桩一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序a)a)挡板支撑方案的设计挡板支撑方案的设计 挡板支撑方案的选择挡板支撑方案的选择使用条件：使用条件：坑深、土方量大坑深、土方量大 、场地窄、场地窄 、土、土 松松 、水大。、水大。加固方式加固方式：挡板支撑、喷射混凝土挡板支撑、喷射混凝土 、混凝土围圈等、混凝土围圈等 。一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计横挡板支撑竖挡板支撑框架式一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计大面积基坑支撑一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计 挡挡板板支支护护有有垂垂直直挡挡板板式式和和水水平平挡挡板板式式两两种种。上上图图为为水水平平挡挡板板与与垂垂直直挡挡板板混混合支护的形式合支护的形式：即上层按水平挡板连续支护至一定深度后改为按垂直挡板。：即上层按水平挡板连续支护至一定深度后改为按垂直挡板。挡挡板板支支护护坑坑壁壁土土压压按按朗朗基基土土压压公公式式计计算算，一一般般不不计计与与挡挡板板间的摩擦力。间的摩擦力。一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计主动土压：Eahtan2(45-/2)被动土压：Ep=htan2(45+/2)式中坑壁土的平均容重；坑壁土平均内摩擦角；h基坑深度A、水平挡板式连续支护计算一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计1）、对于水平挡板：在挡板中处于最下一块的挡板受力最大，其厚度亦应为最大。因此可仅计算最下层挡板受力即可。为保证安全，将其简化为简支梁，最下层按承受主动土压力计算。计算可得挡板所需厚度为d=式中 d水平挡板厚度；b水平挡板宽度；W挡板的端面模量，即WMmax/w；w水平挡板木料容许顺纹弯曲应力（MPa）；Mmax水平挡板在垂直立木方向之间跨中最大弯矩，而Mmaxb Ea L2/8L垂直立木间距；E主动土压力。A、水平挡板式连续支护计算一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计2）、对于立木：当坑壁只设两层撑木时，立柱所承受的最大弯矩发生在距上端支点距离为0.578L1（m）的截面上，最大弯矩为Mmax0.0642 q1 L12立木最大应力为maxMmax/Ww式中q1下端承受土压力，q=L EaL1两层支撑点的距离W立木端面模量，WMmax/w当坑壁设多层撑木时，按最下一跨L1控制，最大弯矩为Mmaxq L12/8式中q均布荷载，qq1 LL1立木最下两支撑点间的跨距，则WMmax/wd（立木尺寸）A、水平挡板式连续支护计算一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计3）、对于撑木：撑木为承受支点反力的压杆，按轴心受压验算其强度和稳定性。轴心受压公式：aN/Ajia式中N计算轴力，一般取支撑木上、下跨径各一半之和，即Ni=(qi-1li-1+qili)/2Aij受压构件的净截面积，计算时应将分布在15cm长度上的缺孔、齿槽投影在同一截面上扣除。a木材容许顺纹压应力。轴心受压稳定性按公式：aN/Ajia式中纵向弯曲系数，当撑木的细长比80时，1.02-0.55A、水平挡板式连续支护计算一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计 当撑木的细长比80时，构件细长比，而式中受力构件计算长度；计算截面回转半径，而式中毛截面对其重心轴的惯性矩；毛截面的面积B B、垂直挡板式支护计算、垂直挡板式支护计算 横撑按等间距布置时，承受土的水平压力，可取最下一跨的板进行计算，横撑按等间距布置时，承受土的水平压力，可取最下一跨的板进行计算，计算方法与连续水平挡板基本相同。计算方法与连续水平挡板基本相同。一、支撑法明挖基础施工4 4、支撑法基坑明挖施工工序、支撑法基坑明挖施工工序b b）挡板支护设计）挡板支护设计一、支撑法明挖基础施工4.14.1、支撑的施作、支撑的施作木材选择：木材选择：质量良好的质量良好的针叶材，如松木、衫针叶材，如松木、衫木木，不宜使用，不宜使用杂木杂木。楔块、垫木宜用。楔块、垫木宜用硬木硬木。支撑检查：支撑检查：坑壁土压因土的湿度增大而变大，坑壁土压因土的湿度增大而变大，可能影响支撑的变形，故应随时检查，防止出可能影响支撑的变形，故应随时检查，防止出现受力不均和应力集中等情况。现受力不均和应力集中等情况。换移支撑：换移支撑：应先设新撑再拆除旧撑。支撑施工时应先考虑应先设新撑再拆除旧撑。支撑施工时应先考虑完工后完工后拆除次序拆除次序，一般应按立木或直挡板，一般应按立木或直挡板自下而上分段分自下而上分段分层层逐步进行，拆除一段（或一层）并经逐步进行，拆除一段（或一层）并经夯实夯实后再拆除一段后再拆除一段（或一层），直至地面。（或一层），直至地面。一、支撑法明挖基础施工4.24.2、基坑开挖、基坑开挖1 1）开挖方法）开挖方法2 2）挡板支撑护壁应注意的问题挡板支撑护壁应注意的问题采用采用人工开挖或机械开挖人工开挖或机械开挖，分层开挖，人工开挖的分层厚度，分层开挖，人工开挖的分层厚度不大于不大于1m1m。机械开挖的分层厚度不大于。机械开挖的分层厚度不大于1.5m1.5m，c)c)机机械械开开挖挖、吊吊斗斗出出土土和和爆爆破破作作业业，应应有有防防护护措措施施，不不得得碰碰撞、损坏支护结构。撞、损坏支护结构。a)a)支支撑撑挡挡板板，根根据据土土质质并并检检算算确确定定支支撑撑间间距距、分分层层开开挖挖厚厚度度、边挖边支边挖边支。b)b)支支撑撑结结构构应应专专人人检检查查，每每天天检检查查1 12 2次次，发发现现变变形形，及及时时加固或更换构件。更换构件时应先撑后拆。加固或更换构件。更换构件时应先撑后拆。一、支撑法明挖基础施工4.34.3、支撑拆除、支撑拆除 支支撑撑拆拆