地下建筑工程逆作法技术规程.doc
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1、地下建筑工程逆作法技术规程6 逆作法设计设计原则 地下工程逆作法结构设计应采用以分项系数表达的极限状态设计表达式进行设计。 逆作法结构设计极限状态可分为以下两类:1 承载力极限状态:对应于逆作法结构达到结构最大承载力或土体失稳、过大变形导致支护结构破坏或周边环境破坏。2 正常使用极限状态:逆作法结构的变形已经影响了今后作为主体结构的正常使用或妨碍地下室结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。 逆作法结构设计应分部位根据结构破坏可能产生的后果采用不同的安全等级及结构的重要性系数:1 基坑外围护(支护)结构根据表选用相应的侧壁安全等级和重要性系数。基坑侧壁安全等级和重要性系数 表安全等级破坏后果
2、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严重二级支护结构破坏、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重 2内支承结构以及可能作为主体结构的一部分的地下连续墙结构应按照上部建筑结构的安全等级,根据表选用相应的结构安全等级和重要性系数。建筑结构安全等级和重要性系数 表安全等级破坏后果0一级很严重二级严重三级不严重 3内支承结构安全等级和重要性系数应按施工与使用两个阶段的结构形式分开采用,如果结构形式相同情况下 验算工况交叉时应按上述两条规定选用较高的结构安全等级和重要性系数。 地下工
3、程逆作法结构设计时的荷载组合应按下列规定:1计算围护结构的土压力、水压力、稳定及滑移推力时,荷载效应应按承载力极限状态下的荷载效应的基本组合,但其分项系数均为1.0。2在计算围护结构的内力、配筋和截面强度验算以及内支撑的水平和竖向结构的内力、配筋和截面强度验算时,上部结构传来的荷载效应和相应的地基反力及这部分结构所直接承受的施工荷载效应应按承载力极限状态下的荷载效应的基本组合,采用相应的分项系数均。3 当需要验算围护结构的裂缝宽度和变形时,应按正常使用极限状态荷载效应的标准组合。4计算围护结构及内支撑结构的竖向沉降变形时,传至基础底面的荷载效应按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合,不应计
4、入风荷载和地震作用。5正常使用承载力极限状态下,荷载效应控制的标准组合设计值Sk,应用下式表达: (-1)式中 SGk按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值; SQik按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值; 可变荷载Qi的组合系数,按现行建筑结构荷载规范GB 50009的规定取值。正常使用承载力极限状态下,荷载效应准永久组合值Sk,应用下式表达: (-2) 式中准永久值系数,按现行建筑结构荷载规范GB 50009的规定取值。承载力极限状态下,由可变荷载效应控制的基本组合设计值S,应用下式表达: (-3)式中 G永久荷载的分项系数,按现行建筑结构荷载规范GB 50009的规定取值。 Qi第i个可
5、变荷载的分项系数,按现行建筑结构荷载规范GB 50009的规定取值。承载力极限状态下,对由永久荷载效应控制的基本组合,也可采用简化规则,荷载效应的基本组合设计值S,应用下式表达:kR (-4) 式中 R结构构件抗力的设计值,按有关建筑结构设计规范的规定确定; Sk荷载效应的标准组合值。 逆作法设计应考虑支护结构的水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响,还应该考虑内支撑结构及外围护结构今后作为主体结构使用对水平和竖向变形的要求。对基坑安全等级一级以及对周边环境变形有限定的二级建筑基坑侧壁,应预先确定对支护结构水平变形的限值。 当场地内有地下水时,应根据场地及周边区域的工程地质条件
6、、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础形式等因素,确定地下水控制方法。当场地有地表水汇流、排泄、地下水管渗漏时,应对基坑采取保护措施。 根据承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要求,逆作法设计应按下列规定进行计算和验算:1 逆作法结构设计均应进行承载力极限状态的计算,计算内容应包括:1) 根据基坑围护的形式及其受力特点进行基坑内外土体的稳定性计算,包括整体失稳、滑移、抗倾覆和抗隆起计算;2) 基坑外围护结构应分阶段对施工期间和今后作为主体结构的地下室外墙或外墙的一部分的不同的安全等级要求和受力特点对其进行受压、受弯、受剪承载力计算。3) 逆作法施工期间,根据围护内支撑结构的形式及受力特
7、点,对其进行承载力计算和稳定性验算。4) 逆作法施工结束后,考虑围护支撑结构的形式及其变化及上部结构继续施工和正常使用时的受力特点,对其结构进行承载力计算和稳定性及裂缝验算。2 逆作法结构设计还应进行正常使用极限状态的计算,计算内容应包括:1) 基坑外围护结构应分阶段对施工期间和今后作为主体结构的地下室外墙或外墙的一部分的不同的安全等级要求和受力特点对其抗裂(裂缝宽度)计算。2) 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。3) 逆作法外围护结构如果作为地下室的外墙使用,必须设计确定其竖向变形,保证其与主体结构的变形协调,还必须考虑其与
8、主体结构的连接设计。4) 逆作法内支撑结构的竖向临时结构的设计必须考虑其地基沉降变形和竖向沉降变形,应能满足今后作为主体结构或结构构件的一部分时的受力和变形的要求。3 抗渗透稳定性验算;1) 地下水控制计算与验算: 2) 基坑底突涌稳定性验算;3) 根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算。 逆作法结构设计的内容应包括对地下室梁、板、墙和围护结构的计算和验算、质量检测及施工监控的要求。6.1.9 逆作法结构设计应明确结构各部分的施工顺序、步骤及施工进度;并制定挖土、取土、运土的施工方案。(强制性标准)【】逆作法应确定结构各部分的施工顺序、步骤及施工进度,依据此才可确定结构设计的各个工况,明
9、确了每个工况对应的结构形式、荷载;施工进度要特别规定防止机械挖土出现超挖,土压力超过围护支撑结构抗力,危及结构安全,运土的重量也是结构设计必须考虑的荷载。 逆作法内支撑结构的计算应按下列规定计算:1. 逆作法施工阶段支撑体系应按支撑体系与外围护结构的空间作用协同分析方法,计算支撑体系及围护结构的内力与变形;2. 支撑结构作为主体结构构件或构件的一部分,还必须按照逆作法的施工方法和施工的步骤确定工况,采用空间作用的整体分析方法,计算支撑体系及外围护结构的内力和变形,并应充分考虑到两个阶段构件的内力与变形的叠加情况。3. 支撑体系竖向荷载设计值应包括逆作法施工阶段时构件自重及施工荷载,以及作为永久
10、结构使用阶段的所有荷载:包括结构自重、 静止土压力、建筑使用荷载以及风荷载和地震作用。6111根据逆作法施工方案、采用的机械设备,取土及运输车辆,考虑地下室顶板和基坑四周的施工荷载和堆载进行设计荷载组合,尚应考虑在施工荷载超载时,结构容许采用临时支撑保证基坑安全与稳定。 逆作法的围护结构施工设计应满足工艺及环境保护要求,并根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备、上部结构的情况、逆作法施工条件、挖土顺序、取土条件和施工季节等选用逆作法及其围护结构,一般逆作法的围护结构包括排桩、地下连续墙、土钉墙。以下为逆作法的围护结构分类: 密排桩 桩墙合一桩作为临时围护结构一般逆作法的围
11、护结构 地下连续墙 带衬墙 内衬墙与地下连续墙共同作用 内衬墙作为内围护仅起防水作用 不带衬墙土钉墙621 围护结构的水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定,无经验时可按下列规定计算(图) 图.1 水平荷载标准值计算简图1. 对于碎石土和砂土:1) 当计算点位于地下水位以上时: (1)2) 当计算点位于地下水位以下时: (2)式中 第i层的主动土压力系数,可按本规程第条规定计算;作用于深度处的竖向应力标准值,可按本规程第条规定计算;三轴试验(当有可靠经验时可采用直接剪切试验)确定的第I层土固结不排水(快)剪粘聚力标准值;计算点深度;计算参数,zjh时,取zjh时,取h;基坑外侧水位深度;计
12、算系数,当h时,取1,当h时,取零;水的重度。2. 对于粉土及粘性土: (3)3 当按以上规定计算的基坑开挖面以上的水平荷载标准值小于零时,应取零。622基坑外侧竖向应力标准值ajk可按下列规定计算:ajk=rk+0k+lk (-1)1. 计算点深度Zj处的自重竖向应力rk1) 计算点位于基坑开挖面以上时: (-2) 式中 mj深度Zj以上土的加权平均天然重度。2) 计算点位于基坑开挖面以下时: (-3) 式中 mh开挖面以上土的加权平均天然重度。2 当支护结构外侧地面作用满布附加荷载q0时(图-1),基坑外任意深度附加竖向应力标准值0k可按下式确定。0k=q0 (-4) 3 当距支护结构b1
13、处外侧,地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时(图-2), 基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值lk可按下式确定: (-5) 4.上述基坑外侧附加荷载作用于地表以下一定深度时,将计算点深度相应下移,其竖向应力也可按上述规定确定。623 第i层土的主动土压力系数Kai应按下式计算: ()式中三轴试验(当有可靠经验时可采用直接剪切试验)确定的第i 层土固结不排水(快)剪内摩擦角标准值。624 基坑内侧水平抗力标准值epjk宜按下列规定计算(图)图6.2.4水平抗力标准值计算图1 对于砂土和碎石土,基坑内侧抗力标准值按下列规定计算: (-1)式中 pjk作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力
14、标准值,按本规程第条规定计算;Kpj第i层土的被动土压力系数,应按本规程第条规定计算。2 对于粉土及粘性土,基坑内侧的水平抗力标准值宜按下式计算: (-2) 作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值pjk可按下式计算; ()式中 mj深度Zj以上土的加权平均天然重度。 第i层土的被动土压力系数应按下式计算: () 逆作法外围护结构的计算逆作法施工方案如果利用土钉墙作为围护结构,在分层逆作法施工时上部结构的承重主要依靠边柱或底板下设置的边桩来承受自重,而每层地下室设置边梁下有支承边柱来承受上部传来的垂直荷载,而水平侧压力(土压力)主要依靠土钉墙承受,土钉墙的受力明确而且与地下室结构无关,土钉
15、墙的设计施工与是否逆作法施工没有关系。土钉墙的设计施工必须满足相关规程的要求。逆作法施工方案如果利用排桩和地下连续墙作为围护结构,桩墙围护结构的计算必须符合下列规定:.1 外围护结构可以根据受力条件分段按平面问题进行计算。.2 外围护结构的内力和变形的计算值、支点力计算值应根据逆作法设计的不同阶段的不同工况按下列规定计算:宜按本规程附录ABC1的弹性支点法计算,支点刚度系数kT及地基土水平抗力系数m应按地区经验取值,当缺乏地区经验时可按本规程附录ABC2确定。逆作法施工方案中地下室楼板先浇捣作为围护结构的水平支撑,此时围护结构在楼板处的支点可视为不动铰支点。逆作法施工结束后使用阶段,围护结构兼
16、作地下室的外墙时,此时围护结构在楼板处的支点视为不动铰支点,墙外侧的土压力可取静止土压力。使用阶段有人防要求的地下室,围护结构及内衬墙组成的复合地下室外墙应按人防设计要求满足抗核爆强度与早期防辐射的要求。 .3 地下连续墙兼作主体结构的侧墙时可不设或仅设较薄的内衬墙;而排桩一般有较厚的内衬墙,它们各自在逆作法施工的各个阶段及使用阶段的计算规定如下:1密排桩与内衬墙合一的情况,逆作法期间仅密排桩作为围护结构进行计算,使用阶段,围护结构截面应按桩墙合一进行计算,主体结构地下室的中板和底板可插入桩体或与桩可靠连接。桩墙之间结合紧密可靠传递剪力,桩墙作为一个构件计算刚度、验算截面。后浇的内衬墙与密排桩
17、之间没有经过特别处理无法有效传递剪力, 桩墙作为联合构件按各自独立刚度分配所承受的力,在使用阶段分别验算截面。2.密排桩仅作为临时围护结构,逆作法期间仅密排桩作为围护结构进行计算,使用阶段,浇注内衬墙作为地下室的外围护墙,在地下室的中板和底板处衬墙与桩之间必须浇筑刚性板带,板厚不小于衬墙内的楼板厚,在底板处可以仅200mm。桩与墙作为各自独立的构件,在使用阶段分别验算截面。3 地下连续墙作为逆作法施工期间围护结构并在使用阶段作为地下室的外围护墙,不带内衬墙时,必须做好地下连续墙防水,其施工与使用阶段均是地下连续墙作为独立构件的验算。4 地下连续墙作为逆作法施工期间围护结构并在使用阶段作为地下室
18、的外围护墙,在内侧后浇内衬墙,第一种情况,内衬墙仅作为内围护仅起防水作用, 其施工与使用阶段均是地下连续墙作为独立构件的验算。5 地下连续墙作为逆作法施工期间围护结构并在使用阶段作为地下室的外围护墙,在内侧后浇内衬墙,第二种情况,内衬墙与地下连续墙之间结合紧密可靠传递剪力, 两墙共同作用,形成一个整墙,逆作法施工阶段,地下连续墙单独进行计算,使用阶段内衬墙与地下连续墙作为一个整体构件截面计算刚度、验算截面。6 地下连续墙作为逆作法施工期间围护结构并在使用阶段作为地下室的外围护墙,有两种承重形式:1) 地下连续墙为地下室的外围护墙,不承担上部结构的垂直荷载,仅承担自重和地下室楼板传递的一部分荷载
19、;甚至当地下室设置边柱或底板下设置边桩时,仅仅承受自重。侧面承受土压力。2) 上部结构的一部分垂直荷载直接作用于地下连续墙顶,地下连续墙需承担自重、地下室楼板传递的一部分荷载和上部结构的垂直荷载。侧面承受土压力。地下连续墙的竖向承载力计算可采用桩基规范法和基床系数法。 结构内力及支点力的设计值应按下列规定计算:1. 截面的弯矩设计值M0Mc (-1) 式中 Mc截面弯矩计算值,可按本规程第.2条规定计算。0Vc (-2) 式中 Vc截面剪力计算值,可按本规程第.2条规定计算。djTdj0Tcj (-1) 式中 Tdjc第j层支点反力计算值,可按本规程第.2条规定计算。 逆作法围护结构的截面承载
20、力计算.1 逆作法的围护结构截面承载力及内支撑结构的承载力应按下列规定计算:1. 钢筋混凝土结构的正截面受弯及斜截面受剪承载力计算以及纵向钢筋箍筋的构造要求,应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2001的有关规定;2. 逆作法采用的钢结构的受弯、受剪的(强度)承载力及变形(刚度)和稳定性的计算和构造要求,应符合现行国家标准钢结构设计规范GB50017-2003的有关规定;3. 混凝土圆形截面正截面受弯承载力应按规程JGJ 120-99附录-D的规定计算。6.3 竖向结构设计 地下室柱子宜设计为钢管混凝土柱、型钢混凝土柱。当地下室柱子采用钢筋混凝土柱时,混凝土截面部分宜采用一次成
21、型的做法,施工确有困难时,也可采用二次成型的做法。抗震设防烈度在8度及8度以上或柱的抗震等级为一、二级时,地下一层的混凝土部分柱子应采用一次成型的方式且在高度方向不宜设置水平施工缝。当必须在高度方向设置水平施工缝时,宜设置在其中部偏下部位。当地下室柱子的混凝土部分采用二次成型的叠合做法时,应考虑叠合做法对构件承载力的影响,其内芯柱宜采用钢管混凝土柱。【.4】地下室柱子的混凝土部分当在截面方向进行二次成型时,由于混凝土部分芯柱与外叠合部分根据不同时施工速度有着不同的应力比,当芯柱的应力与外迭合部分的应力比过高时,由于芯柱部分的混凝土提前进入塑性阶段对外叠合层部分产生水平拉应力,从而导致整体承载力
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