深基坑工程5-水泥土墙工程

第六章水泥土桩挡墙设计与计算深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。6.1深层搅拌水泥土桩挡墙水泥土墙（案例）•水泥土搅拌桩围护结构的设计水泥土搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，抗压强度远大于抗拉强度。一般采用水泥土搅拌桩作围护结构以“重力式”挡墙为宜。常用的布置形式如下图所示。6.2支护结构计算支护结构可分为两类：–重力式支护结构–非重力式支护结构•重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙–旋喷桩帷幕墙•非重力式包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等。•包括强度破坏稳定性破坏。•Ⅰ强度破坏（非重力式）•a拉锚破坏或支撑压曲•地面荷载增加过多、一非重力式支护结构挡墙的破坏土压力过大使拉杆断裂，或锚固失败、腰梁破坏、内支撑受压失稳。b支护墙体底部走动支护墙入土深度不够或挖土过深以及水的冲刷均可产生这种破坏。需正确的计算入土深度•C支护墙的平面变形过大或弯曲破坏支护墙截面过小、土压力估不准、墙后增大量地面荷载或挖土超深，需准确计算最大弯矩值以验算截面。Ⅱ非重力式支护结构的稳定性破坏a墙后土体整体滑动失稳拉锚的长度不够、软粘腿发生圆弧滑动，引起支护结构整体失稳。b挡墙倾覆c坑底隆起如挖土深度大，由于卸土过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。d管涌在砂土区，当地下水较高坑较深时，在动水压力作用下，地下水绕过支护墙连砂土一同涌入基坑。二重力式支护结构的破坏•重力式支护结构的破坏包括–强度破坏–稳定性破坏•其强度破坏主要是水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为此需验算最大剪应力处的墙身应力。•重力式支护结构的稳定性破坏包括：–1.倾覆–2.滑移–3.土体整体滑动失稳–4.坑底隆起–5.管涌三重力式支护结构计算•（一）原理重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。•（二）荷载组合–1土压力；–2重力式结构自重；–3地面超载包括：永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载（施工机械荷载、材料堆放荷载）以及偶然荷载（地震荷载、人防荷载）。①墙体尺寸的确定②抗倾覆稳定计算③抗滑移稳定计算④整体验算⑤抗渗验算⑥墙体应力验算⑦基底地基承载力验算⑧格仓压力验算⑨水泥土挡墙水平位移的计算水泥土挡墙的设计计算内容(1)挡墙尺寸的确定•嵌固深度确定•采用圆弧滑动简单条分法3.1sincos111niiiiiiniiiniiiqbWtgqbWlc•墙体厚度确定当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时，墙体厚度设计值宜按下式确定)232(2)(52.1(1000wawpdwdcspjpaiahhhhhhEhEhb当水泥土墙底部位于粘性土或粉土中时，墙体厚度设计值宜按下列经验公式确定：)(2.1(20dcspjpaiahhEhEhb当按上述规定确定的水泥土墙厚度小于0.4h时宜取0.4h。(2)倾覆稳定性验算(a).当水泥土墙底部位于碎石土或砂土时：2.1][0wEaEpGsMMMMKAsMcsG水泥土墙的重度对点A的弯矩标准值（kN·m）；2/,)(bsbDhA对矩形截面s-水泥土墙横断面重心到点A的距离（m）。MEa-水泥土墙底以上主动侧水平荷载对点A的弯矩标准值（kN·m）；MEp水泥土墙底以上被动侧水平荷载对点A的弯矩标准值（kN·m）；2)232(61bhhDhMwawpwwMw为水泥土墙底部水的浮力对点A的弯矩标准值（kN.m），当内外侧水位都在支护结构底部以下时，Mw=0；(b).粉土及粘性土：2.10EaEpGsMMMK(3)抗滑移稳定性验算2.10awpwsEWEKEEa-作用于挡土结构上的主动侧水、土压力（kN）；EEp-作用于挡土结构上的被动侧水、土压力（kN）；μ--挡土结构基底摩擦系数，水泥土桩挡墙由于水泥掺量少，故将其看作提高了强度的部分土体，进行土体整体稳定性验算。·1B1O1A1B(4)整体滑动验算(5)坑底隆起验算开挖面以下墙体能起帮助抵抗地基土隆起的作用，宜假定土体沿墙体底面滑动，认为墙体底面以下为一圆弧，如图所示。产生滑动力的是和q,抵抗滑动的则为土体抗剪强度。HqzZABOCDHfqZZZE土的抗剪强度：AB面上应为水平侧压力，取)245(2ZtgctgKqZctgaZ)(ctgKDqtgDqctgaffZcossin)sin(sin)sin(2ctgctgKDtgDctgaZcossinsin23将滑动力矩与抗滑力矩分别对圆心O取矩，得2)(21DqHMS滑动力矩•抗滑动力矩hZZHZrMDdDdDdZM40400将上式积分并整理后得hfMDHDcDDqtg)()344(23232232212DDqDqHHtgKMfar•抗隆起安全系数SrSMMK为达稳定，避免基坑隆起，必须满足如要严格控制地面沉降，则需增加挡墙入土深度，或进行坑底土体加固，提高土体抗剪强度，使该系数达到1.5～2.0。3.12.1SK当基坑地下水的向上渗流力时土颗粒处于悬浮状态，于是坑底产生管涌现象。不发生管涌的条件应为：（6）管涌验算)(DGjwthhK2htj2t5.1)2(0whthK（7）墙体截面应力验算cscsfKWMz压025.1压应力验算拉应力验算cscsfzKWM06.0-拉6.3水泥土墙（构造）•水泥土置换率0.6~0.8；•格栅长宽比不宜大于2；•搅拌桩之间的搭接100~200mm；•插筋、面板、局部加墩；•坑底加固。实例计算•绵阳某商业中心总建筑面积为38491.9m2其中地上8482.4m2,地下10009.1m2,基坑面积为5200.3m2,开挖深度10.5m。•采用先放坡开挖，然后用土钉支护。具体设计参数如下：•地表堆载20kPa。施工前先放坡,放坡角度为1.2m。基坑开挖坡度为1：0.27（坡角为75°）。•0~-4.5m：粉土,γ=19kN/m3,c=6.6kPa,φ=19°,qsk=60kPa；•-4.5m以下为中密或密实卵石层，γ=22kN/m3,φ=45°,qsk=180kPa，首排土钉从放坡后地面以下1.0m处开始布置，土钉竖直和水平间距均为1.5m，土钉与水平面的夹角为15°。拟设置6层土钉，呈梅花形布置。•土钉之间采用喷射混凝土护壁，铺设φ6@200х200双向钢筋网片并用钢筋φ22(l=400)固定，喷射细石混凝土面层厚度,细石混凝土的配合比为：水泥：砂：细石=1：2：2，并加入水泥用量的2~5%的速凝剂。•土钉墙计算示意图如下：(单位：m)•试确定土钉的长度和钢管最小壁厚。（拟采用外径48mm的钢管作为土钉，抗拉强度取210MPa）1.21.01.51.51.51.51.50.8q010.575°