第七章地下连续墙结构设计

第七章地下连续墙结构第一节概述第二节结构设计第三节接头设计第七章地下连续墙结构一、地下连续墙发展概况槽壁法，1950年首次应用于意大利的米兰水坝工程中。我国的水电部门于1958年开始，在山东青岛月子口水库工程中采用这种技术修建防渗墙，随后又在北京、云南、贵州、广东、广西、甘肃、吉林、江西等省市，五十多项工程中采用地下连续墙技术，取得良好的技术、经济效果。近期在城市基坑工程中得到普遍应用。如北京王府井宾馆（基坑深度16.0m,墙厚0.6m,深20m）,上海金茂大厦（基坑深度15.0m,墙厚1.0m,深36m）等。最深地下连续墙140m（日本）,最厚达3.2m,最薄20cm。第一节概述一、地下连续墙的发展概况深圳地铁1号线国贸站地下连续墙第一节概述左、右线上下重叠地下三层侧式站台车站，基坑总长238.49m，深约25m，一、地下连续墙的发展概况深圳地铁1号线国贸站地下连续墙第一节概述标准段宽度：车站为20.25m，连续墙总长度541m，成墙面积1.47m2。连续墙划分为标准中幅（幅度6m）69幅，非标准幅13幅及特殊幅14幅，共计96幅，利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注混凝土而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。第一节概述地下连续墙的概念二、地下连续墙的施工方法第一节概述导墙施工第一节概述泥浆制备厂成槽机挖土第一节概述钢筋笼制作钢筋笼起吊钢筋笼吊放浇注混凝土优点施工时对环境影响小。没有噪音，无振动，不必放坡，可紧邻相近的建筑和地下设施施工；墙体刚度大，整体性好，结构和地基变形都较小，即可用于超深围护结构，也可用作主体结构；连续墙为整体连续结构，耐久性和抗渗性好；可实行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工进度；适用于多种地质条件。第一节概述三地下连续墙的特点及适用条件缺点弃土和废泥浆处理。除增加工程费用外，若处理不当，还会造成新的环境污染。地质条件和施工的适应性问题。槽壁坍塌问题。现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但增加工作量；地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。第一节概述三地下连续墙的特点及适用条件适用场合：基坑深度大于10m;软土地基或砂土地基；在密集的建筑群或重要的地下管线条件下施工，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。围护结构与主体结构相结合，对抗渗有严格要求时；采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。第一节概述三地下连续墙的特点及适用条件四地下连续墙的技术要点1)如何在各种复杂地基中开挖出符合设计要求(如几何尺寸、偏斜度等)的槽孔来?2)如何保证槽孔在开挖和回填过程中的稳定?3)如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连续的、不透水的并能承受各种荷载的墙体来?4)如何解决各个墙段之间的接缝连接问题?一地下连续墙受力特点施工阶段和使用阶段几种典型的工作状态：槽段土方开挖阶段槽段侧壁的稳定性地下连续墙浇筑形成开挖前的受力状态基坑第一层开挖悬臂受力状态、地面侧向位移基坑土方开挖阶段墙的结构强度、基坑稳定及变形量基坑土方工程结束基坑底部隆起、基坑整体失稳工程竣工水土压力和上部地面建筑的垂直载荷共同作用下的强度和变形第二节结构设计二结构体系的破坏形式稳定性破坏整体失稳基坑底隆起管涌及流沙强度破坏支撑强度不足或压屈墙体强度不足变形过大第二节结构设计三地下连续墙设计计算的主要内容(1)确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载。(2)确定地下连续墙所需的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起，防基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要。(3)验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深度的尺寸。(4)地下连续墙结构体系(包括墙体和支撑)的内力分析和变形验算。(5)地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计、截面强度验算、接头的联结强度验算和构造处理。（一）施工阶段基坑开挖水土压力；施工荷载，若采用逆作法考虑上部结构自重。四荷载确定（二）使用阶段水土压力；主体结构传递的恒载和活载。水土压力的确定是荷载确定的关键！！！某些规范规定土压力分布应按入土深度和墙体侧向位移选用。如《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》（JTJ303-2003），《上海市基坑工程设计规程》等。土压力类别与墙体位移δ/基坑深度H的关系土压力类别土压力类别静止土压力降低的被动土压力提高的主动土压力被动土压力主动土压力水土压力计算规定%2.0/0H%4.0/%2.0H%2.0/0H%5.0/%2.0H%1/%4.0H（一）槽幅：一次成槽的槽壁长度槽壁长度槽段划分五槽幅设计（二）槽壁长度确定规定槽壁长度应与成槽机械尺寸成模数关系，最小不小于机械的尺寸，最大尺寸由槽壁稳定性确定。目前常用为3~6m,一般不超过8m。影响因素地质条件影响、周围环境起重能力、混凝土供应量泥浆池体积、连续作业时间（三）槽幅稳定性验算梅耶霍夫经验公式法①临界深度Hcr五槽幅设计))/1(4(10LBNKcNHucr——黏土、泥浆的有效重度，kN/m3;——条形基础的承载力系数。——槽壁的平面宽度、长度，m。1、NLB、（三）槽幅稳定性验算梅耶霍夫经验公式法②槽壁坍塌安全系数Fs五槽幅设计mmuSPPcNF10——开挖外侧（土压力)槽底水平压力强度；——开挖内侧（泥浆压力）槽底水平压力强度。mP0mP1（三）槽幅稳定性验算梅耶霍夫经验公式法③开挖槽壁的横向变形△五槽幅设计sEzLK))(1(102——计算点深度，m;——土的压缩模量，kN/m2。zsE（三）槽幅稳定性验算非粘性土的经验公式①安全系数五槽幅设计——砂土、泥浆的重度，kN/m3;——砂土的内摩擦角。槽幅稳定性验算具体可参照《地基基础设计规范》DBJ08-19-891、d12/11tan)(2dSF（四）槽段划分考虑的因素①成槽施工顺序②连续墙接头形式③主体结构布置及设缝要求五槽幅设计导墙截面形式C20混凝土，厚度200~300mm；导墙深度深入原状土不小于300mm；顶面高出地面100~200mm；宽度大于连续墙设计宽度的30~50mm。六导墙设计连续墙厚度依据不同阶段的受力、变形和裂缝控制要求确定，常用规格600、800、1000、1200mm；连续墙的入土深度（基坑地面以下的深度）与基坑深度之比，称为入土径比，据经验、依据地质条件取0.7~1.0；可用古典稳定判别方法七连续墙厚度深度初选古典稳定判别方法板桩底端为自由的稳定状态入土深度最小七连续墙厚度深度初选——支撑或锚杆水平轴力；——墙入土深度；——被动侧总压力；——主动侧总压力。TD00MXPEaE古典稳定判别方法板桩底端为嵌固的稳定状态——悬臂桩七连续墙厚度深度初选据实际变形情况，设墙体绕E转动，则E以上墙后为主动土压，墙前为被动土压，E点以下则相反。E点以下墙段对上段的作用力记为P（图）。0EM可求出嵌深的上段t，再乘由以1.2作为嵌固深度建筑工程学院入土深度的验算——稳定分析基坑抗整体滑动失稳七连续墙厚度深度初选建筑工程学院入土深度的验算——稳定分析基坑抗隆起（1）墙体的极限弯矩滑动力矩抗滑力矩七连续墙厚度深度初选建筑工程学院入土深度的验算——稳定分析基坑抗隆起（2）地基稳定性七连续墙厚度深度初选建筑工程学院入土深度的验算——稳定分析基坑抗管涌csiiK七连续墙厚度深度初选Lhiw极限动水坡度建筑工程学院入土深度的验算——稳定分析基坑抗底鼓土层重与水压平衡支护壁摩擦力采取措施隔断滞水层降水七连续墙厚度深度初选地下连续墙的结构设计计算工况：开挖情况回筑情况支撑轴力八、地下连续墙计算理论及方法建筑工程学院（一）较古典的计算方法：假设条件：土压力已知，不考虑墙体和支撑变形。方法：假想梁法、1/2分割法、泰沙基法八、地下连续墙计算理论及方法（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变：假设条件：土压力已知，考虑墙体变形，不考虑支撑变形。方法：山肩帮男法（三）横撑轴向力、墙体弯矩可变：假设条件：土压力已知，考虑墙体、支撑变形。方法：日本弹塑性法、有限元法（四）共同变形理论：假设条件：土压力随墙体变位而变化，考虑墙体、支撑变形。方法：森重龙马法、有限元法建筑工程学院（一）较古典的计算方法假想梁法、1/2分割法、泰沙基法（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法该类计算理论是以某些实测现象作依据的横撑轴向压力、墙体弯矩不随开挖过程变化（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法1．山肩邦男法（精确解）基本假定：（1）在粘土地层中，墙体作为无限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力分为两个区域；达到被动土压力的塑性区，高度为l，以及反力与墙体变形成直线关系的弹性区；（4）横撑设置后，即作为不动支点；（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置。（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法2．山肩邦男法（近似解法）基本假定：（1）在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；（3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力（4）横撑设置后，即作为不动支点；（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置。（6）开挖面以下板桩弯矩为0的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。三、地下连续墙计算理论及方法2．山肩邦男法（近似解法）)1(0得式Y2110202121mmkimkkKxxNxhhN）得式（20AMmkkkmkkkmxhhxhhx)()(21310203031211111020kkkkikkikihhNhhN2．山肩邦男法（近似解法）解题的步骤:a)在第一阶段开挖后，k=1,由式(2)求出xm，将xm代入式(1)算出N1;b)在第二阶段开挖后，k=2，N1已知，由式(2)求出xm，将xm代入式(1)算出N2;c)在第三阶段开挖后，k=3，N1、N2已知，由式(2)求出xm，将xm代入式(1)算出N3;3．国内常用的计算方法（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法3．国内常用的计算方法0YmkkmmkkixhhxxNN02021121210)(210mmkxxh1122002121kimmkmkkNxxhxhN202121mmkxxh3．国内常用的计算方法0AM将两式合并110032216121)()(kkkmmmkkkmikihhxxxhNxhN031)(21231000mnmkmmkmkxxxhxxhxh20033121212121)(31mkkkkkkmxhhhhx032121011201100kkkkkkikkikimkkkkhhhNhhNxhhh实例：如图所示，己加粘土的物理力学指标为：γ=18kN／m3，φ=14°，c＝7kN／m2，地面超载q=18kN／m2，地下水位离地面1m。开挖深度18m，采用地下连续墙，并设四道支撑（2+4+4+4+4），试用山肩帮男法求支撑袖力及墙体弯矩。解：利用朗肯土压力理论计算土压力，并按地下水位计算水压力。延