帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算及應(yīng)用_工程管理

1、帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算及應(yīng)用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻于20世紀(jì)50年月初期起源于意大利，最初用作土石壩壩基的防滲墻，以后進(jìn)展用作擋土墻及地下結(jié)構(gòu)的承重墻，廣泛應(yīng)用在水利水電工程、基礎(chǔ)工程、地下工程中。鋼筋混凝土地連墻的基本原理是：在地面上用一種特別的挖槽設(shè)備，沿著工程的開(kāi)挖線，在泥漿護(hù)壁的狀況下，開(kāi)挖一道狹長(zhǎng)的深槽，在槽內(nèi)放置鋼筋籠并澆注水下混凝土，筑成一道連續(xù)墻，起截水防滲、擋土或承重作用。1一般鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算方法用于地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的理論和方法，除了一些地方性法規(guī)外，至今還未制定全國(guó)性統(tǒng)一的設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)程或規(guī)范。通過(guò)討論，不少學(xué)者提出了很多有用的計(jì)算的理論和方法，其中工程中

2、廣泛采納的計(jì)算理論主要為以下4類：荷載結(jié)構(gòu)法;修正的荷載結(jié)構(gòu)法;彈性地基梁法;有限單元法。荷載結(jié)構(gòu)法假定作用于地下連續(xù)墻上的水、土壓力已知，且墻體和支撐的變形不會(huì)引起墻體上水、土壓力的變化。計(jì)算時(shí)首先采納土壓力的經(jīng)典理論，確定作用于墻體上水、土壓力的大小及分布，然后用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算墻體和支撐的內(nèi)力。由于深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，作用于墻體上的水、土壓力也是逐步增加的，因而荷載結(jié)構(gòu)法無(wú)法反映施工過(guò)程中擋土結(jié)構(gòu)受力的變化狀況，為此產(chǎn)生了修正的荷載結(jié)構(gòu)法。彈性地基梁法將地下連續(xù)墻視為一個(gè)豎放的彈性地基梁，地層對(duì)地下連續(xù)墻的約束作用可用一系列彈簧來(lái)模擬，在同樣精度條件下，其工作量大大少于有限元法。有限單元法

3、將地下連續(xù)墻與四周地層看作是有機(jī)聯(lián)系的整體，墻體與四周介質(zhì)相互共同作用，其適用性較廣，但計(jì)算工作量較大。2帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算方法2.1計(jì)算原理帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算方法是在上以工程中應(yīng)用較廣泛且有用的彈性地基梁法，對(duì)帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的計(jì)算方法介紹如下：地下連續(xù)墻工程在一側(cè)開(kāi)挖后，未開(kāi)挖側(cè)的土壓力作為主動(dòng)荷載，而在開(kāi)挖側(cè)開(kāi)挖線以下土層為地下連續(xù)墻的彈性地基，用彈簧代替。彈簧的作用采納彈性地基梁的局部變形理論即文克爾假定，被動(dòng)土抗力的大小和分布狀況取決于墻體變位的結(jié)果，墻體哪一點(diǎn)的側(cè)向位移越大，該點(diǎn)處彈簧支座壓縮量就越大，相應(yīng)土體對(duì)墻體的彈性抗力強(qiáng)度值也就越大。上部支承

4、也為彈性支承，這樣，地下連續(xù)墻按置于彈性地基上的梁進(jìn)行計(jì)算。彈性地基梁的微分方程為式中：EI(x)-彈性地基梁的抗彎剛度;y-彈性地基梁的撓度;q(x)-作用于彈性地基梁上的荷載;k(x)-水平地基反力系數(shù)。采納有限差分法將以上微分方程用相應(yīng)的差分方程代替，化為一組線性代數(shù)方程，差分方程如下式所示：墻體分上下兩段計(jì)算，兩段之間采納鉸接。將此鉸鏈節(jié)點(diǎn)處切開(kāi)，切口處代以未知剪力Q，然后各段墻體分解為在外荷載P作用下鉸點(diǎn)處為自由端及單獨(dú)在Q作用下的狀況相迭加，由上下段墻體在鉸點(diǎn)處位移相等的條件可解出Q值，從而解出各節(jié)點(diǎn)的位移及內(nèi)力。2.2邊界條件的確定a)上段墻體在P作用下：頂端為自由端，依據(jù)此點(diǎn)M

5、=0，Q=0，可得底端為自由端，依據(jù)此點(diǎn)M=0，Q=0，可得b)上段墻體在Q作用下：頂端為自由端，依據(jù)此點(diǎn)M=0，Q=0，可得底端M=0，Q=1(先假定為1，求出Q值后再乘以Q)，可得c)下段墻體在P作用下：頂端為自由端，依據(jù)此點(diǎn)M=0，Q=0，可得d)下段墻體在Q作用下，頂端M=0，Q=1(先假定為1，求出Q值后再乘以Q)，可得另外，下段墻體底端邊界條件依據(jù)墻體插入深度及土層類別尚可分為自由端、固接端等。2.3計(jì)算步驟2.3.1節(jié)點(diǎn)劃分將地下連續(xù)墻按等間距劃分節(jié)點(diǎn)，節(jié)距大小取決于計(jì)算精度。2.3.2列出差分方程系數(shù)矩陣依據(jù)(2)、(3)、(4)式，可列出上段墻體在P作用下的系數(shù)矩陣;依據(jù)(2

6、)、(5)、(6)式，可列出上段墻體在Q作用下的系數(shù)矩陣;依據(jù)(2)、(7)、(8)式，可列出下段墻體在P作用下的系數(shù)矩陣;依據(jù)(2)、(9)、(10)式，可列出下段墻體在Q作用下的系數(shù)矩陣。其中水平地基反力系數(shù)的取值對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確性有肯定影響，因而應(yīng)力求精確，有條件時(shí)可現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出，或通過(guò)計(jì)算手冊(cè)查得。2.3.3荷載P計(jì)算 計(jì)算作用于各節(jié)點(diǎn)的水壓力及主動(dòng)土壓力。2.3.4支撐處理在作為基坑擋土支護(hù)時(shí)，地下連續(xù)墻常加支撐，此時(shí)視支撐為彈性支承，其彈簧剛度為產(chǎn)生單位變形時(shí)所需之軸力，并將此系數(shù)加在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)主系數(shù)上。2.3.5求各段墻體在P，Q作用下各節(jié)點(diǎn)的位移解(2)式，可分別求出上段墻體在P

7、作用下、上段墻體在Q作用下、下段墻體在P作用下、下段墻體在Q作用下各節(jié)點(diǎn)的位移，其中在Q作用下求出的位移帶有未知量Q.此步驟需編程計(jì)算。依據(jù)上下墻體在鉸點(diǎn)處位移相等的原則，可解出未知量Q，相應(yīng)可得出各節(jié)點(diǎn)的位移。2.3.6內(nèi)力(彎矩、剪力)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力可由上兩式計(jì)算所得。3帶鉸與不帶鉸地下連續(xù)墻受力狀態(tài)比較現(xiàn)舉一例，以比較帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻與不帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻受力狀態(tài)的差異。某單鉸式防滲心墻壩，墻高24 m，厚0.8 m，單鉸距頂端9 m，承受勻稱外載P=500 kN/m，墻頂端為自由端，底端視為鉸接，反力系數(shù)k由頂部25 kN/c m3漸變至底部150kN/cm3.按本文解法，可解得各節(jié)點(diǎn)的位移和內(nèi)力如表1所示。對(duì)不帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，按上例參數(shù)，只是將鉸取消，同樣采納彈性地基梁法，經(jīng)計(jì)算，各節(jié)點(diǎn)的位移和內(nèi)力如表1所示。由表1可看出帶鉸與不帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻各節(jié)點(diǎn)的位移大小較為接近，但帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的彎矩分布明顯比不帶鉸鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的