地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)

會計學(xué)1地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)4.1概述地下連續(xù)墻施工方法，又稱槽壁法。1950年正式在意大利水庫工程中使用。20世紀(jì)50年代末引入中國，也是首先在水利工程中采用，隨后也用于建筑工程，近幾年在地下工程應(yīng)用十分普遍。第1頁/共77頁地下連續(xù)墻的施工過程溝槽開熔安設(shè)接頭管吊放鋼筋籠澆混凝土安裝接頭放置鋼筋籠放置鋼筋籠澆筑混凝土拔出鎖口管、接頭箱澆筑相鄰墻段第2頁/共77頁地下連續(xù)墻的特點及適用場合優(yōu)點地下連續(xù)墻剛度大，整體性好，安全可靠。對周圍地基擾動少。施工時振動小，噪音低，對鄰近地基擾動少。具有多種功能，適應(yīng)范圍很廣。地下連續(xù)墻可用作防滲、截水、承重、擋土、抗滑、防爆等多種用途。對地層的適應(yīng)性很強。第3頁/共77頁缺點適用條件受到一定限制。棄土及廢泥漿對環(huán)境造成污染。泥漿添加了化學(xué)物質(zhì)，如處理不當(dāng)，易造成環(huán)境污染。存在槽壁坍塌問題。由于成槽時，溝槽深且薄，容易出現(xiàn)槽壁坍塌，導(dǎo)致鋼筋籠吊放困難，影響施工質(zhì)量。第4頁/共77頁適用條件基坑深度大于10m。軟土地基或砂土地基。在密集的建筑群中施工基坑，對周圍地面沉降，建筑物的沉降要求需嚴(yán)格限制時，宜用地下連續(xù)墻。圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，用作主體結(jié)構(gòu)的一部分，且對抗?jié)B有較嚴(yán)格要求時，宜用地下連續(xù)墻。采用逆作法施工，內(nèi)襯與護壁形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的工程。第5頁/共77頁地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容

支護結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定和變形計算?；觾?nèi)外土體穩(wěn)定性計算。滲流穩(wěn)定性計算。降水要求和巖土開挖要求等。

地下連續(xù)墻功能較多，對應(yīng)不同的功能，其設(shè)計計算方法有所不同。本書僅介紹作為支護結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻設(shè)計方法。支護地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容主要包括：第6頁/共77頁4.2

地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法采用地下連續(xù)墻支護的基坑一般較深，需要采用單支撐（錨）或多支撐（錨）聯(lián)合支護?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002建議采用等值梁法、靜力平衡法或彈性抗力法計算內(nèi)力。第7頁/共77頁靜力平衡法靜力平衡法將地下連續(xù)墻作為剛性結(jié)構(gòu)，可以繞支撐點轉(zhuǎn)動，并且墻底為自由端地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的前側(cè)（基坑內(nèi)側(cè)）產(chǎn)生被動土壓力Ep，后側(cè)（基坑外側(cè)）產(chǎn)生主動土壓力Ea前后側(cè)土壓力對支撐點的力矩和為零，結(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)第8頁/共77頁內(nèi)力計算過程：(4-1)1第9頁/共77頁右圖為無粘性均質(zhì)土層中地下連續(xù)墻的受力體系，

為主動土壓力，

作用點到墻頂?shù)木嚯x為

，

為被動土壓力，作用點到墻頂?shù)木嚯x為

。

由結(jié)構(gòu)所受荷載對支撐點A的力矩平衡得：整理后得：(4-1)第10頁/共77頁由力平衡方程可以求出支撐力(4-2)

在求出嵌固深度和支撐力后，就可以利用截面法計算地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。第11頁/共77頁

對于多土層中的單錨/撐地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)可以根據(jù)土壓力的分布狀況，利用力矩平衡與靜力平衡條件求出嵌固深度和支撐力，然后根據(jù)所受荷載，直接計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。

另外，根據(jù)《建筑基坑技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99，作用在地下連續(xù)墻上的土壓力按朗肯主/被動土壓力計算。

靜力平衡法適用于單錨/撐地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)的靜力分析，而且嵌固深度較淺，墻底可以簡化成自由端。第12頁/共77頁單錨撐支護結(jié)構(gòu)等值梁法

當(dāng)嵌固深度較深時，單結(jié)構(gòu)總體向坑內(nèi)產(chǎn)生位移，基坑底面附近位移達到最大；沿著深度方向，結(jié)構(gòu)位移逐漸減小，在坑底以下一定距離的C點處，結(jié)構(gòu)既無側(cè)移也無轉(zhuǎn)角；C點以下，結(jié)構(gòu)則產(chǎn)生向坑外的位移。基本原理第13頁/共77頁

根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特征可以看出：在支撐點A點以下C點以上，結(jié)構(gòu)彎向坑內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)受拉；在C點以下，結(jié)構(gòu)彎向坑外側(cè)，結(jié)構(gòu)的外側(cè)受拉。結(jié)構(gòu)從內(nèi)側(cè)受拉轉(zhuǎn)向外側(cè)受拉之間必然存在彎矩為零的反彎點C。第14頁/共77頁

將單錨撐地下連續(xù)墻作為一根兩跨靜定連續(xù)梁。由于C的彎矩為零，則C點可以簡化成鉸結(jié)點。另外，由于嵌固深度較深，D點可以作為固定端支座。A點簡化為連桿支座。AC段為ACD梁的等值梁。第15頁/共77頁

實際情況下，由于無法得到準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)變形曲線，也就無法找到C點。對于單錨撐支護結(jié)構(gòu)，地面以下土壓力為零的位置（即主動土壓力等于被動土壓力的位置）與反彎點位置較接近，為了簡化計算，假定土壓力為零的位置即為反彎點的位置。這種簡化造成的誤差很小，對計算結(jié)果影響不大，因此可忽略其影響。第16頁/共77頁①確定反彎點C的位置

反彎點C的位置由坑底面以下土壓力為零的點近似代替，即：(4-3)內(nèi)力求解過程

下面以均勻土層中地下連續(xù)墻為例，介紹結(jié)構(gòu)內(nèi)力求解過程。第17頁/共77頁②計算支撐力

以簡支梁AC為分析對象，利用C點彎矩為零的條件，可以求出支撐力

，即(4-4)其中

是結(jié)構(gòu)C點以上土壓力的合力。③計算嵌固深度d由AC的靜力平衡條件可求得C點的剪力：第18頁/共77頁

剪力

產(chǎn)生使結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的傾覆彎矩，而土壓力

則產(chǎn)生阻止結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)傾覆的彎矩，為了保證結(jié)構(gòu)安全，必須滿足

。由于

與t無關(guān)，而

隨t而增大，因此，當(dāng)

時，CD的長度t最短。C點處的主動土壓力與被動土壓力相等，即

則上式變成與分別為主被動土壓力系數(shù)。

推導(dǎo)t則嵌入深度為，為安全系數(shù)，取（1.1~1.2）。

(4-5)第19頁/共77頁例4-1現(xiàn)有一深基坑，基坑開挖深度為12m，采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進行支護，地層條件為：

，

，

。計算支撐的軸力和嵌固深度。，

土壓力的計算：主動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)第20頁/共77頁，

在開挖了4m時打入一道橫撐，計算簡圖如圖所示確定反彎點的位置由式4-3可知開挖面到反彎點距離第21頁/共77頁，

求支撐力支撐到土壓力零點的距離C點以上部分土壓力到土壓力零點C的合力矩為第22頁/共77頁，

由式4-4可知支撐力為

3.求嵌固深度對C點以上部分分析，由力的平衡可得C點剪力故由公式4-5可知取安全系數(shù)

為1.1故嵌入深度為第23頁/共77頁多錨/撐支護結(jié)構(gòu)等值梁法

當(dāng)基坑埋深較深時，需要采用多層錨/撐支護結(jié)構(gòu)。多錨/撐是隨著基坑逐層向下開挖而分層設(shè)置的。

假定：在第k層錨/撐設(shè)置后，在繼續(xù)開挖基坑的過程中，第k層錨/撐的軸力逐漸增大，而第1至第k-1層錨/撐的軸力不變，錨/撐作用點的位置不變。第24頁/共77頁

多錨/撐支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算也可以采用等值梁方法。

支撐力

及結(jié)構(gòu)內(nèi)力求解過程與單錨/撐支護結(jié)構(gòu)等值梁法基本相同，具體如下：（1）確定土壓力為零的點C，并以點C為第k個反彎點；（2）以結(jié)構(gòu)C點以上部分為分析對象，以該部分所受荷載對C點的合彎矩為零為平衡條件，可以求出，即(4-6)（3）求C點的剪力

(4-7)第25頁/共77頁（4）以C點以下部分為分析對象，以

與

對結(jié)構(gòu)底端彎矩和為零為平衡條件，求嵌入深度

，計算公式見式4-5；（5）利用靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力求解方法求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

；第26頁/共77頁4.3地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

作為支護用的地下連續(xù)墻的構(gòu)造設(shè)計內(nèi)容包括：導(dǎo)槽、鋼筋混凝土墻、墻段接頭等構(gòu)造等內(nèi)容。第27頁/共77頁導(dǎo)槽設(shè)計導(dǎo)墻示意圖導(dǎo)槽一般采用右圖所示的截面形式，由兩個角形鋼筋混凝土墻組成，導(dǎo)墻之間為導(dǎo)槽。導(dǎo)槽寬度一般比地下連續(xù)墻的厚度大30~50mm，導(dǎo)槽深度應(yīng)保證以導(dǎo)墻墻腳進入原狀土大于300mm，導(dǎo)墻的頂面應(yīng)高出地面100~200mm。導(dǎo)墻用鋼筋混凝土現(xiàn)澆而成，混凝土一般采用C20，墻厚為200~300mm，單側(cè)配置鋼筋網(wǎng)。

在進行挖槽施工以前，需要沿著地下連續(xù)墻的軸線方向設(shè)置導(dǎo)槽，導(dǎo)墻為導(dǎo)槽的支護結(jié)構(gòu)。導(dǎo)槽具有方便施工定位、鋼筋籠吊放等功能，是建造地下連續(xù)墻必不可少的臨時構(gòu)造物。第28頁/共77頁地下連續(xù)墻的截面設(shè)計

設(shè)計時，可以沿地下連續(xù)墻的水平軸線方向選擇1延米為研究對象，按照等值梁等方法計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力；然后根據(jù)彎矩分布特征，進行配筋設(shè)計。由于沿埋深方向，結(jié)構(gòu)的彎矩分布是變化的，如果按照最大正負(fù)彎矩配置通長配置受力鋼筋將造成明顯的浪費，因此，可以參照普通鋼筋混凝土梁或板，根據(jù)彎矩分布狀況沿深度方向分段進行截面設(shè)計。

支護用地下連續(xù)墻承受的荷載主要為水土壓力及自重，按照《港口工程地下連續(xù)墻設(shè)計與施工規(guī)程》（JTJ-303-2003）的規(guī)定，支護用地下連續(xù)墻墻體按受彎構(gòu)件進行截面設(shè)計，當(dāng)軸力較大時，按偏心受壓構(gòu)件設(shè)計。

第29頁/共77頁地下連續(xù)墻的配筋形式

地下連續(xù)墻的配筋不僅需要滿足承受水土壓力的要求，也要滿足存放、運輸與吊裝等施工過程的要求。因此，地下連續(xù)墻的鋼筋籠需要具有足夠的強度與剛度要求。鋼筋籠應(yīng)根據(jù)地下連續(xù)墻的槽幅寬度分段制作，采用雙側(cè)配筋形式。主要的鋼筋包括：沿深度方向的縱向主筋、橫向聯(lián)系鋼筋、箍筋、架立筋、局部加強筋等。

第30頁/共77頁鋼筋籠詳圖第31頁/共77頁地下連續(xù)墻的構(gòu)造要求

現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的設(shè)計應(yīng)該遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）的相關(guān)規(guī)定。此外，作為地下工程，《港口工程地下連續(xù)墻設(shè)計與施工規(guī)程》（JTJ-303-2003）對支護地下連續(xù)墻提出了一些特殊規(guī)定。（1）現(xiàn)澆地下連續(xù)墻的單元槽段長度可取4~8m。現(xiàn)澆矩形地下連續(xù)墻的厚度可取600~1300mm，預(yù)制地下連續(xù)墻厚度可取200~800mm。

（2）現(xiàn)澆地下連續(xù)墻的混凝土強度等級不應(yīng)低于C25，水下澆灌的混凝土設(shè)計強度應(yīng)比計算墻的強度提高20%-25%。第32頁/共77頁（3）現(xiàn)澆地下連續(xù)墻的受力鋼筋宜采用I級或II級鋼筋，其直徑不得小于16mm；構(gòu)造鋼筋可采用I級鋼筋，矩形地下連續(xù)墻的構(gòu)造鋼筋直徑不得小于12mm。（4）

現(xiàn)澆地下連續(xù)墻主筋保護層厚度不得小于70mm。第33頁/共77頁墻段接頭構(gòu)造

地下連續(xù)墻是分槽段施工的，相鄰槽段之間用接頭連接，接頭應(yīng)滿足受力和防滲的要求，并要求施工簡單、質(zhì)量可靠。常見的接頭形式包括：接頭管、V形鋼隔板接頭、接頭箱、隔板式接頭、平接頭與預(yù)制接頭等。第34頁/共77頁（1）接頭管連接

接頭管連接是在每個槽段的一端預(yù)先埋設(shè)接頭管，形成便于與下一段槽段連接的一種連接方式，最常見的柔性接頭方法。其施工過程為：在單元槽段成孔后，在槽段的一端先吊放鎖口管，然后吊入鋼筋籠，再澆筑混凝土；當(dāng)管外混凝土能夠自立時，再將鎖口管拔出，形成半圓接頭。

接頭管接頭第35頁/共77頁（2）V形鋼隔板接頭V形鋼隔板接頭是在鋼筋籠兩端，焊接V形鋼板，使各單元墻體成為一個整體結(jié)構(gòu)。這種接頭的截水防滲效果較好，而且由于接頭部位是鋼板制作，附著泥砂少，只要用清掃器沿著鋼板上下刮動，即可清除泥皮。V形鋼隔板接頭第36頁/共77頁（3）接頭箱連接接頭箱連接與接頭管接頭施工類似。在單元槽段完成后，在一端吊放接頭管與敞口接頭箱，再吊放在接頭箱一端帶堵頭板的鋼筋籠；在堵頭板外伸出的鋼筋就進入了敞口的接頭箱中。在澆注槽段時，堵頭板阻止混凝土流入箱內(nèi)；拔出接頭箱和鎖口管后，形成外伸的鋼筋接頭和空孔，在澆筑下一槽段時，就成為連續(xù)的剛性止水接頭。第37頁/共77頁接頭箱連接第38頁/共77頁（4）直接連接接頭單元槽段挖成后，隨即吊放鋼筋籠，澆灌混凝土，混凝土與未開挖土體直接接觸。在開挖下一單元槽段時，用沖擊錘等將與土體相接處的混凝土改造成凹凸不平的連接面，再澆灌混凝土形成直接接頭。由于粘附在連接面上的沉渣與土是用抓斗的斗齒或射水等方法清除的，難以清除干凈，故受力與防滲性能均較差。第39頁/共77頁1-先施工槽段；2-后施工槽段；3-鋼筋；4-接縫

直接接頭第40頁/共77頁（5）預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件接頭當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻深度和厚度都不太大時，可以采用預(yù)制鋼筋混凝土連接構(gòu)件。在槽段開挖完成后，先將預(yù)制鋼筋混凝土連接構(gòu)件插入墻段的接頭端；澆注混凝土后，再在另一側(cè)或兩側(cè)成槽，并放入預(yù)制連接件。預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件接頭形式見下圖。

預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件接頭

第41頁/共77頁4.3設(shè)計實例

某交通樞紐后廣場工程基坑長150米，寬80米，占地12000平方米?；娱_挖深度為14米，屬于超深、超大、多跨大面積基坑工程?；硬捎矛F(xiàn)澆地下連續(xù)墻支護，土層參數(shù)如下表，取地面超載為

，不考慮地下水的影響。工程概況第42頁/共77頁4.3設(shè)計實例層數(shù)性質(zhì)巖性描述頂面標(biāo)高深度重度內(nèi)摩擦角(°)粘聚力1雜填土

黃褐色、灰褐色、灰黃色、由磚頭、碎石、灰渣、混凝土、粉煤灰及黏性土組成，底部夾有淤泥質(zhì)土，表層多位瀝青路面03182202粉質(zhì)粘土

黃褐色、灰黃色、灰褐色、可塑—軟塑，含銹斑及螺殼，局部夾粉土及黏土-35192494粘土

灰黃色，可塑、夾粉土-881820115淤泥質(zhì)土

灰黃色、灰褐色，流塑-1681826106粉質(zhì)粘土

灰色，軟塑—流塑，與粉土互層，呈千層餅狀，含貝殼-24919.52412第43頁/共77頁設(shè)計方法

本例中基坑開挖深度為14m，屬于深基坑，采用地下連續(xù)墻進行支護時，需要打入多道橫撐。在計算內(nèi)力時，可以采用多錨/撐支護結(jié)構(gòu)等值梁法，計算出支撐軸力及嵌固深度，從而計算出彎矩及剪力。根據(jù)計算出的內(nèi)力并參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）的有關(guān)規(guī)定進行墻體的配筋計算。第44頁/共77頁內(nèi)力計算

取地面為標(biāo)高零點，以標(biāo)高零點為y坐標(biāo)零點，y坐標(biāo)延基坑開挖的方向遞增，見計算簡圖。共分四次開挖：第一次開挖到-2m，打入第一道支撐；第二次開挖到-6m，打入第二道支撐；第三次開挖到-10m，打入第三道支撐；第四次開挖到基坑底-14m。第45頁/共77頁打入第一道支撐后，開挖到-6m，取延墻體延伸方向一延米計算。（1）土壓力的計算

取開挖面以下的計算深度為6m，墻后主動土壓力側(cè)，將標(biāo)高0~-12m的土體加權(quán)平均

則主動土壓力系數(shù)第46頁/共77頁墻后被動土壓力側(cè)，將標(biāo)高-6~-12m土體加權(quán)平均被動土壓力系數(shù)當(dāng)主動土壓力為零時，即此時

，故標(biāo)高-0.06m為主動土壓力零點處，往下無需考慮地面超載與土體粘聚力。第47頁/共77頁在開挖面，即標(biāo)高-6m處，（2）求反彎點C的位置則可知第48頁/共77頁（3）求第一道支撐力土壓力合力到土壓力零點C的力矩為則由式4-6可知（4）求最大彎矩當(dāng)，當(dāng)時，彎矩最大第49頁/共77頁當(dāng)，，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，，此時彎矩圖見下圖：第50頁/共77頁2.打入第二道支撐后，開挖到-10m，取延墻體延伸方向一延米計算。（1）土壓力的計算

取開挖面以下的計算深度為10m，墻后主動土壓力側(cè)，將標(biāo)高0~-20m土體加權(quán)平均

則主動土壓力系數(shù)

，第51頁/共77頁墻后被動土壓力側(cè)，將標(biāo)高-10m~-20m土體加權(quán)平均被動土壓力系數(shù)當(dāng)主動土壓力為零時，即此時

，故標(biāo)高-0.33m為主動土壓力零點處，往下無需考慮地面超載與土體粘聚力。第52頁/共77頁在開挖面，即標(biāo)高-10m處，（2）求反彎點C的位置則可知第53頁/共77頁（3）求第二道支撐力土壓力合力到土壓力零點C的力矩為則由式4-6可知（4）求最大彎矩當(dāng)，，當(dāng)時，彎矩最大第54頁/共77頁當(dāng)，，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，

當(dāng)，

彎矩圖為第55頁/共77頁3.打入第三道支撐后，開挖到-14m，取延墻體延伸方向一延米計算。（1）土壓力的計算

取開挖面以下的計算深度為14m，墻后主動土壓力側(cè)，將標(biāo)高為0~-28m土體加權(quán)平均

則主動土壓力系數(shù)第56頁/共77頁墻后被動土壓力側(cè)，將標(biāo)高為-14m~-28m土體加權(quán)平均被動土壓力系數(shù)當(dāng)主動土壓力為零時，即此時

，故標(biāo)高-0.43m為主動土壓力零點處，往下無需考慮地面超載與土體粘聚力。

第57頁/共77頁在開挖面，即標(biāo)高-14m處，（2）求反彎點C的位置則可知第58頁/共77頁（3）求第三道支撐力土壓力合力到土壓力零點C的力矩為則由式4-6可知（4）求最大彎矩當(dāng)，，當(dāng)時，彎矩最大第59頁/共77頁當(dāng)，，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，

當(dāng)，

，

當(dāng)，

當(dāng)，則可以求出

，此時彎矩最小，

第60頁/共77頁彎矩圖與剪力圖為第61頁/共77頁嵌固深度由公式4-7可知：則由公式4-5可知取安全系數(shù)為1.2則嵌固深度第62頁/共77頁1縱向配筋三道橫撐的橫撐力為：地下連續(xù)墻厚度取1000mm，混凝土采用C30，鋼筋采用Ⅱ級鋼筋。查表可知：C30混凝土參數(shù)：Ⅱ級鋼筋參數(shù)：有效高度：配筋計算