岩土工程设计3地下连续墙课件

1、2022/7/17地下连续墙1本章内容3.1 概述3.2 地下连续墙基坑的设计内容3.3 地下连续墙的设计方法（计算理论）3.4 地下连续墙细部设计2022/7/17地下连续墙23.1 概述一、地下连续墙的概念 （一）定义：地下连续墙是利用一定的设备和机具在稳定液护型的条件下钻挖一段深槽，然后吊入钢筋笼，筑成一段钢筋混凝土墙段，再将每个墙段连接起来，而形成一段连续的地下基础构筑物，称为。 （二）地下连续墙技术的发展 1950年意大利两项防渗墙工程应用排桩式墙为契机，在当今世界推广。我国1968排桩防渗墙；1974年排桩竖井；1976年7月28唐山大地震后修复岸壁工程中出现了槽成地下墙。2022

2、/7/17地下连续墙3（三）地下连续墙特点 1.优点 对环境影响小，振动低噪音小，沉降及变形得到控制。 墙体刚度大，整体型好，围护结构和整体结构中使用。 耐久性，防渗性好； 实行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价。 2.缺点 施工及费泥浆的处理问题； 地质条件和施工适应性问题，从理论上讲，可适应于各种地层，但最适用还是软塑、可塑的粘性土层； 槽壁坍塌问题。3.1 概述2022/7/17地下连续墙43.1 概述二、地下连续墙在基坑工程中的适用条件 决定于经济性，选用要慎重。 1.基坑深度大于10m； 2.软土地基或砂土地基； 3.在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降，建筑物

3、的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙； 4.围护结构与立体结构相结合，可用作主体结构的一部分，对抗渗有严格要求时，宜用地下连续墙； 5.采用遍作法施工，内衬与护型形成复合结构的工程。2022/7/17地下连续墙53.1 概述三、地下连续墙在基坑中的应用情况（一）应用范围 1.建筑物基坑：地下室、地下商场、停车场 2.市政工程的基坑：地下铁道、地下汽车站、地下泵站； 3.工业构筑物基坑：铁皮沉淀池、盾构、顶管工作井、接收井。（二）基坑规模 1.矩形基坑 20011015 m 2.圆形基坑 6031.63 m 3.长条形基坑：60020(1719) m（三）地下连续墙的厚度及深度 厚度： 45

4、60 80 100 120 （mm）；深度： 50m以上（四）地下连续墙形式 1.壁板式、直线型、圆弧型（折线型） 2.T型及N型地下连续墙 3.格形地下连续墙2022/7/17地下连续墙63.1 概述五、地下连续墙类型 （一）自立式挡土结构地下连续墙 不需支撑和锚杆，开挖深度45米，不超过10米。 （二）锚定式挡土结构物地下连续墙结合地压条件和开挖深度，设置锚杆，使墙体与地层锚定在一起，增加墙体的稳定性和挡土性能。 （三）支撑式挡土地下连续墙。用H型梁、管柱梁、桥梁等进行支撑。支撑主要增加地下连续墙的挡土稳定性。 （四）逆作法地下连续墙地面上、下同时施工(地下连续墙完成后)减少基坑支护体系的

5、规模和费用。2022/7/17地下连续墙73.2地下连续墙基坑的设计内容主要设计内容： 1.确定荷载、土压力、水压力（土力学理论） 2.确定地下连续墙的入土深度（基坑稳定性问题） 3.槽型稳定验算：根据入土深度，假定槽段长度，即可进行槽壁稳定计算 4.地下连续墙静力计算 5.配筋计算、构件强度验算，裂缝开张验算，垂直接头计算 6.支撑结构设计 7.基坑变形估计：基坑回弹及隆起估计；邻近建筑沉降及水平位移估算；墙后地面沉降估算2022/7/17地下连续墙83.2地下连续墙基坑的设计内容3.2.1 作用在墙体上侧压力计算 确定侧向土压力和水压力。 开挖前：静止土压力，（实测） 开挖中：挡土结构无位

6、移，则仍为静止压力，挡土结构有位移，则土中产生主动土压力和被动土压力。 一、静止土压力的计算 土压力强度： 式中： K0静止土压力系数；Z深度，m；q地面均布荷载，kPa ；静止土压力总值 E0， ,当在地下水位以下，则将水压力和土压力分别考虑，分开计算。2022/7/17地下连续墙93.2地下连续墙基坑的设计内容式中： 土的竖向有效应力，kPa; u地下水的侧压力； Z地下计算点深度; 地下水位以下土的有效重度，kN/m3; 计算点在地下水位以下的深度; ， ,或查表。2022/7/17地下连续墙103.2地下连续墙基坑的设计内容二、主动土压力和被动土压力的计算 墙体变形使土体达到塑性平衡状

7、态，这时地下墙所承受的侧向压力为主动土压力或被动土压力。 （一）主动土压力状态时土体水平向应力对于砂土c=0 , 对于黏性土=0, 地面有荷载q/时： 2022/7/17地下连续墙113.2地下连续墙基坑的设计内容（二）被动土压力状态时水平向应力对于砂土c=0 , 对于黏性土=0, 三、侧压力的选用考虑安全，摩擦力作用主动区： （0.001H） 2022/7/17地下连续墙123.2地下连续墙基坑的设计内容被动区： (0.05H)等值内摩擦角计算主动土压力法：式中：Po静止土压力强度；Kh水平方向基床的反力系数； 墙 体变形；Pa ，Pp主、被动主压力强度。 水平地基反力系数确定见前面的桩受水

8、平力时的计算或见后面设计内容。2022/7/17地下连续墙133.2地下连续墙基坑的设计内容3.2.2基坑的稳定分析 地下连续墙作为挡土墙时，通常考虑两种失稳方式，坑底土体隆起及坑底土体管涌。一、坑底土地的隆起 基坑内土被开挖 对坑底土卸荷 土体隆起（弹性范围内），应避免由于基坑面积上的卸荷作用使地基产生大范围的塑性区，造成整体性的破坏。 隆起 在软弱的黏土地层内，由于基坑开挖的卸荷作用，造成基坑底部土体抗剪强度的破坏，基坑外的土体向基坑内移动。因此要将墙底插入抗剪强度较高的土层和将最下部支撑尽量放的低一些。 其验算有以下几种方法：2022/7/17地下连续墙143.2地下连续墙基坑的设计内容

9、（一）地基以剪切破坏的极限状态法（各类土质）计算面为AE面挡土墙背面的竖向应力：基坑内的竖向应力：极限平衡状态(Prandtl-Reissner)公式：式中 ， 地基承载力系数PrandtlTerzaghi2022/7/17地下连续墙153.2地下连续墙基坑的设计内容插入深度为：合理的入土深度，应代入安全系数验算： （ q地表均布载荷） 由于A、A/面上的粘结力（抗剪强度）没有考虑，故安全系数可以取得低些2022/7/17地下连续墙163.2地下连续墙基坑的设计内容(二)地基稳定性验算法力矩验算法 假定在重量为W的土体作用下，土体下的软土地基沿圆柱面BC发生破坏和产生滑动转动力矩 （对o点取矩

10、）式中 W沿基坑方向单位长度土体作用在基底处 的竖向应力稳定力矩：式中 地基土不排水抗剪强度，=Cu(饱和软黏土中) 要保证坑底不隆起，需满足： 计算偏于安全。2022/7/17地下连续墙173.2地下连续墙基坑的设计内容二、坑底土体的管涌 管涌：是指基坑开挖过程中，高水位的地下水将向基坑内渗透，当基坑底面以下的土体所承受向上的水头压力大于土体有效重度时，基坑内土体将向上移动。 砂土层流砂带出，充填基坑。 粉细砂和软弱黏土层泥塑性泥流 解决问题的方法： 坑底下的土浸在水中，其有效重量为浮重力密度 ，当地下水的向上渗流力（动水压力） 时，土粒处于浮动状态，坑底产生管涌。要避免管涌，则要求 （K安

11、全系数1.52.0）2022/7/17地下连续墙183.2地下连续墙基坑的设计内容隆起的深度和管涌深度相比,取大值 2022/7/17地下连续墙193.2地下连续墙基坑的设计内容3.2.3 槽壁稳定计算确定深度已知条件下的设计分段长度。一、梅耶霍夫法临界深度 按下式求得式中： 黏土的不排水抗剪强度； 静止土压力系数； 、 黏土和泥浆的有效重度；N条形的基础的承载力系数，矩形开挖槽壁； B槽壁的平面宽度；L槽壁的平面长度；槽壁的坍塌安全系数按下式计算：2022/7/17地下连续墙203.2地下连续墙基坑的设计内容式中： 和 为开挖的外侧（土压力）和内侧（泥浆压力）槽底水平压力强度。三、墙壁的横向

12、变形按下式计算：式中：z计算点的深度，m； 土的压缩模量， ； 土的泊松比。2022/7/17地下连续墙213.2地下连续墙基坑的设计内容四、非黏性土的经验公式 c=0时式中：砂土的重度，； 泥浆的重度， ； 砂土的内摩擦角。 从上式可见，对于砂土没有临界深度，Ks为常数，与槽壁深度无关。2022/7/17地下连续墙223.2地下连续墙基坑的设计内容3.2.4 地下墙垂直承载力验算地下墙及其构成的复合地基竖向承载力设计值可以水平每延米或整体按下式计算。如承载力满足不了荷载组合值，可采取加深地下墙或其他措施来增大承载力。施工期间根据具体情况验算。式中： ， 分别为地下墙总极限侧阻力和总极限端阻力

13、标准； ， 分别为地下墙及其构筑物顶部外伸环梁或承占和地下墙深井构筑物底板地极限土抗力标准值； 地下墙及其构筑物地重要性系数； 作用于地下墙及其构筑物上竖向承载力设计值； 地下墙及其构筑物复合基础竖向承载力设计值； ， ， ， 分别为地下墙侧、墙端、墙顶外伸梁或承台和承台底板底土抗力分项系数；根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系：2022/7/17地下连续墙233.2地下连续墙基坑的设计内容式中：U地下墙与接触面水平边长； 第i层土的极限侧阻力标准值及第i层土厚度； 土地与地下墙或圈梁承台间的作用系数，坑底以上取0.8，以下取1.0； 分别为地下墙极限端阻力标准值（岩土工程治理手册P

14、554）和墙底横截面积； 承占或外伸圈梁和底板底地基土极限承载力标准值，前者查表，后者由地质报告提供； ， 分别为承台或外伸圈梁和底板底地基土净面积。2.2.5 抗弯验算2.2.6 整体稳定验算2022/7/17地下连续墙243.3地下连续墙的设计方法（计算理论）地下连续墙的静力计算，有4种使用的方法。 1. 古典理论计算方法：自由端法、弹性梁法、等值梁法。（计算板桩墙）、1/2分割法、矩形荷载检验法、太沙基法。 2.横撑轴向力、墙体弯矩不变的方法，适用于多支撑地下连续墙（据实测推出） 山间邦男法（弹塑性法）和塑性法;弹性法。 3.横撑轴向力、墙体弯矩随工程进度而变化的方法 日本建筑结构基础设

15、计规范中的弹塑性法 4.同变形理论 日本森重龙马提出墙体变位对土压力产生增减的计算。 5.有限单元法2022/7/17地下连续墙253.3地下连续墙的设计方法（计算理论）一、无支撑式地下连续墙（自立式） 这种形式地下连续墙变形较大，只能应用在浅基坑中，墙背土压力荷载可取主动土压力计算，考虑插入段的土抗力（被动土压主动土压），并取安全系数为2。无黏性均质土中的地下连续墙结构承受土压力压力图2022/7/17地下连续墙263.3地下连续墙的设计方法（计算理论） 图中（b）、（c）为浅埋，（d）为深埋。由受力图的规律性可以用解析法推导。联立上面两式求得D和Z。2022/7/17地下连续墙273.3地

16、下连续墙的设计方法（计算理论）悬臂式支护结构分析： a为墙前后土压力零点时位于基坑下深度；t为插入0点以下的深度（未知）；Z为墙前土抗力转折点高度（未知）；1、土压力系数Ka、Kp及土压力P、P求出土压力相等的点（0）处a值2.求z，（D=a+t）2022/7/17地下连续墙283.3地下连续墙的设计方法（计算理论）3.求出t；4.入土总深度 L=a+1.2t+H5.求出最大弯矩。 二、单撑式地下连续墙设计方法单撑式地下连续墙计算简图2022/7/17地下连续墙293.3地下连续墙的设计方法（计算理论）1.求出土压力等于零的点（0点）2.求出Ea及y值3. MA0，求出t的值 H0，求出T的值

17、4.最后算得墙身各点弯矩及剪力5.结构的最小嵌固深度L=H+a+1.2t T（1.21.4）T计 墙身弯矩不乘折减系数。2022/7/17地下连续墙303.3地下连续墙的设计方法（计算理论）三、多撑地下连续墙设计方法（山间帮男近似法） 该结构形式的计算应该考虑施工中分段开挖、分段支撑的情况。比较符合实际的是山间帮南近似法： （一）基本假定： 1.黏土地层中，挡土结构为底端自由的弹性体法； 2.主动土压力在开挖面以上为三角形，以下为矩形； 3.开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中Ax+B在数值上为被动土压力减去静止土压力值；2022/7/17地下连续墙313.3地下连续墙的设计方法（计

18、算理论）4.横撑设置后即为不动支点；5.下道横撑设置后，认为上道横撑轴力不变，而且下道撑以上的墙体保持原来位置；6.开挖面以下墙体弯矩为零处视为铰点，忽略下部墙体对上部墙体的剪力传递。山间帮男法近似解计算简图2022/7/17地下连续墙323.3地下连续墙的设计方法（计算理论）根据上图，由静止平衡条件Ny0，得计算公式为：式中：主动土压力与地面均布荷载共同引起的侧压力合力的斜率，即、q、Ka意义见图；xm地下连续墙入土深度； 计算点以上各撑点轴力之和；A、B按朗肯土压力计算被动土压力减去静止土压力值时的两个系数。（1）2022/7/17地下连续墙333.3地下连续墙的设计方法（计算理论）多撑地下连续墙可按下列步骤设计：1.开挖主第一层支撑时，由（2）式求出xm，此时， ， （下标K=1）2.继续开挖，并设定第二层支撑后，（1）、