非圆形大断面地下连续墙深基础施工技术应用

非圆形大断面地下连续墙

深基础

本文根据笔者多年来从事地下连续墙的设计、施工、科研试验和应用的体会以及国内外相关工程的资料，叙述非圆形大断面地连墙深基础的发展概况、基本理论、设计方法以及在城市建筑、市政道路、大型桥梁中的应用。

目录一.地连墙和深基础发展概况二.非圆形大断面深基础的分类三.井筒式地连墙深基础四.地下连续墙的墙桩和条桩五.工程实例六.结语

一、地连墙和深基础（坑）的发展概况1.发展概况随着高、大建筑物的不断涌现，基础（坑）工程的重要性受到人们的高度重视；基础（坑）工程的概念和技术领域也发生了很大变化。基础（坑）工程是由工程结构以及施工机械、混凝土技术等组成的综合技术，是包括从勘察、规划到设计施工和监测多方面的技术体系。

自从1950年在意大利圣·玛利亚水库坝基首次采用地下连续墙以来，经过二十多年的推广和发展，到了70年代已经成为了重要的基础工程施工技术之一。地下连续墙技术在日本得到了快速的发展，从设计理论到造孔机械和施工工法方面，都达到了世界先进行列。日本首先提出地下连续墙基础概念1979年日本首先在东北新干线高架桥工程中采用了地连墙竖井式深基础，代替了常用的沉井基础。根据本人收集的到2009年为止的日文资料，介绍国内外地连墙和深基础工程的发展概况：1.地连墙深度5.砼的强度等级2.基坑开挖深度6.地连墙深基础深度3.地连墙厚度7.防渗墙的深度4.深基坑（础）平面8.新型施工设备1.地连墙深度的世界前五名均在日本。排位墙深用途地点施工日期

1140排水竖井3#1993年

2130排水竖井1#1994年

3129排水竖井2#1993年

4122排水竖井4#1995年

5119川崎人工岛1991年-------------------------------------（试验）150(明石大桥)1987年中国77穿黄竖井2008年

中国80？上海？

2.基坑内部开挖深度前五名排位hp

墙深用途地点施工

(m)(m)1110.1110.1管道竖井2004282.0110污水井1995376.0106白鸟大桥墩1988475.0119川崎人工岛1991574.783管道竖井1993

------------------------------------------650.177.0南水北调20083.地连墙厚度前五名

可能的挖槽厚度3.2m，实际挖槽厚2.8m。排位墙厚用途地点施工

12.8川崎人工岛199122.6污水竖井198832.4地下变电站199342.4桥梁深基础199852.4大楼深基坑1999其中排位3的地下变电站支护墙，采用变断面的地连墙，上部44m厚2.4m；下部26m厚1.2m。4.深基坑（础）平面尺寸多采用圆形平面，可充分利用砼的特点，减少内部支撑.排位内径用途地点施工日期

1144地下变电站19932140高雄地铁2002/03398川崎人工岛1991481抽水井1992580.5地下贮油槽1996台湾高雄地铁的圆形深基坑，位于十字路口。5.砼强度等级的前五名目前日本国内的最大砼设计标准强度为60Mpa。

排位砼强度用途地点施工160天然气贮槽1994260天然气贮槽1995360高铁深基坑1996460排水竖井1998560天然气贮槽1999

6.地连墙深基础的前五名地下连续墙墙深基础工工法是由日日本发明并并发展的。。排位墙墙深（m）用用途地点施施工工日期1106白鸟大桥3#墩1988277隧道竖井1990376明石大桥锚锚碇1994476大楼深基础础1994575高速路1989到2006年6月底，共有有390个深基础工工程已经建建成。7.防渗墙的世世界第一2011年3月，我国西藏旁旁多水电站站土坝防渗墙墙最深达158/201.47m，是迄今为止止世界最深深防渗墙。。双层防渗墙墙—冶勒水电站站上段71.0××1.2m+下段76×1.0m冶勒防渗墙墙纵剖面图图冶勒防渗墙墙纵横面图图8.新型施工设设备1.铣槽机（1）液压：：意大利，，法国，德德国；（2）电动：日日本。2.抓斗（（1）钢丝绳绳抓斗+重凿：硬硬岩（2）液压抓抓斗：各各种地层层3.SMW、TRD工法新设设备4.打桩设备备：旋挖挖钻机、、反循环环钻机；；5.锚索（杆杆）钻机机：SOILMEC,KLEM。二、地连连墙深基基础分类类深基础按按刚度分分类地连墙深深基础的的平面形形状1.形状（1）闭合的口口字形或或圆环形形结构，，（2）非闭合合的条状状、墙状状或其他他断面。。2.从刚度来来看，有有的是刚刚性体；；有的则则是弹性性体。3.地连墙基基础的刚刚度:只有采用用刚性接接头且βL＜1.0时，才算算是刚性性基础；；否则即即使βL＜1.0，也不是是绝对的的刚性基基础，因因为它不不能传递递全部剪剪力。条桩墙桩三、井筒筒式地连连墙深基基础井筒式深深基础1.井筒式深深基础是是利用构构造接头头把地连连墙的墙墙段连结结成一个个外形为为矩形、、多边形形或圆环环形且其其内部可可分为一一个或多多个空格格的整体体结构，，并在其其顶部设设置封口口顶板，，以便与与上部结结构紧密密连接。。2.沉井：由于施工工速度和和安全方方面的原原因，应应用越来来越少了了。从1966年到1986年的20年内，沉沉井在日日本基础础工程中中占有的的比例已已由26.1％迅速下下降到只只有4.0％；到2006年，则只只占1%；而地连连墙深基基础则在在1976～1986年的10年内增加加了1倍。地连墙深深基础的的特点1．地连墙墙基础与与地基牢牢固地连连接在一一起，侧侧面摩阻阻力大，，承载力力高。2．地连墙墙基础的的闭合的的断面结结构，结结构刚度度很大。。3．地连墙墙基础可可以在任任何地基基和水中中施工。。4．可以修修建从很很小的一一直到超超大型的的任意载载面的深深基础工工程，其其最大深深度可达达150m。5．在地表表面上进进行机械械化施工工，安全全度高。。6．施工过过程中对对周围地地基和建建筑物影影响较小小，因而而可以实实施接（（贴）近近施工。。7．可以大大大缩短短工期，，技术经经济效益益显著。。地连墙深深基础的的设计要要点1.计算方法法（1）按刚性性体；（2）按沉井井弹性体体；（3）按桩弹弹性体。。2.允许变位位不应超过过基础宽宽度的1%，且不大大于50mm；在超高土土压力作作用下，，水平变变位应不不大于15mm。3.其他----略四、墙桩桩和条桩桩开式断面面深基础础：墙桩、条桩、丁字桩、、工字桩、、十字桩。。这些地连连墙桩大大都属于于弹性桩桩范畴。。近年来开开发应用用的非圆圆形大直直径现场场灌注地地下连续续墙桩，是是介于深深的刚体体基础和和深的弹弹性基础础（桩））之间的的基础结结构。墙桩设计计要点1.承受竖向向荷载的的墙桩（1）静力计计算法根据桩侧侧阻力和和桩端阻阻力的试试验或经经验数据据，按照照静力学学原理，，采用适适当的土土的参数数，分别别对桩侧侧阻力和和桩端阻阻力进行行计算，，最后求求得桩的的承载力力。（2）原型试试验法在原型上上进行静静载试验验来确定定桩的承承载力，，是目前前最常用用和最可可靠的方方法。在在原型上上进行动动力法测测试也可可确定桩桩的承载载力。2.承受水平平荷载的的单桩，，其计算算方法有有地基反反力系数数法、弹弹性理论论法、极极限平衡衡法和有有限元法法等。地地基反力力系数法法是我国国目前最最常用的的计算方方法。墙桩计算算简图条桩概况况条桩是小小型地连连墙桩基基础，它的几何何尺寸较较小，常做为单单桩基础础，也可可做为群群桩。条桩的刚刚度小，，仍可按桩桩基进行行设计。。其端部可可为半圆圆弧形或或为矩形形。首次使用用：1993年北京三三环双井井桥基础础1994年天津冶冶金科贸贸大厦采采用条桩桩。条桩原理理1.在面积一一定的情情况下，，圆的周周长最小小，正方方形较大大，长方方形更大大；即侧侧面积更更大。2.使用同样样数量的的混凝土土，长方方形的桩桩能获得得更大的的侧面积积以及侧侧面摩阻阻力，提提高了承承载力。。3.用长条形形桩（条条桩）代代替圆桩桩，当承承载力不不变时，，则条桩桩可节约约10～15％的混凝凝土，提提高施工工效率5～10倍。4.条桩断面面的抗弯弯刚度比比圆桩大大，且两两个互相相垂直的的方向抗抗弯刚度度不同；；可合理理布置条条桩的位位置和方方向，可可节省混混凝土，，降低工工程造价价。条桩的应应用（1）做桥梁梁的桩基基础（2）做建筑物的的桩基础上述两种情况况下，可做做成一柱一桩桩形式，也可可群桩基础。。（3）做基坑支护护挡墙北京市嘉利来来世贸广场北京市水务局局新塔楼的的基坑，采用用条桩支支护和预应力力锚索。扩底条桩条桩计算方法法（一）1.对于承受竖向向荷载的条桩桩：①静力计算法法采用适当的土土的强度参数数，分别对桩桩侧阻力和桩桩端阻力进行行计算，最后后求得桩的承承载力。②原型试验法法在原型上进行行动力静载试试验来确定桩桩的承载力，，是目前最常常用和最可靠靠的方法。在在原型上进行行动力法测试试也可确定桩桩的承载力。。条桩计算方法法（二）水平承载桩是是桩—土体系的相互互作用问题。。承受水平荷载载的单桩承载载力的计算方方法有地基反力系数数法（常用））弹性理论法极限平衡法有限元法等日本已有专门门计算地连墙墙条桩的规范范。条桩荷载试验验国内条桩的现现场试验北京东三环双双井立交桥大大应变试验；；天津市冶金科科贸中心工程程静载试验；；天津综合交通通枢纽自平衡衡墙桩试验。。结论：（1）条桩每立方米砼的的承载力可提高1倍多；（2）桩的侧摩阻阻力和端阻力力均达到设计计采采用值的的1.5倍以上。条桩静载试验验Q-S曲线条桩和圆桩对对比表类别根数断面（m）有效长m砼m3

承载力t实测静压承载力单位砼承载力t/m3工期条桩512.5x0.6241836估750～8501050～130029.2～36.11台抓斗31天圆桩182Φ0.8242184220/18.36台钻机30天（估）条桩的自平衡衡试桩法目前，由于桩桩底加载法即即自平衡法测测试设备和技技术的发展，，使我们可以以更便捷地测测试桩的静载载承载力。条桩设计要点点（一）1．可参照国内内现有桩基规规范（规程）），进行条桩桩计算和设计计。2．条桩可作为为单桩基础或或群桩基础。。3.条桩间距多为为2.5～4b（短边尺寸））。条桩设计要点点（二）条桩的设计要要点由于条桩的刚刚度（EI）具有方向性性，可把条条桩布置在不不同方向。日本某桥的基基础采用的是是墙桩，其沿沿桥长方向刚刚度小，弹性性大，可适应应上部多跨连连续梁的温度度影响。而而在垂直直于桥轴方向向上，墙桩桩的刚度很大大，完全可以以承受地震荷荷载。不用井筒式基基础。条桩设计要点点（三）如果采用一墩墩（柱）一桩桩的布置方式式，通常可以以取消桥台（（北京京通快快速路通惠河河桥）。条条桩和柱子子钢筋保护层层不同，宜将将条桩的外形形尺寸比柱子子适当加大50～100㎜，这样可使桩桩的外层钢筋筋与墩子外层层钢筋直接相相连(北京东四环通通惠河桥桩)。由于单根条桩桩的断面面积积大，它的抗抗冲切能力强强，因而承台台的厚度就可可大大减少（（天津冶金科科贸中心）。。应当从条桩身和和承台两个方面面来评价条桩基基础的技术经济济效益。五、地连墙深基基础实例--建筑高层建筑采用墙墙桩：挡土承重和防水水三合一地连墙墙（桩）的特点点1）可以充分利用用红线以内地面面和空间。2）地连墙抗弯刚刚度大，可减少少基坑内支撑的的数量；便于采采用逆作法施工工。3）地连墙防水效效果好。4）目前地连墙桩桩可承受很大的的垂直荷载5）施工单元较大大（6m），质量可靠度度高。6）可节省基坑工工程费用，工效效高，工期短。。墙桩和条桩开发发笔者从1992年开始应用三合合一地连墙技术术解决了北京新新兴大厦基坑支支护问题；1993年用条形桩代替替圆形桩建成了了双井桥桩基；；1993年在天津冶金科科贸大厦基坑中中采用了三合一一地下连续墙桩桩，把28层大厦的荷载直直接作用在地下下连续墙（墙桩桩）和条桩上面面，这在国内尚尚属首次。此后后又在多个工程程中采用此种技技术。已经完成成这种地连墙（（桩）的施工面面积几十万m２。台湾高雄某高层层建筑的地连墙墙和条桩基础。。天津冶金科贸大大厦的地连墙和和条桩1．原设计方案本工程由主楼、、付楼和配楼三三部份组成。主主、付楼基坑长长70.2m，宽31.2m，深12.0m。基础底板厚2.2m，为减少地基附附加压力和不均均匀沉降，将基基础底板外挑2.5m。基础桩：Φ0.8灌注桩，共330根，其中主楼225根，外挑段43根，桩长36m（有效桩长24m），间距2.2m，单桩承载力220t/根。2.优化设计方案基坑周边采用地地连墙，承受垂垂直荷载；取消消了底板2.5m的外挑板；采用用51根条桩代替225根圆桩；底板厚厚度由2.2m减少到1.6m。天津冶金科贸大大厦地连墙和条条桩图（二）天津冶金科贸大大厦（三）表类别根数断面(m)有效长m砼m3承截力t静压承载力单位砼承载力t/m32期条桩542.5×0.6241944(估)750~8501050~130029.2~36.11台抓斗31天圆桩182Φ0.8242184220/18.36台钻机30天(估)天津冶金科贸大大厦（四）静载载试验2根2.5×0.6m的条桩的静压桩桩试验。利用当时的设备备测桩。试桩与锚桩设计计成不对称布置置--地连墙的墙段做做近端锚桩，远远端锚桩为两根根深47m、断面2.5×0.6m的条桩。两根桩的极限承承载力为1600t和1800t；桩基的允许承承载力，达到了了1050t和1300t。即１根条桩相当当5～6根Φ0.8m的圆桩。则52根条桩总承载力力将达54600t，已经大大超过过设计荷荷重（49500t）。另外，周长长为125m地连墙桩还可提提供约39000t的承载力，使整整个建筑物变得得非常安全。天津冶金科贸大大厦试桩平面图图天津冶金科贸大大厦（六）效果果效果1.根据初步估算，，本项目共节约约砼约2000m３，降低工程造价价不少于200万元。2．地连墙已经达达到了原来的“三合一”要求。在悬臂状状态下挖深6m后，墙顶变位仅仅为1.5～2.0cm；挖到10m深（坑底），位位移达到2.5cm。沿基坑周边的条条桩紧贴地连墙墙，起到了反向向支承作用。3．条桩表面平整整，角部垂直，，边长增加2～3cm。4．主楼已经于95年8月封顶，基础桩桩和地连墙均已已承受全部荷重重，现已正常营营业，未发现任任何异常现象。。盐官排洪闸盐官排洪闸条桩作为深基坑坑的支护结构嘉利来世贸广场场嘉利来世贸广场场嘉利来嘉利来世贸广场场井筒式深基础实实例（穿黄）穿黄竖井1.北岸竖井始发井井，井口高程105.6m，井底板顶高程程57.5m，开挖深度50.1m,内径16.4m，外径20.8m。2.竖井壁外围为钢钢筋混凝土地下下连续墙，厚度度1.5m，外径18m，底部高程29m，深77.0m，混凝土强度等等级为C30W12F200。3.为保证竖井结构构稳定及防渗要要求，地连墙底底部设单排帷幕幕灌浆深入基岩岩内，防渗标准准q≤10Lu；用高压旋喷灌灌浆加固竖井底底板下10m厚砂层，作为竖竖井底板下的水水平防渗帷幕。。竖井前部的盾盾构始发区及背背洞口侧土体也也进行高喷加固固。竖井外围设设有自凝灰浆防防渗墙，厚0.8m，深71.6m，距井中心25.4m。黄埔锚锭深基础础黄埔悬索桥概况况南汊桥采用双塔塔单跨钢箱梁悬悬索桥，跨径组组成为290+1108＋350m，北塔桩号K10+026m，位于大濠沙岛岛的大堤外侧浅浅水区,距离堤脚20m；南塔桩号K11+134m，位于南岸边滩滩浅水区。北锚锚碇位于大濠沙沙岛上，桩号K9+736m。南锚碇位于南岸岸阶地上，桩号号K11+484m。北边跨为290m，边中跨比0.262；南边跨为350m，边中跨比0.316。黄埔渗流计算图图川崎人工岛川崎人工岛概况况人工岛是在28m的海水中建造的的，直径189m。其周边是用钢钢管桩和钢结构构建造的框架结结构。其中心部部位是一个内径径98m，深119m和厚2.8m的地下连续墙竖竖井。人工岛在水深28m以下的海底全是是淤泥，-55.0m以上的N=0，-70.0m附近为砂质土和和粘性土互层的的洪积土层，-110～130m之间为N＞50的砂性土层，也也是本工程的持持力层。在此情况下，综综合考虑上部荷荷载，地基承载载力，基坑侧向向荷载以及涌水水管涌的安全问问题，在基坑开开挖深度为69.7m的条件下，墙底底应到达-105m。但是考虑到此此高程距不透水水层还有一段距距离，并为了减减少基坑开挖期期间的排水量，，最后决定墙底底加长9m，到达-114m为止。川崎人工岛概况况该地连墙共划分分为56个槽段，一期槽槽段长3.2m,二期槽段长8.96m。施工时把119m长的钢筋笼分为为六段，分段制制作分段下放。。一期槽段钢筋筋总重166.6t，最长一段22.5m，重35.7t。二期槽段钢筋筋最大一段重61.8t。钢筋笼用船运运到平台上。钢钢筋直径35～51mm，间距15～17.5cm，二期槽钢筋笼笼施工接头约100个。混凝土设计强度度36.0MPa，实际取芯检测测，平均强度大大于83.0MPa(最大平均值84.80MPa)。条（墙）桩在桥桥梁工程中的应应用墙桩在桥梁工程程中的应用日本某桥梁的墙墙桩基础该桥的P12～P18排桥墩左右（L，R）两个基础都采采用了墙桩方案案。根据所在部部位的地形和地地质条件，每个个桥墩下面一般般采用2根或3根墙桩。墙桩宽宽均为10m，厚1.0～1.2m，深30.0～51.0m。桩底嵌入泥岩岩中。这种布置是为了了适应桥长方向向多跨连续钢箱箱梁的温度荷载载；而在垂直方方向，墙桩的刚刚度很大，可以以承受地震荷载载。北京东三环双井井桥北京东三环双井井桥1.国内第一次在桥桥梁基础中采用用条桩。原每个桥墩设4根Φ1.2m圆桩，垂直荷载载为250～300t；。2.可用两根2.5×0.8m条桩来代替。3.经试桩（2根）验证，单桩桩极限承载力可可达到1500t以上。4.采用条桩可节约约13％的砼。。5.回转钻或或冲击钻钻施工很很困难，，平均3天左右才才能完成成1根桩，条条桩可完完成3～4根，其效效率少高高出16-20倍。6.在双井立立交桥共共采用了了52根条桩，，桩长26～35m。使用BH7和BH12液压抓斗斗挖孔，，总平均均工效为为73.5m２/d。施工工工效最高高达5.7m2/h。建在漂石石地基中中的潮白白河大桥桥条桩北京市的的京承高高速路潮潮白河大大桥全长长920m，由东引引桥、主主桥和西西引桥三三部份组组成。主主桥为72+120+120+72m（长384m）的三塔塔矮塔斜斜拉桥，，总体布布置见下下图。两两侧引桥桥各有7个桥墩，，长268m。建在漂石石地基中中的潮白白河大桥桥条桩基础地质：潮白河大大桥基础础位于冲冲洪积地地层中，，地基中95%以上都是是卵石，，含有450～600㎜㎜的漂石，，钻孔难度度很大。。地下水埋埋深8～15m，易发生塌塌孔和漏漏浆事故故。建在漂石石地基中中的潮白白河大桥桥条桩桩基方案案变动1.设计原采采用直径径1.2m和1.8m的圆桩，，施工难度度很大，，2.遂改为直径5—14m的沉井进行招投标标。沉井在这种地层中中，很难均匀下沉沉；3.最后选用笔者建议议的条桩基础方案案，并要求进行条桩成成孔试验。建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩条桩基础设计方案案比较:大直径圆桩沉井条桩井筒式地连墙潮白河大桥桩基方方案比较图图4桩基方案比较图建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩表种类沉井条桩圆桩地连墙井筒规格（m）D=14H=15n=12根H=26，2.5x1.0n=12根H=26，d=212.5x12.5x1.2混凝土（m3）1490147622461534底板混凝土

（m3）270-------------270钢筋（t）87.7144224.0191.6工期（d）6322

66说明入水下7m

承台21x15x4

建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩方案比较：1.沉井方案中安排抽抽水时间为6天，实际上很难把把沉井内水抽干，，去处理事故的。。2.再从引桥部位来看看，由于此段地下下水位较深，故可可考虑采用人工挖挖孔桩和条桩做对对比。其比较如下下：建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩表桩基种类条桩人工挖圆桩桩长（m）1812规格（m）2—2.5x0.82—Φ2.0,间距6.0桩底扩大头(m)/2—Φ3.0桩体积（m3）36.040.2承台体积（m3）43.7581.0合计79.80121.2钢筋(t)8.311.3说明

下卧粘土仍末挖净建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩，主桥表部位中塔墩柱边塔墩柱边墩（2个）直径(m)8.06.04.0壁厚(m)1.51.21.0承台（Lxbxh）(m)15x12x415x12x47x8x3条桩数量3排x4根共12根3排x4根共12根2排x2根x2共8根长度262622条桩截面2.5x1.02.5x1.02.5x1.0建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩引桥部分东、西引桥各有7排桥墩（含边墩）），即28个墩柱，每柱下2根2.5x0.8m条桩，长18.0m，承台尺寸为5.0x3.5x2.5/1.5m。总共有56根条桩。总共设计有条桩92根，设计砼4096m3。建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩导墙的设计与施工工：导墙采用砖和混凝凝土结构（见图5），高度为3m，平面净尺寸为280x90cm。导墙底放在老地地基中，其表面充充分洒水湿润，并并灌入一定数量的的水泥浆，然后再再浇筑厚30cm的混凝土底板，其其上再砌筑加筋砖砖墙，浇筑混凝土土顶板。导墙的偏偏斜度不大于1/500，顶面高差不大建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩施工机械和设备共使用了3台BH12液压抓斗，配备ZL­—50型装载机配备25t吊车运送和吊放钢钢筋笼。工效和泥浆统计:（1）试桩阶段：桩长长19，21m，平均工效3.08m/h，泥浆用量1.30m3/m3。泥浆漏失率约30%。（2）施工阶段：实际际开挖桩长34.0m和28m，孔底漂石多，平平均工效约1.5～2.0m3/h。实测槽孔砼浇注系系数达1.20～1.15。建在漂石地基中的的潮白河大桥条桩桩结论和建议：实践证明，在像潮潮白河大桥这样含含有大量漂石的卵卵石地基中，采用用条桩代替圆桩或或沉井是完全可行行的，并可加快施施工进度，缩短工工期，保证质量，，节省工程量和工工程投资，是个值值得推广应用的施施工技术。条（墙）桩在桥梁梁工程中的应用北京地区的条（墙墙）桩工程实例1）在木樨地和八王王坟立交桥中，均均与由日本引进的的全套管贝诺托挖挖桩法进行了对比比，结果证明全套套管在砂、卵石地地层中并不是很适适合，迭出毛病，，最终退出了施工工现