地下連續(xù)墻 沉管法

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1、第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計(jì)算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第一節(jié) 概述地下連續(xù)墻/砼地下墻: 在泥漿護(hù)壁的條件下，在地下開(kāi)槽，分槽段構(gòu)筑的鋼筋砼墻體，具有整體剛度大、防滲性能好的特點(diǎn)，適用于地下水位較高的軟土層和施工條件復(fù)雜的環(huán)境。既可作為基坑施工時(shí)的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可作為擬建地下工程主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻。 最早始于1 9 5 0年的巴黎和米蘭，目前深度可達(dá)3 6 m（金茂大廈）突出優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鄰近已有建筑物和地下管線的影響較??；施工時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)，屬于低公害的施工方法；可結(jié)合逆作法施工，加快施工進(jìn)度，縮短工期。 主要工序 缺點(diǎn)：在

2、堅(jiān)硬地層中成槽困難，施工管理不當(dāng)時(shí)可能造成泥漿污染施工現(xiàn)場(chǎng)；需要有大型專(zhuān)用施工機(jī)械設(shè)備，費(fèi)用較高。，地連墻受力與鋼板樁、樁排式灌注樁等擋土結(jié)構(gòu)有許多相似之處，但其入土深，剛度大，設(shè)計(jì)計(jì)算又有其自身的特殊性。特別是兼作臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)和永久性主體結(jié)構(gòu)的組成部分時(shí)，還應(yīng)按施工階段和使用階段兩種情況分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計(jì)算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容地下連續(xù)墻破壞的形式有穩(wěn)定性破壞和強(qiáng)度破壞兩大類(lèi)，另外變形過(guò)大也意味著支護(hù)體系的失效。一 破壞形式1 穩(wěn)定性破壞（土體）整體失穩(wěn) 坑

3、底隆起管涌、流砂 2 強(qiáng)度破壞（支護(hù)結(jié)構(gòu)）支撐強(qiáng)度不足或壓屈墻體強(qiáng)度不足3 變形過(guò)大由于地下連續(xù)墻剛度不足，在荷載作用下，產(chǎn)生變形過(guò)大，或者由于墻體滲水漏泥引起墻后土層過(guò)大變形導(dǎo)致基坑外地表沉降或水平位移過(guò)大，從而引起基坑周?chē)牡叵鹿芫€斷裂或鄰近建筑物破壞。 二 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容 根據(jù)破壞形式，設(shè)計(jì)計(jì)算主要內(nèi)容包括： 確定地下連續(xù)墻的荷載； 確定入土深度，以滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求； 進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分析，確定彎/剪/軸及支撐力；結(jié)構(gòu)體系截面設(shè)計(jì)，包括配筋計(jì)算、截面強(qiáng)度驗(yàn)算、接頭連接強(qiáng)度驗(yàn)算和構(gòu)造處理等；估算施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度，包括連續(xù)墻的墻頂位移和墻后地面沉降值的大小和范圍； 驗(yàn)算開(kāi)挖槽段的

4、槽壁穩(wěn)定性。穩(wěn)定性破壞強(qiáng)度破壞變形過(guò)大 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計(jì)算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法一 、設(shè)計(jì)理念荷載結(jié)構(gòu)法：巖土體開(kāi)挖后地層的作用主要是對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)能安全可靠地承受地層壓力等荷載的作用。計(jì)算時(shí)先按地層分類(lèi)法或由實(shí)用公式確定地層壓力，然后按彈性地基上結(jié)構(gòu)物的計(jì)算方法計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)，代表方法為彈性地基梁法。地層結(jié)構(gòu)法：將支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層視為整體共同受力的統(tǒng)一體系，在滿(mǎn)足變形協(xié)調(diào)的前提下分別計(jì)算襯砌與地層的內(nèi)力，據(jù)以驗(yàn)算地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)，目前計(jì)

5、算方法為以有限元法為代表的數(shù)值方法。 與荷載結(jié)構(gòu)法相比，地層結(jié)構(gòu)法充分考慮了地下結(jié)構(gòu)與周?chē)貙拥南嗷プ饔茫Y(jié)合具體的施工過(guò)程可以充分模擬地下結(jié)構(gòu)以及周?chē)貙釉诿恳粋€(gè)施工工況的結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及周?chē)貙拥淖冃胃芊瞎こ虒?shí)際。但是由于周?chē)貙右约暗貙优c結(jié)構(gòu)互相作用的模擬的復(fù)雜性，地層結(jié)構(gòu)法處于發(fā)展階段，在很多工程應(yīng)用中，僅作為一種輔助手段。隨著今后的研究和發(fā)展，地層結(jié)構(gòu)法將會(huì)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。 二、荷載結(jié)構(gòu)法（材料力學(xué)方法）1 懸臂梁工況：地連墻用于深基坑支護(hù)時(shí)，在開(kāi)挖第一層土體時(shí)，第一道支撐尚未設(shè)置，處于懸壁狀態(tài)（如懸壁式排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)）靜力平衡求出 t z進(jìn)一步可得到嵌固深度地連墻內(nèi)力墻頂位移 2

6、 單支點(diǎn)工況： 地連墻的剛度比土體大得多，周?chē)馏w對(duì)地連墻墻底的嵌固作用不大，認(rèn)為底端為自由端，故稱(chēng)為“自由端法” 。力矩平衡求出 支撐力T靜定結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步可得到彎矩剪力求出 t 水平向平衡 3 多支點(diǎn)工況：采用等值梁法計(jì)算，基本原則是將坑底下地連墻彎矩為零點(diǎn)作為假想鉸，將墻體分為上下兩段，上段為多跨連續(xù)梁，下段為一端固定一端鉸支的超靜定梁。假想鉸通常假定為土壓力零點(diǎn)上段：利用結(jié)構(gòu)力學(xué)可求梁(地連墻)內(nèi)力和支座反力(支撐力)下段：利用Ep= Ed 三、修正荷載結(jié)構(gòu)法荷載結(jié)構(gòu)法是采用一種支撐情況，荷載一次作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖，無(wú)法反映實(shí)際施工過(guò)程，因而產(chǎn)生了修正荷載結(jié)構(gòu)法。日本山肩邦男法考慮逐層開(kāi)挖

7、和逐層設(shè)置支撐的施工過(guò)程，假定： 下道橫撐設(shè)置后，上道軸力不變; 下道橫撐以上地連墻M不變; 粘土層中地連墻為無(wú)限長(zhǎng)彈性體; 墻后p a在開(kāi)挖面上為三角形，以下為矩形；墻后pp可分為塑性區(qū)及彈性區(qū)。 山肩邦男法精確解要求解5次方程，手算繁瑣，提出了近似解法 在粘性土層，地連墻為底端自由的有限長(zhǎng)梁; 在開(kāi)挖面以下pp線形分布； 開(kāi)挖面以下墻體M=0點(diǎn)為假想鉸，忽略此鉸的剪力傳遞。 第一段開(kāi)挖后,下標(biāo)k=1 ,Ni = 從式(2 )求出xm ，代入式(1 )中求出N1 ; 第二段開(kāi)挖后, k=2 ，Ni 只有N1 ,從式(2 )求出xm ，代入式(1 )中求出N2 。 第三段開(kāi)挖后, k=3 ，N

8、i有N1和N2 ，由式式(2 )求出xm ，代入(1 )得N3。依次求出各道支撐軸力，即可得到墻體內(nèi)力。 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計(jì)算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第四節(jié) 數(shù)值分析法一 、材料力學(xué)方法/彈性地基方法（高大釗 p2 4 1）材料力學(xué)方法：在一系列假定條件下視地基反力為直線分布彈性地基方法：地基是彈性體，地基反力須通過(guò)共同作用分析獲得 文克勒（Winkler）地基模型/彈性地基梁法/基床系數(shù)法/局部變形理論彈性半空間地基模型/整體變形分層地基模型/分層總和法(規(guī)范) 假定地基由許多獨(dú)立的且互不影響的彈簧組成，任一

9、點(diǎn)的變形s與所受壓力強(qiáng)度p成正比，而p不影響該點(diǎn)以外的變形p=ks，k為地基基床系數(shù) 彈性地基梁與普通梁比較有如下兩個(gè)區(qū)別：(1 )超靜定次數(shù)：普通粱超靜定次數(shù)是有限(有限個(gè)支座)，而彈性地基梁的超靜定次數(shù)是無(wú)限的。 (2 )是否考慮地基變形：普通梁的支座通?？醋鲃傂灾ё?，即略去地基的變形，只考慮粱的變形；彈性地基粱則必須同時(shí)考慮地基的變形，梁與地基共同變形，滿(mǎn)足變形連續(xù)條件。優(yōu)點(diǎn)：彈性地基考慮可使梁的變形減少、剛度提高及內(nèi)力降低解法：彈性地基梁求解可采用解析方法或數(shù)值方法不足：文克勒地基模型忽略了地基中的剪應(yīng)力，變形只發(fā)生在基底范圍內(nèi)，與實(shí)際情況不符。 彈性半空間地基模型(布希涅斯克)能擴(kuò)散

10、應(yīng)力和變形，單其擴(kuò)散能力超過(guò)實(shí)際情況，且未能反映地基土的分層特性。分層地基模型較好的反映了地基土擴(kuò)散應(yīng)力和變形的能力，能考慮土層沿深度變化的非均質(zhì)星和土層分層，但是未能考慮土的非線性和地基土塑性變形。 二 、彈性桿系有限元法彈性地基梁的數(shù)值解法又稱(chēng)桿系有限元法，是矩陣位移法與彈性地基梁法的結(jié)合。沿縱向取單寬地連墻，視為彈性地基梁；墻體剖分為若干段梁?jiǎn)卧斡枚U桁架單元模擬。 計(jì)算方法土力學(xué)P1 4 0 6 -8彈簧剛度系數(shù)地連墻離散化為一系列具有三個(gè)自由度的梁?jiǎn)卧斡脳U單元，開(kāi) 挖面、支撐和彈簧設(shè)置在梁?jiǎn)卧诮Y(jié)點(diǎn)上，增量法基本平衡方程為 三、連續(xù)介質(zhì)有限元法力學(xué)模型選擇幾何模型選擇單元

11、形式選擇計(jì)算范圍選擇邊界條件選擇 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計(jì)算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第五節(jié) 地下連續(xù)墻施工施工順序 成槽設(shè)備 泥漿系統(tǒng)主要成分是膨潤(rùn)土、水、化學(xué)摻劑和惰性材料。作用如下：穩(wěn)定井壁 護(hù)壁泥漿對(duì)槽壁的壓力略大于地下水土壓力。 洗槽鉆下的土/巖屑及時(shí)由泥漿攜帶排出槽外，鉆頭始終切削新土，提高鉆進(jìn)效率。 冷卻鉆頭泥漿循環(huán)降低鉆頭溫升。 潤(rùn)滑是一種潤(rùn)滑劑，從而降低了鉆機(jī)的磨損 泥漿制備 高速旋轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)/噴射式攪拌機(jī) 泥漿處理 振篩分離出土渣和泥漿，落入排渣槽和沉淀池 泥漿循環(huán) 主要由循環(huán)泵、循環(huán)泥漿池及排渣設(shè)

12、備等組成。 施工工序技術(shù)要點(diǎn)1修筑導(dǎo)墻導(dǎo)墻一般為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，主要作用是：起挖槽、造孔導(dǎo)向作用；儲(chǔ)存觸變泥漿；維護(hù)槽的穩(wěn)定，避免塌方；支承造孔開(kāi)槽機(jī)械設(shè)備的荷載。 2挖槽與清槽 槽段劃分確定單元槽段長(zhǎng)度，它既是一次性挖掘長(zhǎng)度，也是一次性澆筑混凝土的長(zhǎng)度，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件，對(duì)鄰近建筑物的影響、鋼筋籠吊裝和混凝土供應(yīng)能力。 目前常用為3 6 m,一般不超過(guò)8 m。 清槽必須對(duì)殘留在槽底的土渣、雜物進(jìn)行清除。 墻體厚度 根據(jù)成槽機(jī)規(guī)格 6 0 0 /8 0 0 /1 0 0 0 /1 2 0 0 0 mm3 吊放鋼筋籠 4 灌注混凝土在槽內(nèi)泥漿中通過(guò)導(dǎo)管向槽中灌注砼，是一種特殊的砼施工方法，砼密

13、實(shí)只能依靠其自重和灌注時(shí)產(chǎn)生的局部振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)5 槽段連接地下連續(xù)墻單元之間靠接頭連接，接頭通常應(yīng)滿(mǎn)足受力和防滲要求，而施工又要簡(jiǎn)單 當(dāng)?shù)剡B墻作為地下結(jié)構(gòu)外墻，且需形成整體墻體時(shí)，宜采用剛性接頭；地連墻宜采用圓形鎖口管接頭、波紋管接頭、楔形接頭、工字形鋼接頭或砼預(yù)制接頭等柔性接頭； 深圳地鐵1號(hào)線國(guó)貿(mào)站為地下三層側(cè)式站臺(tái)車(chē)站，基坑總長(zhǎng)2 3 8 .4 9 m，深約2 5 m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為2 0 .2 5 m，地連墻總長(zhǎng)度5 4 1 m。地連墻分為標(biāo)準(zhǔn)中幅（幅度6 m）6 9幅，非標(biāo)準(zhǔn)幅1 3幅及特殊幅1 4幅，共計(jì)9 6幅。 工程實(shí)例 主要施工工序1 .修筑導(dǎo)墻（現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)） 導(dǎo)墻放

14、線 1 .修筑導(dǎo)墻 導(dǎo)墻開(kāi)挖鋼筋綁扎 1 .修筑導(dǎo)墻模板支設(shè)混凝土澆注 1 .修筑導(dǎo)墻導(dǎo)墻養(yǎng)護(hù)（中間架設(shè)木支撐、磚支撐）地下連續(xù)墻導(dǎo)墻（現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）： 主要起挖槽、造孔導(dǎo)向作用；儲(chǔ)存觸變泥漿；維護(hù)槽穩(wěn)定，避免塌方；支承造孔開(kāi)槽機(jī)械設(shè)備的荷載。 2 .護(hù)壁泥漿制備泥漿主要成分是膨潤(rùn)土、水、化學(xué)摻劑和一些惰性材料。泥漿測(cè)試 粘度，稠度，PH值、比重泥漿制備 2 .護(hù)壁泥漿制備泥漿制備站 3 . 挖槽與清槽 3 . 挖槽與清槽抓斗式成槽機(jī) 4 . 鋼筋籠焊接 5 . 接頭管（或鎖口管）吊放鎖口管大多為圓形 6 . 鋼筋籠起吊 6 . 鋼筋籠起吊1 .2 -吊鉤；3 .4 -滑輪；5 -卸甲；

15、6 -鋼筋籠底端向內(nèi)彎折；7 -縱向桁架；8 -橫向架立桁架； 7 . 鋼筋籠入槽 8 . 混凝土澆灌 8 . 混凝土澆灌1 -導(dǎo)管；2 -正在灌注的混凝土；3 -已澆筑混凝土的槽段；4 -泥漿 9 . 鎖口管起拔 第5章 明挖法沉管工程 沉管法是越江湖、跨海峽等穿越水域隧道的常用施工方法，它是先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)地制作沉放管段，管段兩端用臨時(shí)封墻(板)密封，然后拖運(yùn)到隧址而下沉就位并連接成隧道的施工方法。第一座沉管法隧道是1910 年的底特律河水底隧道。迄今為止，世界上已有100 多條沉管隧道，其中比利時(shí)亞伯爾隧道寬度最大為53.1 m ；美國(guó)海灣地區(qū)交通隧道長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)5825m 。我國(guó)大陸

16、第一座沉管隧道是1992 年的廣州珠江隧道，長(zhǎng)1238.5 m，沉管段435 m ，寬33m 、高10.5m ；此外，還有寧波甬江隧 道、香港東港跨港隧道及臺(tái)灣高雄隧道等。 按管段制作方式可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是船臺(tái)型，即先在造船廠的船臺(tái)上預(yù)制鋼殼，制成后沿滑道滑行下水，在漂浮狀態(tài)下進(jìn)行鋼筋混凝土施工；另一類(lèi)是干塢型，是在臨時(shí)干塢中制作鋼筋混凝土管段，制成后往塢內(nèi)灌水使之浮起并拖到隧道址沉沒(méi)。 按斷面形狀分為圓形鋼殼類(lèi)和矩形兩種。圓形斷面特點(diǎn)是：受力合理，隧道壁內(nèi)彎矩較??；底部寬度小，基礎(chǔ)處理容易，但是空間不能充分利用，且其制作較復(fù)雜。矩形斷面的特點(diǎn)是：空間利用率高， 一般采用鋼筋混凝土建成，較節(jié)省鋼材，但須修建臨時(shí)干塢，且浮運(yùn)中要有相應(yīng)的控制措施。 分吊法 沉管隧道的設(shè)計(jì)涉及面較廣，主要內(nèi)容包括：總體幾何設(shè)計(jì) 沉管結(jié)構(gòu)計(jì)算浮運(yùn)和沉埋設(shè)計(jì)通風(fēng)照明系統(tǒng)給排水系統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝修設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理系統(tǒng)等。