地下连续墙 沉管法.ppt

第一节 概述 第二节 破坏形式和设计计算内容 第三节 荷载结构法 第四节 数值计算法 第五节 地下连续墙的施工,第4章 明挖法地下连续墙,第一节 概述,地下连续墙/砼地下墙: 在泥浆护壁的条件下，在地下开槽，分槽段构筑的钢筋砼墙体，具有整体刚度大、防渗性能好的特点，适用于地下水位较高的软土层和施工条件复杂的环境。既可作为基坑施工时的挡土围护结构，也可作为拟建地下工程主体结构的侧墙。,最早始于1950年的巴黎和米兰，目前深度可达36m（金茂大厦）,突出优点：对邻近已有建筑物和地下管线的影响较小； 施工时无噪声、无振动，属于低公害的施工方法； 可结合逆作法施工，加快施工进度，缩短工期。,主要工序,缺点：在坚硬地层中成槽困难，施工管理不当时可能造成泥浆污染施工现场； 需要有大型专用施工机械设备，费用较高。,，,地连墙受力与钢板桩、桩排式灌注桩等挡土结构有许多相似之处，但其入土深，刚度大，设计计算又有其自身的特殊性。 特别是兼作临时挡土结构和永久性主体结构的组成部分时，还应按施工阶段和使用阶段两种情况分别进行结构分析。,第一节 概述 第二节 破坏形式和设计计算内容 第三节 荷载结构法 第四节 数值计算法 第五节 地下连续墙的施工,第4章 明挖法地下连续墙,第二节 破坏形式和设计计算内容,地下连续墙破坏的形式有稳定性破坏和强度破坏两大类，另外变形过大也意味着支护体系的失效。,一 破坏形式,1 稳定性破坏（土体）,整体失稳,坑底隆起,管涌、流砂,2 强度破坏（支护结构）,支撑强度不足或压屈 墙体强度不足,3 变形过大,由于地下连续墙刚度不足，在荷载作用下，产生变形过大，或者由于墙体渗水漏泥引起墙后土层过大变形导致基坑外地表沉降或水平位移过大，从而引起基坑周围的地下管线断裂或邻近建筑物破坏。,二 设计计算的主要内容 根据破坏形式，设计计算主要内容包括： 确定地下连续墙的荷载； 确定入土深度，以满足稳定性要求； 进行结构体系的内力分析，确定弯/剪/轴及支撑力； 结构体系截面设计，包括配筋计算、截面强度验算、接头连接强度验算和构造处理等； 估算施工对周围环境的影响程度，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围； 验算开挖槽段的槽壁稳定性。,稳定性破坏,强度破坏,变形过大,第一节 概述 第二节 破坏形式和设计计算内容 第三节 荷载结构法 第四节 数值计算法 第五节 地下连续墙的施工,第4章 明挖法地下连续墙,第三节 荷载结构法,一 、设计理念 荷载结构法：岩土体开挖后地层的作用主要是对支护结构产生荷载，支护结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算支护结构的内力，并进行结构截面设计，代表方法为弹性地基梁法。,地层结构法：将支护结构和地层视为整体共同受力的统一体系，在满足变形协调的前提下分别计算衬砌与地层的内力，据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计，目前计算方法为以有限元法为代表的数值方法。,与荷载结构法相比，地层结构法充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。 但是由于周围地层以及地层与结构互相作用的模拟的复杂性，地层结构法处于发展阶段，在很多工程应用中，仅作为一种辅助手段。 随着今后的研究和发展，地层结构法将会得到广泛应用和发展。,二、荷载结构法（材料力学方法） 1 悬臂梁工况：地连墙用于深基坑支护时，在开挖第一层土体时，第一道支撑尚未设置，处于悬壁状态（如悬壁式排桩支护结构）,静力平衡,求出 t z 进一步可得到 嵌固深度 地连墙内力 墙顶位移,2 单支点工况： 地连墙的刚度比土体大得多，周围土体对地连墙墙底的嵌固作用不大，认为底端为自由端，故称为“自由端法” 。,力矩平衡,求出 支撑力T 静定结构，可进一步可得到 弯矩 剪力,求出 t,水平向平衡,3 多支点工况：采用等值梁法计算，基本原则是将坑底下地连墙弯矩为零点作为假想铰，将墙体分为上下两段，上段为多跨连续梁，下段为一端固定一端铰支的超静定梁。,假想铰通常假定为土压力零点,上段：利用结构力学可求梁(地连墙)内力和支座反力(支撑力),下段：利用Ep= Ed,三、修正荷载结构法 荷载结构法是采用一种支撑情况，荷载一次作用的计算简图，无法反映实际施工过程，因而产生了修正荷载结构法。 日本山肩邦男法考虑逐层开挖和逐层设置支撑的施工过程，假定：, 下道横撑设置后，上道轴力不变; 下道横撑以上地连墙M不变; 粘土层中地连墙为无限长弹性体; 墙后pa在开挖面上为三角形，以下为矩形； 墙后pp可分为塑性区及弹性区。,山肩邦男法精确解要求解5次方程，手算繁琐，提出了近似解法, 在粘性土层，地连墙为底端自由的有限长梁; 在开挖面以下pp线形分布； 开挖面以下墙体M=0点为假想铰，忽略此铰的剪力传递。,第一段开挖后,下标k=1 ,Ni = 从式(2)求出xm ，代入式(1)中求出N1 ; 第二段开挖后, k=2 ，Ni 只有N1,从式(2)求出xm ，代入式(1)中求出N2 。 第三段开挖后, k=3 ，Ni有N1和N2 ，由式式(2)求出xm ，代入(1)得N3。 依次求出各道支撑轴力，即可得到墙体内力。,第一节 概述 第二节 破坏形式和设计计算内容 第三节 荷载结构法 第四节 数值计算法 第五节 地下连续墙的施工,第4章 明挖法地下连续墙,第四节 数值分析法,一 、材料力学方法/弹性地基方法（高大钊 p241） 材料力学方法：在一系列假定条件下视地基反力为直线分布 弹性地基方法：地基是弹性体，地基反力须通过共同作用分析获得 文克勒（Winkler）地基模型/弹性地基梁法/基床系数法/局部变形理论 弹性半空间地基模型/整体变形 分层地基模型/分层总和法(规范),假定地基由许多独立的且互不影响的弹簧组成，任一点的变形s与所受压力强度p成正比，而p不影响该点以外的变形 p=ks，k为地基基床系数,弹性地基梁与普通梁比较有如下两个区别： (1)超静定次数：普通粱超静定次数是有限(有限个支座)，而弹性地基梁的超静定次数是无限的。 (2)是否考虑地基变形：普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑粱的变形；弹性地基粱则必须同时考虑地基的变形，梁与地基共同变形，满足变形连续条件。,优点：弹性地基考虑可使梁的变形减少、刚度提高及内力降低,解法：弹性地基梁求解可采用解析方法或数值方法,不足：文克勒地基模型忽略了地基中的剪应力，变形只发生在基底范围内，与实际情况不符。,弹性半空间地基模型(布希涅斯克)能扩散应力和变形，单其扩散能力超过实际情况，且未能反映地基土的分层特性。,分层地基模型较好的反映了地基土扩散应力和变形的能力，能考虑土层沿深度变化的非均质星和土层分层，但是未能考虑土的非线性和地基土塑性变形。,二 、弹性杆系有限元法 弹性地基梁的数值解法又称杆系有限元法，是矩阵位移法与弹性地基梁法的结合。 沿纵向取单宽地连墙，视为弹性地基梁； 墙体剖分为若干段梁单元，支撑用二杆桁架单元模拟。,计算方法,土力学P140 6-8,弹簧刚度系数,地连墙离散化为一系列具有三个自由度的梁单元，支撑用杆单元，开挖面、支撑和弹簧设置在梁单元在结点上，增量法基本平衡方程为,三、连续介质有限元法,力学模型选择,几何模型选择,单元形式选择,计算范围选择,边界条件选择,第一节 概述 第二节 破坏形式和设计计算内容 第三节 荷载结构法 第四节 数值计算法 第五节 地下连续墙的施工,第4章 明挖法地下连续墙,第五节 地下连续墙施工,施工顺序,成槽设备,泥浆系统,主要成分是膨润土、水、化学掺剂和惰性材料。作用如下： 稳定井壁 护壁泥浆对槽壁的压力略大于地下水土压力。 洗槽 钻下的土/岩屑及时由泥浆携带排出槽外，钻头始终切削新土，提高钻进效率。 冷却钻头 泥浆循环降低钻头温升。 润滑 是一种润滑剂，从而降低了钻机的磨损, 泥浆制备 高速旋转式搅拌机/喷射式搅拌机 泥浆处理 振筛分离出土渣和泥浆，落入排渣槽和沉淀池 泥浆循环 主要由循环泵、循环泥浆池及排渣设备等组成。,施工工序技术要点,修筑导墙 导墙一般为现浇钢筋砼结构，主要作用是：起挖槽、造孔导向作用；储存触变泥浆；维护槽的稳定，避免塌方；支承造孔开槽机械设备的荷载。,挖槽与清槽 槽段划分 确定单元槽段长度，它既是一次性挖掘长度，也是一次性浇筑混凝土的长度，应综合考虑地质条件，对邻近建筑物的影响、钢筋笼吊装和混凝土供应能力。 目前常用为36m,一般不超过8m。 清槽 必须对残留在槽底的土渣、杂物进行清除。 墙体厚度 根据成槽机规格 600/800/1000/12000mm,3 吊放钢筋笼,4 灌注混凝土,在槽内泥浆中通过导管向槽中灌注砼，是一种特殊的砼施工方法，砼密实只能依靠其自重和灌注时产生的局部振动来实现,5 槽段连接,地下连续墙单元之间靠接头连接，接头通常应满足受力和防渗要求，而施工又要简单,当地连墙作为地下结构外墙，且需形成整体墙体时，宜采用刚性接头；,地连墙宜采用圆形锁口管接头、波纹管接头、楔形接头、工字形钢接头或砼预制接头等柔性接头；,深圳地铁1号线国贸站为地下三层侧式站台车站，基坑总长238.49m，深约25m，车站标准段宽度为20.25m，地连墙总长度541m。地连墙分为标准中幅（幅度6m）69幅，非标准幅13幅及特殊幅14幅，共计96幅。,工程实例,主要施工工序,1.修筑导墙（现浇钢筋混凝土结构）,导墙放线,1.修筑导墙,导墙开挖,钢筋绑扎,1.修筑导墙,模板支设,混凝土浇注,1.修筑导墙,导墙养护（中间架设木支撑、砖支撑）,地下连续墙导墙（现浇钢筋混凝土结构）： 主要起挖槽、造孔导向作用；储存触变泥浆；维护槽稳定，避免塌方；支承造孔开槽机械设备的荷载。,2.护壁泥浆制备,泥浆主要成分是膨润土、水、化学掺剂和一些惰性材料。,泥浆测试 粘度，稠度，PH值、比重,泥浆制备,2.护壁泥浆制备,泥浆制备站,3. 挖槽与清槽,3. 挖槽与清槽,抓斗式成槽机,4. 钢筋笼焊接,5. 接头管（或锁口管）吊放,锁口管大多为圆形,6. 钢筋笼起吊,6. 钢筋笼起吊,1.2-吊钩；3.4-滑轮；5-卸甲；6-钢筋笼底端向内弯折；7-纵向桁架；8-横向架立桁架；,7. 钢筋笼入槽,8. 混凝土浇灌,8. 混凝土浇灌,1-导管；2-正在灌注的混凝土；3-已浇筑混凝土的槽段；4-泥浆,9. 锁口管起拔,第5章 明挖法沉管工程,沉管法是越江湖、跨海峡等穿越水域隧道的常用施工方法，它是先在隧址以外的预制场地制作沉放管段，管段两端用临时封墙(板)密封，然后拖运到隧址而下沉就位并连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。迄今为止，世界上已有100 多条沉管隧道，其中比利时亚伯尔隧道宽度最大为53.1 m ；美国海湾地区交通隧道长度最长达5825m 。 我国大陆第一座沉管隧道是1992 年的广州珠江隧道，长1238.5 m，沉管段435 m ，宽33m 、高10.5m ；此外，还有宁波甬江隧道、香港东港跨港隧道及台湾高雄隧道等。,按管段制作方式可分为两类：一类是船台型，即先在造船厂的船台上预制钢壳，制成后沿滑道滑行下水，在漂浮状态下进行钢筋混凝土施工；另一类是干坞型，是在临时干