（水利工程专业论文）东深供水工程cⅣ标南山段地下支护结构设计.pdf

摘要 深基坑开挖的支护问题，一直以来是施工中的难点，特别是在复杂地基 条件下，既要保证工程按期安全地完成，同时，又要兼顾工程的造价。在东 深供水工程c 标南山段施工中，考虑到施工现场的地质及地形条件以及 施工难度，经过比较，决定采用地下连续墙作为支护结构。设计时，分别采 用弹性地基反力法中的张氏法与“m ”法计算结构内力，以单层支撑等值梁 法计算加撑段内力，以瑞典条分法计算整体稳定性，计算结果表明张氏法计 算的内力值与“m ”法计算的内力值，在不同边界条件下，互有大小，为安 全计，最后的配筋计算采用了两者中较大的数值，从施工过程来看，设计满 足了安全及质量要求，工程造价也在控制范围以内。 关键词：地下连续墙；张氏法；m 法；设计 a bs t r a c t t h es u p p o r ti nt h ep r o c e s so fc o n s t r u c t i o no fd e e pf o u n d a t i o ni sag e n e r a d i f f i c u l t p r o b l e m i t i sm o r ed i f f i c u l tu n d e rt h e c o m p l i c a t e d f o u n d a t i o n c o n d i t i o n sf o rt h ee c o n o m i cc o n s i d e r a t i o na n dt h ea s s u r a n c eo ft h ec o n s t r u c t i o n t i m ep e r i o d u n d e r g r o u n dc o n t i n u o u sw a l lw a sc h o s e na st h es u p p o r ts t r u c t u r e a f t e rc o m p a r i s o n sw i mc o n s i d e r a t i o no ft h eg e o l o g ya n dt o p o l o g yc o n d i t i o n s i n - - s i t uf o rt h ec o n s t r u c t i o no fn a n s h a np a r to fc - i vi nd o n g s h e nw a t e rs u p p l y e n g i n e e r i n g t h es t r u c t u r a li n t e r n a lf o r c e s a r ec o m p u t e dw i t hz h a n ga n dm r e a c t i o nm e t h o d so ne l a s t i cf o u n d a t i o n s ，a n da d d i t i o n a ls u p p o r t i n gs t r u c t u r e i n t e r n a lf o r c e sa r ec o m p u t e dw i t ht h em e t h o do fe q u a lv a l u eb e a mf o ras i n g l e s u p p o r t t h eg l o b a ls t a b i l i t yi sc o m p u t e dw i t ht h em e t h o do fs w e d e ns l i c e d i v i s i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t e r n a lf o r c e sf r o mz h a n ga n dmm e t h o d sa r e n o tt h es a m eu n d e rd i f f e r e n tb o u n d a r yc o n d i t i o n s f o rt h er e a s o no fs a f e t y , t h e b i g g e ro n ei su s e df o rt h ec o m p u t a t i o no ft h em a g n i t u d eo ft h er e i n f o r c e ds t e e l b a r f r o mt h ev i e wo ft h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s ，t h ed e s i g nm e e t st h er e q u i r m e n t o ft h es a f e t ya n dt h eq u a l i t y , a n dt h ee n g i n e e r i n gf e ei su n d e rt h ec o n t r o l l i n g k e yw o r d s ：u n d e r g r o u n dc o n t i n u o u sw a l l ，z h a n gm e t h o d ，mm e t h o d ，d e s i g n 工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 程概况 东深供水改造工程，是一项向香港供水的大型水利工程。随着经 济的发展，原有的东深供水河已不能满足供水要求，同时，水污染问 题也越来越严重。本次改造工程主要是以箱涵、渡槽、泵站等一系列 水工结构形成封闭的供水管线。由于是向香港特区供水，因此工程具 有较大的政治意义，对工程质量和工期要求较高。 c 一标段位于广东省东莞市境内，自凤岗隧洞出口开始，全程 均以箱涵、倒虹吸的型式至雁田隧洞进水渠段为止，起起始桩号 j 1 1 + 5 3 7 5 ，终点桩号儿5 + 6 1 5 0 ，全长4 0 7 7 5 m 。 本标段建筑物结构简单，但线路比较长，施工场地分散，沙岭至 上埔多为残丘及丘陵，高程一般低于4 5 m ，多为2 5 3 5 m 之间地形 较为平坦。本段地处亚热带，气温高、雨量充沛、潮湿，蒸发较大， 年内温差较少。根据年内降雨分布情况划分4 9 月为汛期，1 0 3 月为枯水期。 1 2 问题的提出 东深供水工程c 一标南山段( 桩号j 1 4 + 0 4 5 j 1 4 + 2 2 9 ) ， 工程硕士学位论文 由于一侧为南山工业区高边坡，且坡顶有大量建筑物，另一侧为 东深供水河，开挖边线距河护坡很近，不具备放坡开挖条件，( 其平 面布置图见图1 一1 ) 。同时，在j 1 4 + 0 4 5 j 1 4 + 0 8 5 段，有龙平公路通 过，施工期间不容许封路，因此必需提出一种技术可靠、经济可行的 施工方案加以解决。 通过地质钻探，在掌握了地质情况的前提下，对此展开设计，由 己知地质情况对钢板桩、箱涵改线、增加施工围堰创造开挖条件、地 下连续墙等方案进行了论证、比较和归纳，认为钢板桩在该地质条件 下施工难度大，箱涵改线与增加围堰，征地问题难以解决，而地下连 续墙是一种比较合理的方案，故采用地下连续墙作为设计方案。 地下连续墙在水利工程中应用，本工程在广东省是第一次，由于 水利部没有相应的设计规范，故采用交通部的规范，从安全角度出发， 分别用张氏法及i t i 法计算结构内力，并取二者之中的较大值作为配 筋计算的依据。对加撑部位采用等值梁法计算支撑杆的轴力，用瑞典 条分法校核整体稳定性。 1 3 基本资料 ( 1 ) 岩土层划分及土物理力学性质 该段土层由上至下划分为三大层，即： a m 填土层( q m l ) 、 冲积层( q 8 1 ) 、残积层( q 。1 ) 。下伏基岩为白垩系( k ) 凝灰岩；按 岩石风化程度划分为二个带，即一1 强风化带、一2 中风化带。 各层特征分述如下： 人工填土层( q “1 ) ：为素填土，褐红、灰黄、灰等色，由粉 工程硕士学位论文 土、砾砂、少量石块等组成，稍湿，松散。顶面高程3 1 7 2 3 1 8 0 m ； 层厚0 6 0 8 5 m ；平均厚度0 7 3 m 。 3 ：1 ：程硕士学位论文 该层属新近堆积，松散欠压实，易产生不均匀沉陷，不能做拟建 物基础持力层。 冲积层( q 引) ：按土性不同可分为二个亚层，即一l 、一2 。 一1 粉质粘土、粘土：灰黄色，湿，可塑，粘性好，含少量砾 砂。项面埋深o 6 0 o 8 5 m ：项面高程3 0 9 5 3 1 1 2 m ：层厚2 5 5 4 0 0 m ，平均厚度3 2 8 m 。孔隙比e = 0 8 5 5 ；液性指数i l = 0 7 4 ，地基承 载力标准值f k = 1 8 0 k p a 。 一2 粉砂：浅灰、灰黄色，饱和，稍密，含少量有机质、腐木。 该层z k l 孔有揭示。顶面埋深4 6 0 m ：顶面高程2 7 1 2 ；层厚1 6 0 m ， 地基承载力标准值f k = 15 0 k p a 。 残积层( q d ) 粉质粘土：灰黄、浅灰色，凝灰岩风化残积物， 湿，硬塑，稍具粘性。顶面埋深3 4 0 m ；顶面高程2 8 4 0 m ；层厚4 5 0 m ， 地基承载力标准值f k = 2 5 0 k p a 。 一1 强风化带( k ) ：浅灰、灰黑色凝灰岩，质软，遇水易软化； 下部岩石裂隙发育，岩质软硬不均。项面埋深4 5 6 2 0 m ；顶面高程 2 5 5 2 2 7 3 0 m ；层厚5 - 3 0 7 7 0 m ，平均厚度6 5 0 m ，地基承载力标 准值f k = 5 5 0 k p a 。 一2 中风化岩带( k ) ：灰黑色凝灰岩，岩石局部裂隙发育，顶 面埋深9 8 0 1 3 9 0 m ；顶面高程17 8 2 2 2 0 0 m ；层厚4 9 0 7 3 0 ， 平均厚度6 1 0 m ，地基承载力标准值f k = 1 5 0 0 k p a ，f , = 6 m p a 。 ( 2 ) 地基及场地稳定性 场地人工填土( ) 属软弱土：冲积层粉质粘土( 一1 ) 、粉砂 程硕十学位论文 ( 一2 ) 属中软土；残积层粉层粘土( ) 属中硬土；强风化岩( 一1 ) 、中风化岩( 一2 ) 属坚硬土，场地类别属i i 类。 椐区域地质资料，场区一带没有区域性构造通过，无断层，无液 化土层，场地稳定性较好。 工程地质剖面图见图l 一2 ； 工程地质柱状图见图l 一3 。 ( 3 ) 水文地质概况 该段地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，地下水的补给主要来自 大气降水，其次为含水层的侧向补给，地下水位变幅受季节性降水影 响。孔隙水赋存于人工填土和第四系冲积层中，粉砂( ( 一2 ) 层呈 透镜状，含水量粘粒，透水性差，含水量不丰富。水位埋深1 2 0 5 8 0 m 。 本场区z k 2 取水样l 件进行水质分析，水质分析结果为p h 值为 6 8 ，s 0 4 2 为1 6 0 0 m g l ，h c 0 3 一为9 6 5 7 m g l ，侵蚀c 0 2 为6 3 6 m g l ， 椐此判断，该段地下水对混凝土无腐蚀性。 t 程硕士学位论文 7 释硕f ：学位论文 8 j ：程硕士学位论文 髦 篓饕翌 n 煺 翼簸 斑 j h 震萎孑 o 炙 辑鞲 o u m a q 翅r7 o 掣 装蓑舞n i 九 j掣鼙裂 一 h 黎 h 羹霎霉 i o 1 0 0 引自港l i 工程技术剧范g g - - 册j t j 2 2 2 8 3 计算时，一般区分为完全埋置桩和部分埋置桩两种情况。前者 的桩头位于地面处，没有出露于地面以上的桩段，桩头变位即视为 地面处的桩变位。后者的桩出露于地面以上，桩顶变位不等于地面 处的桩变位，须分别计算该两处的变位和内力。以桩头处的作用力 h 和力矩m 。以及1 3 值为函数的本法计算公式参见参考文献( 中国交 能部规范t j t 2 2 2 8 3 ) 。 2 1 3 地基反力系数沿深度按线- i 生增大的计算分析方法( 中国交 通部标准t j t 0 2 4 8 5 ) 2 1 - 3 1 我国常用的方法1 n 法 ( 1 ) i , - t 。算公式 按此法计算分析时，地基反力系数随深度按线性增大如图2 - 1 ， d 所示。弹性地基上粱挠曲微分方法为 日箬坳：= 喀也m 矾 ( 2 3 ) 式中b p p ：为全桩宽的土压力( 每单位桩长上) ，m 为地基反力系数比 1 7 程硕f ：学位论文 例系毅。上虱日j 与刀 磐+ 等z 匕= 窘“现一 ( 2 4 ) 式中q 为表示桩一土体系变形性状的系数，其值为 口刮鲁 ， d 的物理意义和张氏法中的b 值相当，亦称为桩一土变形系数，其 量纲为长度的倒数，当长度为米( m ) 时，q 的量纲为1 m 。 对于桩庆有水平力h o 和力矩m 。共同作用的完全埋置桩，可由 式窘+ 百b p h v z t = 声d 4 v + 口5 勿：= 。推导并解得弹性艮桩的变位和内力如 下： 位移 胪蜘爿。+ 等b 。+ 历m og + 旦c t3 e 。 ( 2 6 ) 转角 舻6 z y o d 2 + ( , o o b 2 + 等c ：+ 历h o 。 ( 2 7 ) 弯矩 m 二= d ：彤( y 。爿，一等b + 蕊m 0 7 。，+ 瓦- 1 0 7 q ) ( 2 8 ) 剪力 盱口3 日m 一+ 等g + 嘉。4 口9 ， 土压力 皖= 詈z ( y 。4 一等曰。+ 蔫c + 篇b ( 2 1 0 ) 式中，y o 和分别是桩在地面处的水平位移和转角，各a 、b 、c 、 d 值为弹性长桩按m 法计算所用的无量纲系数，有现成的表可供查 用( 表2 - 1 ) 。计算和查表时，应用了无量纲的换算深度z 。它是计 筻栽而所存的澡摩z 同桩一士变形系数d 的乘积，即z ：a z 。 程硕士学位论文 无量纲系数a 、b 、c 、d 表2 3 换算深度 a b ic 1d la 2 b 2c 2d 2 z2 0 010 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 000 0 0 0 00 0 0 000 0 0 0 0l1 0 0 0 00 1 0 0 00 0 0 5 00 0 0 0 2 00 0 0 0l0 0 0 0l0 0 0 00 0 0 5 0 0 2l0 0 0 00 2 0 0 000 2 0 000 0 1 3 00 0 0 1l0 0 0 002 0 0 000 2 0 0 0 309 9 9 90 3 9 9 900 4 5 000 0 4 5 00 0 0 309 9 9 903 0 0 00 0 4 5 0 0 4 0 9 9 9 90 3 9 9 900 8 0 0 0 0 1 0 700 0 l l09 9 9 803 9 9 90 0 8 0 0 o5 0 9 9 9 70 4 9 9 90 1 2 5 0 00 2 0 80 0 0 2 60 9 9 9 50 4 9 9 90 1 2 4 9 o 60 9 9 9 405 9 9 90 1 7 9 900 3 6 00 0 0 5 40 9 9 8 705 9 9 80 1 7 9 9 070 9 9 8 60 5 9 9 702 4 4 900 5 7 200 1 0 00 9 9 7 206 9 9 502 4 4 9 0 809 9 7 307 9 9 303 1 9 90 0 8 5 30 0 i7 l09 9 4 50 7 9 8 90 3j 9 8 0 909 9 5 l08 9 8 50 4 0 4 7 0 1 2 1 400 2 7 309 9 0 208 9 7 80 4 0 4 6 l009 9 1 70 9 9 7 20 4 9 9 40 1 6 6 6 00 4 l70 0 9 8 3 30 9 9 5 80 4 9 9 2 1109 8 6 6j0 9 5 1 06 0 3 8 02 2 1 600 6 1 009 7 3 2l0 9 2 606 0 3 5 1209 7 9 3l1 9 1 707 1 7 902 8 7 600 8 6 30 9 5 8 6l18 7 6o 7 l7 2 1 - 309 6 9 1l2 8 6 608 4 1303 6 5 4，o 1 1 8 80 9 3 8 2l2 7 9 908 4 0 0 l4 0 9 5 5 2l3 7 9 l09 7 3 70 4 5 5 9 0 15 9 70 9 1 0 5l3 6 8 70 9 7 1 6 l509 3 6 8i4 6 8 4l1 1 4 805 5 9 90 2 1 0 308 7 3 7i4 5 2 6ll i f 5 l609 1 2 8l5 5 3 5l2 6 4 006 7 8 402 7 1 908 2 5 715 3 0 212 5 8 7 l7 08 8 2 016 3 3 l14 2 0 608 1 1 9 03 4 6 007 6 4 1 15 9 9 614 1 2 5 l808 4 3 7 17 0 5 81 5 8 3 60 9 6 1 l一0 4 3 4 1 06 8 6 5l6 5 8 7l5 7 1 5 1907 9 4 7j 7 6 9 71 7 5 1 90 1 2 6 405 3 7 705 8 9 717 0 4 71 7 3 4 2 2 o07 3 5 01 8 2 2 91 9 2 4 01 3 0 8 006 5 8 20 4 7 0 61 7 3 4 61 8 9 8 7 2 205 7 4 9l8 8 7 l22 7 2 2l7 2 0 409 5 6 20 1 5 131 7 3 1 】2 2 2 2 9 2 4 03 4 6 9i8 7 4 526 0 8 82 1 9 5 4一i 3 3 8 903 0 2 7l6j 2 925 i8 7 2 600 3 3 1l7 5 4 7 29 0 6 7 27 2 3 7一l8 1 4 8 0 9 2 6 0i3 3 4 927 4 9 7 2803 8 5 5l4 9 0 4 3 1 2 8 4 32 8 7 7- 23 8 7 607 5 4 8 08 4 1 428 6 6 5 3 o09 2 8 ll0 3 6 832 2 4 738 5 8 430 5 3 228 2 4 100 6 8 428 0 4 1 3529 2 7 912 7 l72 4 6 3 049 7 9 8_ 49 8 0 667 0 8 135 8 6 512 7 0 2 4 0 58 5 3 35 9 4 0 909 2 6 845 4 7 865 3 3 21 2 1 1 5 8 11 0 6 0 8 437 6 6 5 ：= 茁 a 】b 3 c 3d 3 a 4b dc 4d j 0 00 0 0 00 0 0 0 010 0 0 000 0 0 000 0 0 000 0 0 000 0 0 0l0 0 0 0 0 1 00 0 0 l0 0 0 0 0l0 0 0 00 1 0 0 000 0 5 000 0 0 300 0 0 010 0 0 0 0 200 0 1 300 0 0 l09 9 9 902 0 0 002 0 0 0 。00 0 2 700 0 0 209 9 9 9 0 300 0 4 500 0 0 70 9 9 9 903 0 0 000 4 5 000 0 9 0 0 0 0 】00 9 9 9 9 0 400 1 0 7 0 0 0 2 10 9 9 9 70 3 5 9 9，00 8 0 000 2 1 300 0 3 209 9 9 6 0500 2 0 800 0 5 209 9 9 204 9 9 9 0 1 2 4 90 0 4 1 700 0 7 809 9 8 9 0 600 3 6 000 1 0 809 9 8 105 9 9 7 0 1 7 9 90 0 7 1 900 1 6 209 9 7 4 0 700 5 7 2一o0 2 0 0 09 9 5 80 4 9 9 4 ，02 4 4 9 0 1 1 4 300 3 0 009 9 4 4 样硕l ：学何沦文 续上表 0 8( 】0 8 5 3 00 3 4 l09 9 1 807 9 8 5一o3 1 9 80 1 7 0 600 5 1 209 8 9 1 0 90 1 2 1 40 0 5 4 7 09 8 5 2 ( ) 8 9 7 1- 04 0 4 4- 02 4 2 800 8 1 909 8 0 3 lo0 1 6 6 500 8 3 30 9 7 5 009 9 4 504 9 8 803 3 2 90 1 2 4 909 6 6 7 i1o2 2 l5- 0 1 2 1 909 5 9 8l0 9 0 2- 06 0 2 704 4 2 90 1 8 2 909 4 6 3 1 2 02 8 7 40 1 7 2 609 3 7 81 1 8 3 407 1 5 7- 05 7 4 502 5 8 90 9 1 7 2 13 03 6 4 902 3 7 609 0 7 31 2 7 3 208 3 7 5 07 2 9 5 0 3 6 8 9 60 ，8 7 6 4 l4 0 4 5 5 203 1 9 608 6 5 7l3 5 8 209 6 7 509 0 7 50 4 7 8 808 2 1 0 l505 5 8 7- 04 2 0 4 08 1 0 5 l4 3 6 81 1 0 4 71 1 1 6 10 6 3 0 30 7 4 7 5 1 60 6 7 6 305 4 3 507 3 8 615 0 6 91 2 4 8 11 3 5 0 408 1 4 70 6 5 1 6 l708 0 8 5- 06 9 1 40 6 4 6 415 6 6 213 9 6 216 1 3 410 3 6 205 2 8 7 1 809 5 5 608 6 7 205 2 9 91 6 1 1 615 4 7 319 0 5 812 9 9 10 3 7 3 7 】911 17 910 7 3 603 8 5 0l6 3 9 716 9 8 82 2 2 7 516 0 7 70 1 8 0 7 2 012 9 5 413 1 3 602 0 6 8l6 4 6 318 4 8 2 2 5 7 7 919 6 6 20 0 5 6 5 一i6 9 3 3 一】9 0 5 70 2 7 0 9 1 5 7 5 42 1 2 4 833 5 9 528 4 8 606 9 7 6 2 4一：14 l !一26 6 3 309 4 8 913 5 2 023 3 9 042 2 8 139 7 3 215 9 1 5 2 626 2 1 33 5 9 9 918 7 7 309 1 6 824 3 6 95 1 4 0 253 5 5 428 2 1 l 2 83 1 0 3 447 l7 53 1 0 7 90 1 9 7 323 4 5 6 60 2 2 9 69 9 0 1 44 4 4 9 3 o35 4 0 659 9 9 846 8 7 9一o8 9 1 319 6 9 3 66 7 4 6 88 4 0 3 - 65 1 9 7 35 39 1 9 295 4 3 7j 03 4 0 4 58 5 4 0l0 7 4 167 8 8 91 36 9 2 41 38 2 6 l 4 016 1 4 3一l l7 3 6 71 79 1 8 61 50 7 5 592 4 3 70 3 5 7 61 56 1 0 52 3 1 4 0 4 各式中含有的地面处水平位移y o 和转角可分别由下式求得 y 。= h 。4 。+ m 。6 。 ( 2 1 1 ) 妒= h 0 6 m h + mc 中霸。由于h o = 1 所引起的桩截 面水平位移，量纲为m t 或i n l ( n ； 占。由于m o = 1 所引桩截面一 水平位移，量纲为1 t 或1 k n ； 占。由于h o = l 所引桩截面 转角，量纲为1 t 或1 k n ； 瓯。由于m t 尸1 所引桩截 面转角，量纲为1 t m 或1 k n m ； b 饷 广 ， - b _ h ( a )( b ) 图2 4 学位力和单位力矩作用时的桩被面坐位 i ：程硕士学位论文 顶端自由的桩，当桩底支承于非岩石类土或基岩上时，可得到 j 。= 了1 硝l f ( b 3 d 只4 - 一b 爿4 。d 马3 ) ) + + k , , ( ( 爿b ：z 只d 4 一- 爿b 。, 岛d z ) ) ( 2 1 3 ) = = 孑1 龇i ( a 3 d , 。- q a , d 训3 ) + + 吒k h 。( a ：z 色d 4 _ - a , 列d 2 ) ( 2 1 4 ) = i 酬f ( ( a 纰3 c 4 - 一4 a 。4 c 色3 ) ) + + 讹k h ( a 2 曰c 。4 一- 爿a 。4 口c ：2 ) ) j 1 ( 2 1 5 ) 式中，= 每，其中g o - - m 。为桩底土的地基系数，m o 为苴l l p j 弛 系数。z 为桩的入土深度，e 为桩材料弹性模量，i o 和1 分别为地而 以下桩截面惯矩和桩底截面惯矩，当桩通长为同一截面时，1 0 i = l 。 j 。、和的量纲分别为m k n 、1 k n 、1 k n 、和1 k n i t i 。 当桩底支承于非岩石类土中且础 2 5 ，或当桩底支承于基岩且 删 3 5 时，均可令上式中的k h = 0 ，故上三计算式变为 = i 1 ( l b 蚋3 d 41 - b , 划d 3 ) j = 志爿。 ( 2 1 6 ) = = 南糍 = 上6 。2 e i 风 ( 2 1 7 ) 证去 滁矧b 1 c o 亿 式中： 4 = 糌ab ab ，玩= 糌ab ab 和c o = 糌的值可由表 “34 43“34 43 ”爿3 曰4 一爿4 口3 2 4 中杏得 哪￥硕十学位沦文 无量纲系数a o 、b ”c o表2 4 换算深度桩底在普通土中桩底嵌入基岩 z = 0 7 z a ob oc oa ob oc o 0 57 2 1 0 21 9 2 2 1 45 7 6 8 2 50 4 1 7o 1 2 50 4 9 9 0 6 5 0 0 1 21 1 1 1 7 92 7 8 1 3 4 o 7 1 9 1 1 7 90 5 9 9 o73 6 7 4 0 7 00 0 1 1 5 0 2 3 6o 1 1 4 0 2 4 50 6 9 9 0 82 8 1 0 8 4 6 8 8 4 8 8 1 7 9o 1 6 9 0 3 1 9 0 7 9 8 0 92 2 2 4 53 3 0 0 95 5 3 1 20 2 4 l0 4 0 20 8 9 6 1 _ 01 8 0 2 82 4 1 0 23 6 4 8 00 3 2 90 4 9 40 9 9 2 1 11 4 9 1 51 8 1 6 02 5 1 2 20 4 3 40 5 9 31 0 8 6 1 2 1 2 5 5 01 4 - 0 3 91 7 9 4 l 0 5 5 6 0 6 9 8 1 1 7 6 1 3l o 7 1 61 1 1 0 21 3 2 3 50 6 9 50 8 0 71 2 6 2 1 49 2 6 5 8 9 5 2 1 0 0 4 90 8 4 9o 9 1 81 3 4 2 1 58 1 0 17 3 4 97 8 3 81 0 1 41 0 2 8i 4 1 5 1 6 7 1 5 46 1 2 96 2 6 8 1 1 8 61 1 3 41 4 7 9 1 76 3 7 55 1 8 95 1 3 3 1 3 6 l1 2 3 21 5 3 6 1 8 5 7 3 0 4 4 5 64 3 0 01 5 3 21 3 2 11 5 8 1 1 95 1 9 038 7 83 6 8 01 6 9 31 3 9 71 6 1 7 2 04 7 3 73 4 1 83 2 1 31 8 4 l1 4 5 91 6 4 4 2 2 4 0 3 22 7 5 6 2 5 9 l2 ，0 8 01 5 4 61 6 7 5 2 4 3 5 2 6 2 3 2 7 7 ，7 2 2 3 91 5 8 61 6 8 5 2 63 1 6 l2 0 4 82 0 1 32 3 2 91 5 9 61 6 8 7 2 82 9 0 51 8 6 91 8 8 9 2 3 7 11 5 9 31 6 8 7 3 ，o2 7 2 71 7 8 51 ，8 1 82 3 8 51 5 8 6 1 6 9 l 3 52 5 0 21 6 4 11 7 5 7 2 3 8 91 5 8 41 7 1 l 4 o2 4 4 l1 6 2 51 7 5 12 4 0 11 5 9 91 7 3 2 当桩项自由而桩底嵌固于基岩中时，可用下式计算 ，= 南( 糍 占。= = 南( 筹案 ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) 2 面1 ( 筹箍 仁2 。， 各深度处的桩变位和内力也可写成如下的表达式 儿= 而h o 一，t 面m o b ，( 2 2 2 ) 2 2 f ：程硕十学位论文 旷嘉一，+ 等& ( 2 2 3 ) m ：= 鱼一。+ m 。b 。( 2 2 4 ) a q z = h 。a 口+ m o b 9 ( 2 2 5 ) 桩顶铰接时，式中各a 、b 值分别为计算位移、转角、弯矩和剪 力的无量纲系数可由表查出，脚标”妒、m 、q 分别表示位移、转 角、弯矩和剪力。 当桩顶嵌固时，在上述2 2 3 式中令吼；。= o 可得 m o = - 口h _ _ 圳2 _ o 爿，百a e i ( 2 2 6 ) oe j 廿， 将式( 2 2 6 ) 4 - 匕, z 式( 2 2 2 ) 可得 堡。生 y 。= 急a y 一等b y = 篇卜南易 = 篇如 ( 2 2 7 ) 将式( 2 2 6 ) 代入式( 2 2 4 ) u 可得 m ：= 警如一i h o 可m e 酣甜占 = 鲁卜鲁j a崩 ：粤爿。 ( 2 2 8 ) a 式中，4 ，= h 一( a 。b 。k 。i ，爿。，：l 爿。一( a 。b 。) b mi ，分别为桩顶 样硕士学位论文 嵌固时，计算桩位移和桩中弯矩的无量纲系数。 2 2 单层支点板桩墙的等值梁法 2 2 1 等值梁法的基本原理 当板桩墙的入土深度较大，土体对入土部分的墙体起到了嵌固作 用，此时支护墙体上端受到支撑的支承作用，下端受到主体的嵌固支 承作用，下端受到土体的嵌固支承作用，如图2 5 所示。 在图2 5 ( a ) 中，a c 梁在b 点为铰支点，c 点为固定端，d 点为 弯矩图在的零点即挠曲线的反弯点。若将a c 梁自d 点断开，并在d 点设自由支承而形成a d 梁，则a d 梁的弯矩在同样分布荷载作用下保 持下不变，即a d 梁为a c 梁上a d 段的等值梁。这样可把支护墙体划 分为两段假想梁，上部为简支梁，下段为一次超静定梁，这样就可以 求得墙身内力。 应用等值梁法计算，首先应确定反弯点的位簧，在这方面有以f 几种假设； ( 1 ) 假定反弯点位于压力强度为零的那一点； ( 2 ) 假定为墙体与基底相交那一点； ( 3 ) 假定反弯点位于基底以下y 处，其中y 的确定与土体的标 准贯入度n 有关，对于多道支撑的支护结构可按表2 5 采用： 2 4 一 ：释硕 ：学位论文 乒p = 二= = 卜一= 一一气卜、 、j 6 j j ； 1 7 j 一7l j 、 - u 虿+ a 3 、 j 一_ 紧+ 。 i j ( a ) i 薏 - t 7j 二0 、卜 j 妥n _ 新7 + ih f 百，7 二、 世姜7 7 i 。 、) r 一7 t 二二j 扣 图2 5 等值梁法计算单锚桩简图 ( a ) 等值粱原理：( b ) 桩上土压力分布图：( c ) 等值粱示意；( d ) 弯矩图示意 反弯点的位簧 表2 5 砂质土粘性士反鸾占俯詈v n 2 0 4 1 1 0 n 1 52 n 1 0 o 3 h o 3 0 n 1 51 0 n 2 0 0 2 t l o n 3 0n 0 的土坡，特别是土坡为多种土层构 成或有某些特殊外力，如渗透力，地震惯性力等作用的，整个滑动土 体上力的分析就较复杂。涓动面各点的抗剪强度又与该点的法向应力 有关，并非均匀分布。为此，我们常将滑动土体分成若干竖直土条， 求出各土条底面上的剪切力和抗剪力，再根据整个滑动土体的力矩平 衡条件，求得安全系数的表达式。这种方法首先由瑞典学者使用，常 称为瑞典条分法。 瑞典法是条分法中最古老而最简单的方法，除假定滑动面为圆柱 面及滑动土体为不变形的刚体外，还假定不考虑土条两侧面上的作用 力。现以均质土坡为例说明其基本原理及安全系数表达式。 图3 - 1 为一均质土坡，a c 是假定的滑动面，其圆心为o ，半径 为r 。现将滑动土体a b c 分成若干土条，而取其中任一土条( 第1 条) 分析其受力情况。 ( 曲 图3 1 瑞典法计算图式 2 9 程硕十学位论文 如图3 - 1 所示，若不考虑土条侧面上的作用力，则土条作用着的 力有： 1 土条自重w ，方向竖直向下，其值为 w j = 咖i h j 式中y 为土的容重，b ，、h ，分别土该土条的宽度与平均高度。将w ，引 至分条滑动面上，分解为通过滑弧圆心的法向力n 。和与滑弧相切的 剪切力t ，。若以只表示该土条底面中点的法线与竖直线交角，则有 n 。= 形。c o s o f 正= ，s i n o ， 2 作用在土条底面上的法向反力丽，与m 大小相等、方向相反； 3 作用在土条底面上的抗剪i ，其可能发挥的最值等于土条底面 上土的抗剪强度与滑弧长度，j 的乘积，方向则与滑动方向相反。当土 坡处于稳定状态( f21 ) 并假定各土条底部滑动面上安全系数均等于 整个滑动面上的安全系数时，则实际发挥的抗剪力为 r = 等= 譬警= 半 ff ? ? 现将整个滑动土体内各土条对圆心0 取力矩平衡，可得 z r ：f 画 故得 f ：坠生生竺竺! ：z ( c l , + 形c o s o i t g ( , o ) 。 正彬s i n 只 若取各土条宽度均相同，上式可简化为 f = 鼍警 3 0 z ( c l , + o c o s o , t g 妒) ( 3 1 ) 加。h ，s i n 0 。 ( 3 2 ) l 1 ：挥硕l ：学位论文 式中三为滑弧的弧长。在计算时要注意土条的位置，如图3 一l ( a ) 所示，当土条底面中心在滑弧圆心0 的垂线右侧时，剪切力z 方向与 滑动方向相同，起剪切作用，应取正号；而当土条底面中心在圆心的 垂线左侧时，f 方向与滑动方向相反，起抗剪作用，应取负号。i 则 无论何处其方向均与滑动方向相反。 假定不同的滑弧，就能求出不同的e 值，从中可找最小的f ，此 即土坡的稳定安全系数。此安全系数若不满足设计要求，应修改原设 计，重新进行稳定分析。 瑞典法也可用有效应力法进行分析，此时土条底部实际发挥的抗 剪力为 故 f ：迎! 堂剑( 3 - 3 ) 。 肜s i n o f 式中c 。、妒为土的有效应力强度指标。m 为第i 土条底中心处的 孔隙水应力，其余符号同前。 对于板式支护结构的稳定性验算是基坑工程设计计算的重要环 节，因为一旦支护结构失稳，将造成重大的工程事故。板式支护结构 的稳定性验算，通常采用通过墙底土层的圆弧滑动面计算。滑动而的 圆心一般在坑壁墙面上方，靠坑内侧附近。本计算采用瑞典条分法验 算整体稳定性。 一 学啊f ：【：程硕士学位论文 第四章支护结构设计 4 1 设计概况 东深供水工程c i v 标南山段( 桩号儿4 + 0 4 5 j 1 4 + 2 2 9 ) ，由于存在以 下两个问题：一是- - 倾r j 为东深供水河，另一侧为南山工业区高边坡，均 无放坡开挖条件。二是该段内有龙平公路通过，施工期间不容许断路。 因此，必须提出一个可行的技术方案加以解决。 4 1 1 设计方案 通过对钢板桩、涵管改线、地下连续墙等方案的比较，认为地下 连续墙与挡土桩相结合的方案为最佳方案。该方案的施工方法是：先 在j 1 4 + 0 4 5 断面处浇筑挡土桩，然后开挖j 1 3 + 9 6 9 - j 1 4 + 0 4 5 段，完成 该段结构施工，回填土至设计高程，再将原龙平公路改道至已完成的 j 1 3 + 9 6 9 - j 1 4 + 0 4 5 段，以地下连续墙作为j 1 4 + 0 4 5 - j 1 4 + 2 2 9 的支护结 构，在地下连续墙施工完成后，以明挖方式完成土方开挖，进行结构 施工。 4 1 2 设计思想 由于临东深供水河- - 贝r j 与南山工业区一侧地形及地面高程的不 同，设计时分为几种情况考虑。 a ) j 1 4 十0 4 5 j 1 4 + 0 8 5 段，该段高边坡侧地面高程较高，故该段山 坡侧地下连续墙的顶部高程相应较高，考虑增加一道水平支撑。 b ) 儿4 + 0 8 5 儿4 + 1 3 3 段，该段两边高程相同，形成对称。 c ) j 1 4 + 1 3 3 儿4 + 2 2 9 段，该段临河侧距离增大，具备放坡开挖条 件，仅需在山坡一侧浇筑连续墙。 程硕士学位论文 在设计中，考虑将地下连续墙作为箱涵主体的一部分，施工时凿 除连续墙的表皮后，将连续墙与箱涵衬墙连接。 设计时将临河侧的墙型编号为b 型，分为11 段，将山坡侧编为 a 型，分为2 3 段。 各断面计算截面形式见下图。 工程硕士学位论文 ! 堕n 一i 三降。嫠 户，m nl = j 芭广h 。焉扎 u j 。獬：嶝， r 1 _ 慕一 遂墅璺嚣、 一。? _ 寸 _ - j r 葛l 1 一“ i 立4 1 9 | 1 1 ： 2 1 ：a j3：。一 一 ，、j 驷! j o 。 4 1 _ 3 设计方法 板式支护挡土结构的设计主要是考虑结构的刚度以及整体抗滑 稳定性能否满足要求。在计算结构内力时，j 1 4 + 0 4 5 j 1 4 + 0 8 5 加撑段 采用了单层支点板桩墙的等值梁法，对所有段都采用第二章介绍的弹 3 5 程硕士学位沦文 性地基反力法中张氏法及m 法这两种有限单元法加以计算。用第三 章介绍的瑞典条分法进行抗滑稳定计算。 4 2 设计参数 4 2 1 内支撑下整体结构计算参数 内力调整系数为1 0 ； 墙体配筋参数： 墙为非对称配筋； 弯矩折减系数为1 0 ： 墙体纵筋级别为2 级； 荷载分项系数为1 2 5 。 挡土桩在此处公起封闭式整体的作用，应以单元计算为取值。 4 3 地质参数 4 3 1 地面荷载 地面荷载为z = 2