逆作法地下连续墙的结构设计.pdf

S S E R I O N J 艾 肋 S t r u c t u r a l D e s ig n f o r U n d u r u r o u n d D i a p h r a u m Wa ll b y R o v o r s o P r o cu s s 逆作法地下连续墙的结构设计 口 吴燕秋 李定江 李彬 王静耘Wu Y a n q i u L i Di n g j i a n g L i B i n Wa n g J i n g y u n 广 on 西 s t 城 r u 镇 c 建 t io 设 n 震 摘 要 通过工程实例 介绍逆作法地下连续墙结构设计方法和措施 以供借鉴 关键词 逆作法 地下连续墙 结构设计 文章编号 1 6 7 2 7 0 4 5 2 0 1 1 0 1 0 0 7 2 0 7 中图分类号 T U 7 6 1 4 文献标识码 B A b s t r a ct T h r o u g h p r o j e ct ca s e t h i s p a p e r d i s cu s s e s O D s t r u ct u r a l d e s i g n f o r u n d er g r o u n d d i a p h r a g m wa l l b y r e v e r s e pr o c e s s 1 日 1 I 删恤 r e v e r s e p r o c e s s u n d e r g r o u n d di a p h r a g m wa ll s t r u ct u r a l d e s i gn 1工程概况 永 凯现代 城位 于 广西 南 宁东 葛路与望 园路交汇处 地块东西长 1 7 O m 南北宽1 0 7 m 场地南面为 南 宁市 国税局 办公楼 地下 一层 桩 基基础 北 面有 七 总 渠 通 过 距 地 下 室 外 墙 最 近 处 仅 6 5 0 mm 西 面和 南面西端 为天然 地 基的8 层住宅楼 该工程总建筑面积 1 3 8 9 5 7 5 3 m 地上由一栋2 7 层的四 星级酒店 三栋分别为2 6 层 2 7 层 和2 8 层的高层住宅楼以及连为一体 的5 层裙房组成 地下设置4 层 主 楼 裙楼区域的基坑开挖深度分别为 1 8 7 5 m 1 7 7 5 m 根据勘察资料 场地上覆土层为 填土 黏性土 粉土 砂土和圆砾 为典型的上细下粗二元结构 下伏地 层为第三系湖相沉积的泥岩和砂岩 岩土层物理力学指标见表 1 场地 内分布有两层地下水 第 一 层地下水主要赋存于填土中 属 上层滞水 该层地下水量贫乏 主要 来自大气降雨及生活废水补给 第二 层地下水主要赋存于粉土 粉细砂 中粗砂 砾砂 圆砾层 中 属孔隙 潜 水 水量 丰 富 稍具 承压 性 与 邕江河水有水力联系 稳定水位高 程在6 4 7 8 m 6 7 1 6 m 升降幅度约 3 O m 该项 目基坑工程有以下特点 1 基坑 开挖深度 大 基坑 开 挖深度 1 8 m左右 为广西较深的基 坑 2 环境保护要求高 该工 表1岩土层物理力学指标 土层 土层 名称 重度 k N m C k P a p 填土 1 9 5 3 1 5 6 淤泥质黏土 1 8 5 4 4 5 6 黏土 l8 7 1 6 2 7 3 粉质粘黏土 1 8 7 1 4 8 一1 黏土 1 9 6 2 7 4 l7 9 一 2 黏土 l9 3 2 6 8 1 1 3 一 1 粉质黏土 2 0 6 1 5 4 1 3 5 一 2 粉质黏土 1 9 9 9 7 5 粉土 2 0 6 3 3 7 5 粉细砂 2 0 3 2 4 1 5 中粗砂 2 0 5 0 2 5 圆 砾 2 0 8 O 3 6 一 1 泥 岩 2 1 4 4 0 5 l3 3 一 l 粉砂质泥 岩 2 1 5 1 2 8 2 9 5 一 2 粉砂质泥 岩 2 1 9 6 5 1 3 2 6 程位于东葛一长湖黄金商圈钻石宝地 是南宁市的 新兴政务 商务和较具发展潜力的区域核心 紧邻 市国税局 审计局 规划局 财政局等重要政府机 构 且周围多为天然地基的住宅楼 施工场地北面 有 七 一 总渠通过 最近处仅相 6 5 0 mm 3 场地地质条件复杂 该工程场地内土层分 布呈现 上软下硬 的特点 浅层多为淤泥质及粉 质黏土 深层土为泥岩地层 围护结构须穿过强透 水性 的粉 细砂 圆砾至 泥岩 需采取 针对 性措施 防 止水土流失 保证基坑稳定 4 施工工期紧张 该工程为地下四层结构 基坑面积约为1 3 0 0 0 m 挖深1 8 m左右 要求一年 半时间完成地下四层地上五层 2 基坑支护方案 2 1支护结构形式的选择 根据该工程 的挖深情况和周边环境条件 可 以选择的围护结构形式主要有钻孔灌注桩和地下连 续墙两种支护结构 根据工程的具体特点 采用地 下连续墙支护方案 地下连续墙支护节省了止水帷 幕 整体刚度大 变形小 对周边环境的控制非常 有利 特别是闹市区施工时 有利于周边建筑管线 的保护 两墙合一的地下连续墙节省 了地下室外 墙 增大了地下室利用面积 在深大基坑中得到了 广泛应用 2 2 水平支撑结构 采用逆作 法施工缩短施工周期 以永久结构 梁板作为开挖阶段的水平支撑体系 同时结合场地 条件及运土方向 在楼板适当位置预留出土口 基 坑西侧局部楼板缺失以及南侧车道处 在逆作施工 阶段设置临时钢筋混凝土水平支撑以传递侧 向土压 力 混凝土支撑同逆作结构梁板一同浇筑 待地下 室结构施工完毕后再逐层凿除 2 3竖向支撑结构 配合逆作法施 工工艺 与主体结构相结合 的 竖向支承立柱采用型钢立柱或钢管混凝土立柱 型 钢立柱构造简单 便于加工且承载能力较大 应用 于无上部结构的地下室的结构体系中 钢管中浇筑 混凝土形成钢管混凝土柱 施工便捷 承载力高且 经济性好 应用于有上部结构的地下室支承柱 对 建筑结构 S S E R T A T I O N I I I I论文 于高层酒店尚需对钢管混凝土柱外围包混凝土结合 层 以满足正常使用条件下的结构承载力要求 3 基坑支护结构设计 该工程地 下连续墙 总周 长约 5 0 0 m 深 1 8 m 共 划分成1 0 8 幅槽段 相邻槽段之间采用楔形锁口管柔 性接头 地墙入土深度l1 6 m 插入比l 0 6 3 墙 体9 0 0 mm厚 基坑平面图见图1 围护结构采用同济启明星软件进行稳定性及位 移计算 计算简图见图2 计算工况见图3 计算结 果见表 2 墙体配筋见图4 其中 墙体厚9 0 0 mm 砼强 度等级C3 0 砼保护层厚度7 0 mm 开挖面纵筋2 3 2 1 4 0 箍筋 2 0 2 5 0 迎土面纵筋 2 8 1 4 0 2 5 1 4 0 箍筋 2 0 2 5 0 地下连续墙与楼板边梁的连接节点见图5 4 水 平支撑体 系受力分析 该工程采用逆作法跃层施工 以B O 层 B 2 层结 构梁板作为基坑开挖时的支撑 为保证结构楼板的 m 惜 十 1 卧 棒 中 枉 毫 鼍f l 材m Do 0 1 D D o 3 洲 脯 舳 f厂 户D O 2 D Q 3 0 o 4 l 罡 I 埘 鼾 馘 鼍 I I j D 0 1 y 3 t l 蛐特 脯 l张 r f 4 li 4 1H li 鞭珊 戗lt t 料 舸lt l l 嗵 枷 l I 抒 一 蚍 一 l i f I B 0 9 地 下连 续墙 图2 围护 结构计算 图 图1基坑平 面图 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 工况7 工况8 图3 计算 工况 图 蓑 镇 城 西 广 0 C 表2各剖面计算结果表 计算结果 项 目 南侧 国税局 剖面 东侧 望 园路 剖面 北侧 东葛路 剖面 正弯矩M k N r r d m 2 0 4 9 8 2 2 6 2 3 l7 8 4 2 负弯矩M k N m m 一 l7 5 9 1 1 8 7 5 8 一 l8 0 9 4 正剪力Q k N m 7 5 4 4 7 5 7 6 7 8 0 1 负剪力Q k N m 7 9 0 7 9 9 0 8 0 3 1 位移S mm 4 1 1 4 4 9 4 9 B 0 板水平压力N k N m 3 7 9 6 4 2 6 3 4 1 6 2 B 2 板水平压力N k N m l2 2 1 1 l2 9 6 8 l2 5 5 6 整体稳定安 全系数 2 1 9 8 1 9 3 抗倾覆安全系数 5 0 1 6 5 7 4 8 2 抗 隆起安全系数 2 6 9 2 5 7 2 5 7 3 开 挖 面 迎 土 面 害 国 霸 塞 f 童 1 置 量 主 8 孽 逞 r 害 3 I I 謦蠢 t 5 d h 6 mm 墓境 内 基坑 井 1 1 基坑 内 基境 井 2 2 基坑 内 基 坑 外 图4连续墙配 筋图 妻 m 删 h 6 m 建筑结构 2 O 1 I aT I l 睛柚T a 州 B o o 帐 汀 豫 n O N喇 埚 75 S S E R I ON f 4 2 5 1 4 0 2 8 0 l 广 一 14 岌土 量 击 5 0 8 0 I I l 1 j 主 簟 H l l 堰 止 I l l I A I L 量 下譬 O A A 竺 图5地墙与楼板 边梁连接节点示意图 安全 通过Mid a s C i v i l 软件建立有限元模型 分析 其内力及变形情况 为工程设计提供参考和校核 模型尺寸见表3 4 1荷载条件 B 0 板考虑板上走车 堆场及其他施工荷载 竖 向均布活荷载标准值3 0 k N m 作为地下连续墙侧 向支点按启明星软件结果取反力4 2 6 k N m B2 板竖 向均布活荷载标准值按超市要求取8 5 k N m 楼板 所受地下连续墙的支点反力为1 2 9 6 8 k N m 4 2 约束条件 B0 板 B 2 板周边环梁节点加水平弹簧支座 竖 向约束位移 4 3 计算结果 4 3 1 B 0 板 B 2 板平面内位移 B 0 板边梁承受地墙传递 的土压力 变形 由外向 内递减 x 向位移最大值发生在西侧楼板缺失而设置 临时支撑的位置 约为6 0 ram Y 向位移最大值发 生在南侧靠近车道处 约为4 5 ram B 2 板承受的侧 表3有限元模型尺寸表 项 目 主要截面尺寸 mm 项 目 主要截面尺寸 mm 板厚 l8 O 板厚 l5 0 5 0 0 X 9 0 0 主梁 双粱2 5 0 X 9 0 0 B 2 板 主粱 3 0 0 X 8 0 0 2 5 0 5 5 0 次梁 B 0 板 5 0 0 8 0 0 3 0 0 X 6 0 0 2 5 0 X 5 5 0 开洞处临时支撑 根据逆作施工图纸 次梁 3 0 0 X 6 0 0 3 0 0 7 0 0 表4 B 0 板单元应力峰值统计表 应力值 板单元个数 占板单元总数的百 分比 x向压应力 2 0 2 l 0 9 l 最大值 MP a 1 4 9 7 4 2 O Y向压应力 2 O 1 4 0 6 l 最大值 MP a 6 2 2 68 1 4 一 I 盏 重 镇 城 西 广 C 表5 B2 板 单元应 力峰值统计表 应 力值 板单 元个数 占板单元总数的百分比 l X 向压应力 2 0 3 0 0 6 I 最大值 MP a 1 4 3 7 0 7 6 Y向压应力 2 O 2 8 O 5 8 最大值 MP a 1 4 9 2 1 9 O 向土压力要远大于B 0 板 所以板内平面变形也要大 得多 B2 板在西南角较大面积缺失 设置了临时支 撑 此部位变形较大 最大1 9 4 mm 4 3 2 B O 板 B 2 板平面应力 B 0 板共划分为2 3 1 1 个板单元 板单元x向应力 的最大压 应力值 3 0 5 6 MP a 板单元 Y向应 力的最大 压应力值2 9 7 8 MP a B 2 板共划分为4 8 4 2 个板单元 板单元x向应力的最大压应力值2 3 7 8 MP a 板单元 Y向应力的最大压应力值3 1 9 3 MP a B 0 板 B 2 板应 力峰值统计表见表4 表5 从表4 表5 可以看出 虽然楼板的局部应力较 大 但所在点范围较小 当局部产生塑性变形时 其应力进行重新分配 从而会使峰尖应力值急剧缩 小 从板的变形不大的结果中得到了验证 因此楼 板的应力均在安全可控范围之内 F 3 t F 2 板 4 5 l l F 0 板 5 4 口一 j B1 板 B 2 板 B 3 板 B4 板一 i J 垂 I I C I 譬I F 4 t 5 竖 向支承系统受力分析 裙房一柱一桩作为永久性支承构件 主楼逆作 施工阶段采用一柱一桩方式使用阶段钢管外包混凝 土 基础采用平板式筏基 5 1钢立柱的不利工况 对 于该工 程采用 跃层逆 作施 工 可 能存在 的不 利工况见图6 5 2 钢立柱的计算长度 钢立柱上端包裹在楼板结构中作为固结 下端 与桩连接 当柱与桩 的刚度比 0 2 K E1 日 g 则按 固接 考虑 否则按 铰接 考虑 该工程采用钢管柱 7 O 0 r n m 壁厚1 2 mm 钢材牌号Q2 3 5 B 钢管柱 内灌注C4 0 砼 钢管柱锚 入桩身深度为基坑开挖面下2 5 0 0 ram 立柱桩直径 1 2 0 0 立柱桩砼C 3 0 F 3 板 4 F 2 板 F O t 5 4 I B1 板 B2 板 B 3 板 B 4 fi J F 5 板 F 4 板 4 6 I F 3 板 F 2 板 4 5 F 板 5 4 BI 板 l B2 板 B 3 板 B 4 板 广一 I 不 利 T I 不利 工况2 不 利 x 3 图6 钢 立柱 的不 利 工 况 图 建筑结构 C S S E R 满足 满足 满足 注 需求能力比 N N 0 3 4 3 N Nu 0 4 0 3 N 0 4 9 4 E 翎