地下连续墙-(完整版).ppt

第七章地下连续墙 概述地下连续墙的承载力与变形地下连续墙的设计与计算地下连续墙的施工 2 地下连续墙是在地面用专用设备 在泥浆护壁的情况下 开挖一条狭长的深槽 在槽内放置钢筋笼并浇灌混凝土 形成一段钢筋混凝土墙段 各段墙顺次施工并连接成整体 形成一条连续的地下墙体 地下连续墙 作用 基坑开挖时防渗 挡土 邻近建筑物的支护 以及作为基础的一部分 7 1概述 7 1 1地下连续墙的特点及适用条件 3 地下连续墙施工技术于1950年出现在意大利 SantaMalia大坝下深达40米的防渗墙及Venafro附近的储水池及引水工程中深达35m的防渗墙 日本于1959年引进该技术 广泛应用于建筑物 地铁及市政下水道的基坑开挖及支护中 并作为地下室外墙承受上部结构的垂直荷载 我国将地下连续墙首次用于主体结构是在唐山大地震 1976 后 在天津修复一项受震害的岸壁工程中实施 1977年 上海研制成功导板抓斗和多头钻成槽机 地下连续墙的应用 7 1 1地下连续墙的特点及适用条件 地下连续墙的优点适用于多种土质条件 除岩溶地区和承压水头很高的沙砾层外 美国110层的世界贸易中心大厦 可减少工程施工对周围环境的影响 无噪音 振动少 适用于城市与密集建筑群中施工墙体刚度大 整体性好 用于深基坑支护时 变形较小 基坑周围地面沉降小 在建筑物 构筑物密集地区可以施工 对邻近建筑物和地下设施影响小 法国最小距离0 5m 日本0 2m 土方量小 无需井点降水 造价低 施工速度快 适用于各种地质条件能防渗 截水 承重 挡土 抗滑 防爆等 耐久性好 作为主体结构外墙 可实行逆作法施工 能加快施工进度 降低造价 不足及局限性弃土及废弃泥浆的处理问题 增加工程费用 如处理不当 造成环境污染施工不当或土质条件特殊时 易出现不规则超挖或槽壁坍塌 轻则引起混凝土超方和结构尺寸超出容许的界限 重则引起相邻地面沉降 坍塌 危害邻近建筑和地下管线安全与板桩 灌注桩及水泥土搅拌桩相比 地下连续墙造价高 选用时必须经过技术经济比较 合理时采用施工机械设备价格昂贵 施工专业化程度高 地下连续墙的适用条件处于软弱地基的深大基坑 周围又有密集的建筑群或重要地下管线 对周围地面沉降和建筑物沉降要求需严格限制时围护结构亦作为主体结构的一部分 且对抗渗有较严格要求时采用逆作法施工 地上和地下同步施工时 7 板壁式 应用最多 适用于各种直线段和圆弧段墙体T形和 形地下连续墙 适用于开挖深度较大 支撑垂直间距大的情况格形地下连续墙 前两种组合在一起的结构形式 可不设支撑 靠其自重维持墙体的稳定预应力U形折板地下连续墙 新式地下连续墙 是一种空间受力结构 刚度大 变形小 能节省材料 工程应用中的连续墙形式 7 1 2地下连续墙的类型 板壁式 U形折板 T形 形 8 分为临时挡土墙 防渗墙 用作主体结构兼做临时挡土墙的地下连续墙和用作多边形基础兼做墙体的地下连续墙按墙身材料分为土质墙 砼墙 钢筋砼墙及组合墙地下连续墙做为基坑围护结构 又兼做地下工程永久性结构的一部分时 按构造形式分 分离壁式 整体壁式 单独壁式 重壁式 按用途分类 9 分离壁式在主体结构物的水平构件上设置支点 即将主体结构物作为地下连续墙的支点 起水平支撑作用 这种布置的特点是地下连续墙与主体结构结合简单 且各自受力明确 地下连续墙在施工和使用时期都起挡土和防渗的作用 主体结构的外墙和柱子只承受垂直荷载 作为主体结构的几种形式的地下连续墙的特点 10 单独壁式将地下连续墙直接用做主体结构地下室外边墙 此种布置形式壁体构造简单 地下室内部不需另作受力结构层 但这种方式主体结构与地下连续墙的节点需满足结构受力要求 地下连续墙槽段接头要有较好的防渗性 许多土建工程中常在地下连续墙内侧做一道建筑内墙 一砖墙 两墙之间设排水沟 解决渗漏问题 作为主体结构的几种形式的地下连续墙的特点 11 复合壁式将地下与主体结构地下室外墙做成一个整体 即通过地下连续墙内侧凿毛或用剪力块将地下连续墙与主体结构外墙连接起来 使之在结合部位能够传递剪力 复合壁式结构形式的墙体刚度大 防渗性能较好 且框架节点处构造简单 这种结构结合边比较重要 一般在浇捣主体结构边墙混凝土前 需将地下连续墙内侧凿毛 清理干净并用剪力块将地下连续墙与主体结构连成整体 作为主体结构的几种形式的地下连续墙的特点 12 重壁式把主体结构的外墙重合在地下连续梁的内侧 在两种之间填充隔绝材料 使之不传递剪力的结构形式 地下连续墙与主体结构地下室外墙所产生的垂直方向变形不相互影响 但水平方向的变形则相同 从受力条件看 该形式较分离和单独壁式均为有利 并可随着地下结构物深度的增大而增大主体结构外边墙的厚度 即使地下连续墙厚度受到限制 也能承受较大应力 作为主体结构的几种形式的地下连续墙的特点 13 地下连续墙承载力包括水平承载力和竖向承载力目前国内外对地下连续墙的研究 在施工技术的发展 入土深度的确定 基坑抗隆起和稳定性计算 墙侧土压力理论和位移计算等方面对地下连续墙做竖向承重结构的研究 主要集中在地下连续墙竖向承载力的模型试验和现场承载能力试验 承重地下连续墙与基础结构的沉降协调 荷载分担以及结构设计的初步研究 7 2地下连续墙的承载力与变形 7 2 1地下连续墙承载力 14 日本大林组在东京都千代田和千叶县流山市进行了地下连续墙垂直承载力试验 试验墙断面为60cm 180cm 深墙分别为51 2m和24m 相应的桩尖底层分别为沙砾层 细砂层 两者N值均大于50 加载采用慢速多循环式 试验结论 在加载初期的低荷载阶段和后期的高荷载阶段 地下连续梁的承载机理不同 初期 荷载大部分由墙周摩擦力承担 后期 周围摩擦力已基本达到极限值 增加的荷载最要由墙底地基承担 底部沉降量的比重愈来愈大 有等同于或好于灌注桩的承载能力轴向力分布 荷载达到6000kN 荷载还没有传到墙底 8000kN开始 传递到墙底的荷载才逐渐增加 墙顶部分荷载的增量和传递到墙底的荷载增加量相等 地下连续墙竖向承载力与沉降计算 15 其他荷载试验表明底端阻力和四周摩阻力可取灌注桩的同类性质承载力的平均值由于基坑开挖面临空面的影响及开挖后土压力性质的变化而引起的开挖效应使侧壁摩阻力降低30 目前无详尽的设计规范 根据国内外关于地下连续墙承重的研究和大量的工程实践 可认为其设计可参照桩基设计原理进行 地下连续墙竖向承载力与沉降计算 16 地下连续墙承重主要有两种形式 1 地下连续墙仅作为地下室外墙 不承担上部结构的垂直荷载 仅承担自重和地下室楼板荷载的一部分荷载 甚至当地下室设置边柱或底板下设置边桩时 则仅仅承受墙体自重 2 上部结构的一部分垂直荷载 柱荷载或墙荷载 直接作用于地下连续墙顶 地下连续墙需承担自重 地下室楼板传递的一部分荷载和上部结构的垂直荷载 地下连续墙竖向承载力与沉降计算 17 地下连续墙的竖向承载力计算可用桩基规范法和基床系数法 桩基规范法地下连续墙侧摩阻力地下连续墙端阻力为计算中一般考虑地下连续墙上的荷载完全由地下连续墙承担 因此承受较大荷载的地下连续墙槽段要有足够深度 使其与土层间的摩阻力和端阻力平衡地下连续墙的竖向荷载 不考虑可能发生地下连续墙上一部分传递给基础底板的情况 地下连续墙竖向承载力与沉降计算 18 基础系数法实际上地下连续墙 桩和基础底板作为一个整体 是共同承担上部结构的垂直荷载 采用基床系数法可进行整体的计算分析 基床系数法将地下连续墙 桩和底板下的地基土视为基础结构的竖向支撑弹簧 对地下连续墙 桩和板下地基土选取不同的基床系数K 在结构作用下 用结构分析软件进行整体计算 关键在于地下连续墙和桩基基床系数的选取 实际中取灌注桩的0 8倍 地下连续墙竖向承载力与沉降计算 19 在基坑开挖阶段 地下连续墙只要承受墙前和墙后传来的土压力 地下连续墙作为永久结构时 随着土层的重新固结 作用在地下连续墙上的主动土压力可能逐渐变为静止土压力 因此需要计算不同施工阶段和长期荷载下在墙体中产生的内力 并进行地下连续墙的强度与变形计算 内力计算方法有结构力学方法 各种经验方法和有限元计算法地下连续墙的深度还必须满足基坑边坡整体稳定 抗隆起稳定和抗管涌等渗流下的稳定性要求 做为主体结构还必须满足竖向承载力要求 地下连续墙在水平力作用下的内力与变形 20 地下连续墙在水平力作用下的内力与变形 可采用弹性地基梁的数值法或有限元法弹性地基梁的数值解法是将地下连续墙视为放置在土中的弹性地基梁 坑底下土体视为弹性地基 以水平放置的弹簧模拟 计算地下连续墙的内力与变形时 应考虑不同施工阶段及作为永久性结构在长期荷载作用下的受力情况 地下连续墙在水平力作用下的内力与变形 21 地下连续墙仅作为基坑开挖期间的挡土墙结构时 仅承受基坑开挖和地下室施工期间至回填土以前的土压力和水压力作用把地下连续墙作为主体结构来设计时 必须验算三种情况在地下连续墙身产生的应力在施工阶段由作用在地下连续墙上的土压力 水压力产生的应力主体结构竣工后 作用在墙体上的土压力 水压力及作用在结构上的垂直 水平荷载产生的应力主体结构建成若干年后 土压力 水压力已从施工阶段恢复到稳定状态 土压力由主动变为静止 水位回到静止水位 此时计算荷载增量引起的内力 7 3地下连续墙的设计与计算 7 3 1地下连续墙设计计算要点 22 地下连续墙设计要点承重地下连续墙在结构施工期间 墙外侧土压力按主动土压力计算 墙内侧坑底下土压力按被动土压力计算 结构使用期间按静止土压力计算承重地下连续墙承受垂直荷载时 按承载力极限状态验算地下连续墙的垂直承载力和沉降量 垂直承载力由现场荷载试验确定或按钻孔灌注桩计算方法确定 持力层选压缩性较低的地基层 并需采取墙底灌注浆加固措施承重地下连续墙墙体结构分别按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算 在验算墙体正截面承载力和节点构造时 应对砼强度等级设计值和钢筋锚固强度设计值乘以折减系数0 7 0 75 7 3 1地下连续墙设计计算要点 23 地下连续墙设计要点地下连续墙承受垂直偏心荷载 或地下结构内设有边柱和托梁时 应考虑其对墙体和边柱的偏心作用 墙顶圈梁与墙体及上部结构的连接处应验算截面受剪承载力作为地下室外墙的承重地下连续墙的倾斜度 墙面平整度及预埋件位置 均应满足主体工程地下结构设计要求 一般情况下 墙面倾斜度不大于1 300 若在墙深范围内地层中有较厚的砂土和粉土时 地下连续墙成槽时应采取地基预加固措施 确保墙体质量和槽段接缝处防渗性能 7 3 1地下连续墙设计计算要点 24 分类 施工接头和结构接头施工接头是指地下连续墙槽段和槽段之间的接头 施工接头连接两相邻单元槽段结构结构是指地下连续墙与主体结构构件 底板 楼板 墙 梁 柱等 相邻的接头 通过结构接头的连接 墙下连续墙与主体基础结构共同承担上部结构的垂直荷载 7 3 2地下连续墙的接头设计 25 施工接头柔性接头 圆心锁口管接头 波形管 双波 三波 接头 预制接头和橡胶止水带接头 抗剪 抗弯能力差 一般不用做主体结构的地下连续墙结构 当地下连续墙仅作为地下室外墙 不承担上部结构的垂直荷载或分担荷载较小 通过采取一些结构措施 可采用柔性接头 圆形锁口管接头 波纹竹接头 混凝土预制接头 橡胶止水带接头 26 刚性接头 穿孔钢板和钢筋搭接接头穿孔钢板接头 在工程中大量应用 该接头可承受地下连续梁垂直接缝上的剪力 使相邻地下连续墙槽段共同承担上部结构的垂直荷载 协调槽段的不均匀沉降 同时穿孔钢板接头具备较好的防水性 钢筋搭接接头 采用相邻阶段槽段水平钢筋凹凸搭接 先行施工槽段钢筋笼两面伸出搭接部分 通过施工措施 现浇砼时可留下钢筋搭接部分空间 先槽段浇注 再接头钢筋搭接 后槽段浇注 穿孔钢板接头 钢筋搭接接头 27 结构接头刚性接头 若地下连续墙与结构板在接头处共同承受较大的弯矩 且两种构件抗弯刚度相近 同时板厚足以允许确保刚性连接的钢筋时 采用刚性连接 常见的有预埋式钢筋接驳器连接 锥螺纹 直螺纹 和预埋钢筋连接 结构底板与地下连续梁通常采用钢筋接驳器连接 混凝土预制接头 钢筋接驳器连接 28 结构接头铰接接头 结构板相对于地下连续墙厚度较小 地下室楼板 接头板处所承受的弯矩较小 可以认为该节点不承受弯矩 仅起竖向支座的作用 采用铰接连接 常用的有预埋钢筋连接和预埋剪力连接件连接 地下室楼板也可以通过边环梁与地下连续墙连接 楼板钢筋伸入边环梁 预埋插筋连接 剪力连接件连接 29 结构接头不完全刚接 结构板相对于地下连续墙厚度较小 可在板内布置一定数量的钢筋 以承受一定的弯矩 但在板内钢筋不能配置很多以形成刚接 宜采用不完全刚接形式 首先假定为刚接 计算M1 M2 M3 对于不完全刚接的接头来说 板承受的弯矩是M2的一部分 即 接头处释放的弯矩由地下连续墙按线形刚度重新分配 对结构板来说 端部弯矩折减后 板跨中的弯矩将增大 抗剪能力不足时 需采取构造措施接头处配置足量抗剪钢筋地下连续墙上板底做牛腿或支座在地下连续梁中预埋聚氯乙烯泡沫板 基坑开挖后 除去聚氯乙烯泡沫板 设置钢筋后现浇 使板与地下连续墙形成榫接连接 31 结构接头构造连接槽段之间如采用刚性施工接头可使地下连续梁和槽段形成整体 共同承受上部结构的垂直荷载 当槽段间用柔性施工接头连接时 为增强连续墙的稳定性 可在地下连续梁顶部设圈梁 当圈梁不足以承受槽段之间的剪力时 可在板底与地下连续梁处设置底板环梁 环梁应嵌入地下连续墙中 地下连续墙做为地下室外墙时 地下室隔墙尽量布置在地下连续梁槽段接头处 并在槽段接头处设加强柱地下室隔墙位置不在接头处 可采用在地下连续梁内预埋钢筋接驳器或预埋弯筋 当主体结构需设置沉降缝及后浇带时 通过对地下连续墙槽段接缝或槽段本身的构造处理 同样在地下连续墙中设置沉降缝及后浇带 32 混凝土工程砼强度等级不应低于C20 施工时砼应按结构设计强度等级提高一级进行配合比设计为使砼有良好的和易性 水泥用量不小于400kg m3 坍落度以18 20cm为宜 水灰比不宜大于0 6泥浆中浇注的地下连续墙的保护层厚度一般为7 9cm 对临时性支护结构不宜小于50mm 对永久性支护结构不宜小于70mm 骨料宜用粒度良好的河砂及粒径不大于25m的坚硬河卵石 用碎石 增加水泥用量及沙率 水泥用普通硅酸盐水泥 7 3 3地下连续墙的构造 33 钢筋工程钢筋按一般钢筋混凝土构件计算 墙面和墙背的钢筋应形成刚度大 起吊不宜扭曲的钢筋笼 应使砼浇注时能流畅通过主筋采用 级钢筋 直径不宜小于20mm 多以32mm以下的变形钢筋 根据结构受力大小与吊装要求配置 构造钢筋采用 级钢筋 直径不宜小于14mm 与主筋垂直 钢筋笼的设计与制作尺寸 应根据单元槽段尺寸 形状 接头形式及起重能力及因素确定 常使钢筋笼端部和接头管或预制接头面保留15 20cm的空隙 7 3 3地下连续墙的构造 34 抗渗要求地下连续梁混凝土的抗渗等级不得小于0 6MPa 二层以上地下室不宜小于0 8MPa 墙段之间不设置止水带时 应选用锁口圆弧形 槽型或V形等可靠的防渗止水接头 接头面必须严格清刷 不得存有夹泥和沉砂 7 3 3地下连续墙的构造 35 地下连续墙采用逐段施工方法 周而复始的进行 每段分六步 1 开挖导槽 修筑导墙 2 在始终充满泥浆的沟槽中 利用专业挖槽机械进行挖槽 3 两端放入接头管 4 将已制备的钢筋笼下沉到设计高度 5 插入水下灌注混凝土导管后 进行混凝土灌注 6 待砼初凝后 拔出导管 7 4地下连续墙的施工 36 导墙的作用控制地下连续墙施工精度 导墙与地下墙中心相一致 规定了构造的位置走向 可作为量测挖槽标高 垂直度的基准 导墙顶面又作为机架式挖土机械导向钢轨的架设定位 挡土作用 地表土层受到底面超载的影响 容易塌陷 导墙起挡土的作用 每隔1 2m加设上下两道木支撑 重物支撑台 施工期间承受钢筋笼 灌注混凝土用的导管 接头管及其他施工机械的静 动荷载 维持稳定液面的作用 导墙内蓄泥浆 保证槽壁的稳定 要使泥浆液面始终保持高于地下水位一定的高度 一般为1 25 2m 7 4 1导墙施工 37 导墙的形式一般采用现浇钢筋混凝土结构 也有钢制的或预制钢筋砼的装配式结构 能重复使用 根据工程试验 采用现场浇注的钢筋混凝土导墙容易做到底部与土层结合 防止泥浆流失 a 最简单 适用于表面土壤良好和导墙上荷载较小 b 使用于表层土为杂填土 软黏土等承载力较小的土层 c 适用于作用在导墙上荷载很大的情况 根据计算确定伸出部分的长度 38 地下连续墙两侧导墙内表面之间的净距 比地下连续梁略厚40mm左右 导墙顶面应高于地面100mm左右 现浇钢筋混凝土导墙拆模后 应沿纵向每隔1m左右设上下两道木撑 39 泥浆的作用 护壁 携渣 冷却机具和切土润滑 泥浆有一定的密度 在槽内对槽壁有一定的净水压力 相当于一种液体支撑 能深入土壁形成一层透水性很低的泥皮 维护土壁的稳定性 泥浆有较高的粘性 能将土渣悬浮起来 便于排渣 以泥浆做冲洗时 可降低钻具的温度 可减轻钻具磨损消耗泥浆不仅要有良好的固壁性能 而且要便于灌注砼 7 4 2泥浆护壁 40 槽段开挖是地下连续墙施工中的重要环节 约占工期的一半 挖槽精度又决定了墙体制作的精度 是决定施工进度和质量的关键 地下连续墙是分段施工 每一段称为地下连续墙的一个槽段 一个单元 一个槽段是一次混凝土建筑单位 槽段长度的 从理论上说 槽段长度的选择 除去小于钻机长度的尺寸不能施工外 各种长度均可施工 影响长度的因素地下连续墙所处的地质情况相邻情况工地所备的起重机能力时间单位内供应混凝土的能力工地上所具备的稳定液槽容积 7 4 3槽段开挖 成槽无粘性土 硬土和夹有孤石等较复杂地层可用冲击式钻机粘性土和N20m时宜优先考虑采用多头钻机开槽 每段槽孔长可取6 8m 采用抓斗式或冲击式钻机成槽 每段长度可更大 墙体深度可达几十米 图5 24槽段的连接 槽段的连接接头应满足受力和防渗要求 国内多用接头管连接非刚性接头 在挖除单元槽段土体后 在一端先吊放接头管 再吊入钢筋笼 浇筑砼后逐渐拔出接头管 形成半圆形接头 43 受力筋为 级钢 直径不宜小于16mm 构造筋采用 级钢 直径不宜小于12mm 钢筋笼最好按槽段做成整体 若需要分段制作及吊放再连接时 钢筋空拼接宜采