非圆形大断面地下连续墙深基础介绍

1、非圆形大断面地下连续墙深基础介绍 本文根据笔者多年来从事地下连续墙的设计、施工、科研试验和应用的体会以及国内外相关工程的资料， 叙述非圆形大断面地连墙深基础的发展概况、基本理论、设计方法以及在城市建筑、市政道路、大型桥梁中的应用。 目录一.地连墙和深基础发展概况二.非圆形大断面深基础的分类三.井筒式地连墙深基础四.地下连续墙的墙桩和条桩五.工程实例六.结语 一、地连墙和深基础（坑）的发展概况1.发展概况 随着高、大建筑物的不断涌现，基础（坑）工程的重要性受到人们的高度重视；基础（坑）工程的概念和技术领域也发生了很大变化。 基础（坑）工程是由工程结构以及施工机械、混凝土技术等组成的综合技术，是包

2、括从勘察、规划到设计施工和监测多方面的技术体系。 自从1950年在意大利圣玛利亚水库坝基首次采用地下连续墙以来，经过二十多年的推广和发展，到了70年代已经成为了重要的基础工程施工技术之一。地下连续墙技术在日本得到了快速的发展，从设计理论到造孔机械和施工工法方面，都达到了世界先进行列。日本首先提出地下连续墙基础概念1979年日本首先在东北新干线高架桥工程中采用了地连墙竖井式深基础，代替了常用的沉井基础。 根据本人收集的到2009年为止的日文资料，介绍国内外地连墙和深基础工程的发展概况：1.地连墙深度 5.砼的强度等级2.基坑开挖深度 6.地连墙深基础深度3.地连墙厚度 7.防渗墙的深度4.深基坑

3、（础）平面 8.新型施工设备1.地连墙深度的世界前五名均在日本。 排位 墙深 用途地点 施工日期 1 140 排水竖井3# 1993年 2 130 排水竖井1# 1994年 3 129 排水竖井2# 1993年 4 122 排水竖井4# 1995年 5 119 川崎人工岛 1991年-（试验） 150 (明石大桥) 1987年 中国 77 穿黄竖井 2008年 中国 80？ 上海 ？ 2.基坑内部开挖深度前五名排位 hp 墙深 用途地点 施工 (m) (m) 1 110.1 110.1 管道竖井 2004 2 82.0 110 污水井 1995 3 76.0 106 白鸟大桥墩 1988 4

4、75.0 119 川崎人工岛 1991 5 74.7 83 管道竖井 1993 -6 50.1 77.0 南水北调 20083.地连墙厚度前五名 可能的挖槽厚度，实际挖槽厚。排位 墙厚 用途地点 施工 1 2.8 川崎人工岛 1991 2 2.6 污水竖井 1988 3 2.4 地下变电站 1993 4 2.4 桥梁深基础 1998 5 2.4 大楼深基坑 1999 其中排位3的地下变电站支护墙，采用变断面的地连墙，上部44m厚；下部26m厚1.2 m。4.深基坑（础）平面尺寸多采用圆形平面，可充分利用砼的特点，减少内部支撑.排位 内径 用途地点 施工日期 1 144 地下变电站 1993 2

5、 140 高雄地铁 2002/03 3 98 川崎人工岛 1991 4 81 抽水井 1992 5 80.5 地下贮油槽 1996 台湾高雄地铁的圆形深基坑，位于十字路口。5.砼强度等级的前五名目前日本国内的最大砼设计标准强度为60Mpa。 排位 砼强度 用途地点 施工 1 60 天然气贮槽 19942 60 天然气贮槽 19953 60 高铁深基坑 1996 4 60 排水竖井 1998 5 60 天然气贮槽 19996.地连墙深基础的前五名 地下连续墙深基础工法是由日本发明并发展的。 排位 墙深（m） 用途地点 施工日期 1 106 白鸟大桥3#墩 1988 2 77 隧道竖井 1990

6、3 76 明石大桥锚碇 1994 4 76 大楼深基础 1994 5 75 高速路 1989 到2006年6月底，共有390个深基础工程已经建成。7.防渗墙的世界第一2011年3月，我国西藏旁多水电站土坝防渗墙最深达，是迄今为止世界最深防渗墙。双层防渗墙冶勒水电站上段 71.01.2m +下段761.0m 冶勒防渗墙纵剖面图冶勒防渗墙纵横面图8.新型施工设备1.铣槽机（1） 液压：意大利，法国，德国； （2）电动：日本。2.抓斗 （1）钢丝绳抓斗+重凿：硬岩 （2）液压抓斗：各种地层3. SMW 、TRD工法新设备4.打桩设备：旋挖钻机、反循环钻机；5.锚索（杆）钻机：SOILMEC,KLEM

7、。二、地连墙深基础分类深基础按刚度分类地连墙深基础的平面形状 1.形状（1）闭合的口字形或圆环形结构， （2）非闭合的条状、墙状或其他断面。 2.从刚度来看，有的是刚性体；有的则是弹性体。 3.地连墙基础的刚度:只有采用刚性接头且L时，才算是刚性基础；否则即使L，也不是绝对的刚性基础，因为它不能传递全部剪力。条桩墙桩三、井筒式地连墙深基础井筒式深基础 1.井筒式深基础是利用构造接头把地连墙的墙段连结成一个外形为矩形、多边形或圆环形且其内部可分为一个或多个空格的整体结构，并在其顶部设置封口顶板，以便与上部结构紧密连接。 2.沉井：由于施工速度和安全方面的原因，应用越来越少了。从1966年到198

8、6年的20年内，沉井在日本基础工程中占有的比例已由迅速下降到只有；到2006年，则只占1%；而地连墙深基础则在19761986年的10年内增加了1倍。地连墙深基础的特点 1地连墙基础与地基牢固地连接在一起，侧面摩阻力大，承载力高。 2地连墙基础的闭合的断面结构，结构刚度很大。 3地连墙基础可以在任何地基和水中施工。 4可以修建从很小的一直到超大型的任意载面的深基础工程，其最大深度可达150 m。 5在地表面上进行机械化施工，安全度高。 6施工过程中对周围地基和建筑物影响较小，因而可以实施接（贴）近施工。 7可以大大缩短工期，技术经济效益显著。地连墙深基础的设计要点1.计算方法（1）按刚性体；

9、（2）按沉井弹性体； （3）按桩弹性体。2.允许变位 不应超过基础宽度的1%，且不大于50mm； 在超高土压力作用下，水平变位应不大于15mm。3.其他-略 四、墙桩和条桩开式断面深基础： 墙桩、 条桩、 丁字桩、 工字桩、 十字桩。这些地连墙桩大都属于弹性桩范畴。 近年来开发应用的非圆形大直径现场灌注地下连续墙桩，是介于深的刚体基础和深的弹性基础（桩）之间的基础结构。 墙桩设计要点1.承受竖向荷载的墙桩 （1）静力计算法 根据桩侧阻力和桩端阻力的试验或经验数据，按照静力学原理，采用适当的土的参数，分别对桩侧阻力和桩端阻力进行计算，最后求得桩的承载力。 （2）原型试验法 在原型上进行静载试验来

10、确定桩的承载力，是目前最常用和最可靠的方法。在原型上进行动力法测试也可确定桩的承载力。2.承受水平荷载的单桩，其计算方法有地基反力系数法、弹性理论法、极限平衡法和有限元法等。地基反力系数法是我国目前最常用的计算方法。 墙桩计算简图 条桩概况 条桩是小型地连墙桩基础， 它的几何尺寸较小， 常做为单桩基础，也可做为群桩。 条桩的刚度小， 仍可按桩基进行设计。其端部可为半圆弧形或为矩形。首次使用：1993年北京三环双井桥基础1994年天津冶金科贸大厦采用条桩。条桩原理1.在面积一定的情况下，圆的周长最小，正方形较大，长方形更大；即侧面积更大。2. 使用同样数量的混凝土，长方形的桩能获得更大的侧面积以

11、及侧面摩阻力，提高了承载力。3. 用长条形桩（条桩）代替圆桩，当承载力不变时，则条桩可节约1015的混凝土，提高施工效率510倍。4. 条桩断面的抗弯刚度比圆桩大，且两个互相垂直的方向抗弯刚度不同；可合理布置条桩的位置和方向，可节省混凝土，降低工程造价。 条桩的应用（1）做桥梁的桩基础 （2）做建筑物的桩基础 上述两种情况下， 可做成一柱一桩形式，也可群桩基础。 （3）做基坑支护挡墙 北京市嘉利来世贸广场 北京市水务局新塔楼 的基坑， 采用用条桩支护和预应力锚索。扩底条桩 条桩计算方法（一）1.对于承受竖向荷载的条桩： 静力计算法 采用适当的土的强度参数，分别对桩侧阻力和桩端阻力进行计算，最后

12、求得桩的承载力。 原型试验法 在原型上进行动力静载试验来确定桩的承载力，是目前最常用和最可靠的方法。在原型上进行动力法测试也可确定桩的承载力。 条桩计算方法（二） 水平承载桩是桩土体系的相互作用问题。 承受水平荷载的单桩承载力的计算方法有 地基反力系数法（常用） 弹性理论法 极限平衡法 有限元法等 日本已有专门计算地连墙条桩的规范。 条桩荷载试验国内条桩的现场试验 北京东三环双井立交桥大应变试验； 天津市冶金科贸中心工程静载试验； 天津综合交通枢纽自平衡墙桩试验。 结论： （1） 条桩每立方米砼的承载力可提高1倍多； （2）桩的侧摩阻力和端阻力均达到设计 采用值的倍以上。 条桩静载试验Q-S曲

13、线 条桩和圆桩对比表类别根数断面（m）有效长m砼m3 承载力 t实测静压承载力单位砼承载力t/ m3工期条桩512.5x0.6241836估7508501050130029.236.11台抓斗31天圆桩1820.8242184220/18.36台钻机30天（估） 条桩的自平衡试桩法 目前，由于桩底加载法即自平衡法测试设备和技术的发展，使我们可以更便捷地测试桩的静载承载力。 条桩设计要点（一）1可参照国内现有桩基规范（规程），进行条桩计算和设计。 2条桩可作为单桩基础或群桩基础。 3. 条桩间距多为4b（短边尺寸）。 条桩设计要点（二）条桩的设计要点 由于条桩的刚度（EI）具有方向性， 可把条桩

14、布置在不同方向。 日本某桥的基础采用的是墙桩，其沿桥长方向刚度小，弹性大，可适应上部多跨连续梁的温度影响。 而在垂直于桥轴方向上， 墙桩的刚度很大，完全可以承受地震荷载。 不用井筒式基础。 条桩设计要点（三） 如果采用一墩（柱）一桩的布置方式，通常可以取消桥台（北京京通快速路通惠河桥）。 条桩和柱子钢筋保护层不同，宜将条桩的外形尺寸比柱子适当加大50100，这样可使桩的外层钢筋与墩子外层钢筋直接相连(北京东四环通惠河桥桩)。 由于单根条桩的断面面积大，它的抗冲切能力强，因而承台的厚度就可大大减少（天津冶金科贸中心）。 应当从条桩身和承台两个方面来评价条桩基础的技术经济效益。 五、地连墙深基础实

15、例-建筑高层建筑采用墙桩：挡土承重和防水三合一地连墙（桩）的特点 1）可以充分利用红线以内地面和空间。 2）地连墙抗弯刚度大，可减少基坑内支撑的数量；便于采用逆作法施工。 3）地连墙防水效果好。 4）目前地连墙桩可承受很大的垂直荷载 5）施工单元较大（6m），质量可靠度高。 6）可节省基坑工程费用，工效高，工期短。墙桩和条桩开发 笔者从1992年开始应用三合一地连墙技术解决了北京新兴大厦基坑支护问题；1993年用条形桩代替圆形桩建成了双井桥桩基；1993年在天津冶金科贸大厦基坑中采用了三合一地下连续墙桩，把28层大厦的荷载直接作用在地下连续墙（墙桩）和条桩上面，这在国内尚属首次。此后又在多个工

16、程中采用此种技术。已经完成这种地连墙（桩）的施工面积几十万m。台湾高雄某高层建筑的地连墙和条桩基础。天津冶金科贸大厦的地连墙和条桩 1原设计方案 本工程由主楼、付楼和配楼三部份组成。主、付楼基坑长，宽，深。基础底板厚，为减少地基附加压力和不均匀沉降，将基础底板外挑。 基础桩：灌注桩，共330根，其中主楼225根，外挑段43根，桩长36m（有效桩长24m），间距，单桩承载力220t/根。 2.优化设计方案基坑周边采用地连墙，承受垂直荷载；取消了底板的外挑板；采用51根条桩代替225根圆桩；底板厚度由减少到。天津冶金科贸大厦地连墙和条桩图（二）天津冶金科贸大厦（三）表类别根数断面(m)有效长m砼m

17、3承截力t静压承载力单位砼承载力t/ m32期条桩542.50.6241944(估)7508501050130029.236.11台抓斗31天圆桩1820.8242184220/18.36台钻机30天(估)天津冶金科贸大厦（四）静载试验 2根的条桩的静压桩试验。利用当时的设备测桩。试桩与锚桩设计成不对称布置-地连墙的墙段做近端锚桩，远端锚桩为两根深47m、断面的条桩。两根桩的极限承载力为 1600t和1800t；桩基的允许承载力，达到了1050t和1300t。即根条桩相当56根的圆桩。则52根条桩总承载力将达54600t，已经大大超 过设计荷重（49500t）。另外，周长为125m地连墙桩还可

18、提供约39000t的承载力，使整个建筑物变得非常安全。天津冶金科贸大厦试桩平面图天津冶金科贸大厦（六）效果效果 1.根据初步估算，本项目共节约砼约2000m，降低工程造价不少于200万元。 2地连墙已经达到了原来的“三合一”要求。在悬臂状态下挖深6m后，墙顶变位仅为；挖到10m深（坑底），位移达到。沿基坑周边的条桩紧贴地连墙，起到了反向支承作用。 3条桩表面平整，角部垂直，边长增加23cm。4主楼已经于95年8月封顶，基础桩和地连墙均已承受全部荷重，现已正常营业，未发现任何异常现象。盐官排洪闸盐官排洪闸条桩作为深基坑的支护结构嘉利来世贸广场嘉利来世贸广场嘉利来嘉利来世贸广场井筒式深基础实例（穿

19、黄）穿黄竖井1.北岸竖井始发井，井口高程，井底板顶高程，开挖深度50.1m,内径，外径。2.竖井壁外围为钢筋混凝土地下连续墙，厚度，外径18m，底部高程29m，深，混凝土强度等级为C30W12F200。3.为保证竖井结构稳定及防渗要求，地连墙底部设单排帷幕灌浆深入基岩内，防渗标准q10Lu；用高压旋喷灌浆加固竖井底板下10m厚砂层，作为竖井底板下的水平防渗帷幕。竖井前部的盾构始发区及背洞口侧土体也进行高喷加固。竖井外围设有自凝灰浆防渗墙，厚，深，距井中心。黄埔锚锭深基础黄埔悬索桥概况南汊桥采用双塔单跨钢箱梁悬索桥，跨径组成为290+1108350m，北塔桩号K10+026m，位于大濠沙岛的大堤

20、外侧浅水区,距离堤脚20m；南塔桩号K11+134m，位于南岸边滩浅水区。北锚碇位于大濠沙岛上，桩号K9+736m。南锚碇位于南岸阶地上，桩号K11+484m。北边跨为290m，边中跨比；南边跨为350m，边中跨比。黄埔渗流计算图川崎人工岛川崎人工岛概况 人工岛是在28m的海水中建造的，直径189m。其周边是用钢管桩和钢结构建造的框架结构。其中心部位是一个内径98m，深119m和厚的地下连续墙竖井。 人工岛在水深28m以下的海底全是淤泥，以上的N=0，附近为砂质土和粘性土互层的洪积土层，-110130m之间为N50的砂性土层，也是本工程的持力层。在此情况下，综合考虑上部荷载，地基承载力，基坑侧

21、向荷载以及涌水管涌的安全问题，在基坑开挖深度为的条件下，墙底应到达-105m。但是考虑到此高程距不透水层还有一段距离，并为了减少基坑开挖期间的排水量，最后决定墙底加长9m，到达-114m为止。 川崎人工岛概况该地连墙共划分为56个槽段，一期槽段长3.2m,二期槽段长。施工时把119m长的钢筋笼分为六段，分段制作分段下放。一期槽段钢筋总重，最长一段，重。二期槽段钢筋最大一段重。钢筋笼用船运到平台上。钢筋直径3551mm，间距15，二期槽钢筋笼施工接头约100个。 混凝土设计强度，实际取芯检测，平均强度大于83.0MPa(最大平均值84.80MPa)。条（墙）桩在桥梁工程中的应用 墙桩在桥梁工程中

22、的应用 日本某桥梁的墙桩基础 该桥的P12P18排桥墩左右（L，R）两个基础都采用了墙桩方案。根据所在部位的地形和地质条件，每个桥墩下面一般采用2根或3根墙桩。墙桩宽均为10m，厚，深。桩底嵌入泥岩中。 这种布置是为了适应桥长方向多跨连续钢箱梁的温度荷载；而在垂直方向，墙桩的刚度很大，可以承受地震荷载。 北京东三环双井桥北京东三环双井桥1.国内第一次在桥梁基础中采用条桩。原每个桥墩设4根圆桩，垂直荷载为250300t；。2.可用两根条桩来代替。3.经试桩（2根）验证，单桩极限承载力可达到1500t以上。4.采用条桩可节约13的砼。5.回转钻或冲击钻施工很困难，平均3天左右才能完成1根桩，条桩可

23、完成34根，其效率少高出16-20倍。6.在双井立交桥共采用了52根条桩，桩长2635m。使用BH7和BH12液压抓斗挖孔，总平均工效为/d。施工工效最高达2/h。 建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 北京市的京承高速路潮白河大桥全长920m，由东引桥、主桥和西引桥三部份组成。主桥为72+120+120+72m（长384m）的三塔矮塔斜拉桥，总体布置见下图。两侧引桥各有7个桥墩，长268m。建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 基础地质： 潮白河大桥基础位于冲洪积地层中， 地基中95%以上都是卵石， 含有450600的漂石， 钻孔难度很大。 地下水埋深815m， 易发生塌孔和漏浆事故。 建在漂石地基中的

24、潮白河大桥条桩 桩基方案变动1.设计原采用直径和的圆桩，施工难度很大，2.遂改为直径514m的沉井进行招投标。沉井在这种地层中，很难均匀下沉；3.最后选用笔者建议的条桩基础方案，并要求进行条桩成孔试验。 建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 条桩基础设计方案比较: 大直径圆桩 沉井 条桩 井筒式地连墙潮白河大桥桩基方案比较图图4桩基方案比较图建在漂石地基中的潮白河大桥条桩表种类沉井条桩圆桩地连墙井筒规格 （m）D=14H=15n=12根H=26，2.5x1.0n=12根H=26，d=212.5x12.5x1.2混凝土 （m3）1490147622461534底板混凝土 （m3）270-270钢筋 （

25、t）87.7144224.0191.6工期 （d）632266说明入水下7m承台21x15x4建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 方案比较： 1.沉井方案中安排抽水时间为6天，实际上很难把沉井内水抽干，去处理事故的。 2. 再从引桥部位来看，由于此段地下水位较深，故可考虑采用人工挖孔桩和条桩做对比。其比较如下： 建在漂石地基中的潮白河大桥条桩表桩基种类条桩人工挖圆桩桩长（m）1812规格（m）22.5x0.822.0,间距6.0桩底扩大头(m)/23.0桩体积（m3）36.040.2承台体积（m3）43.7581.0合计79.80121.2钢筋(t)8.311.3说明下卧粘土仍末挖净建在漂石地基中

26、的潮白河大桥条桩，主桥表部位中塔墩柱边塔墩柱边墩（2个）直径(m)8.06.04.0壁厚(m)1.51.21.0承台（Lxbxh）(m)15x12x415x12x47x8x3条桩数量3排x4根共12根3排x4根共12根2排x2根x2共8根长度262622条桩截面2.5x1.02.5x1.02.5x1.0建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 引桥部分 东、西引桥各有7排桥墩（含边墩），即28个墩柱，每柱下2根条桩，长，承台尺寸为。总共有56根条桩。 总共设计有条桩92根，设计砼4096 m3。建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 导墙的设计与施工： 导墙采用砖和混凝土结构（见图5），高度为3m，平面净尺寸为280 x90cm。导墙底放在老地基中，其表面充分洒水湿润，并灌入一定数量的水泥浆，然后再浇筑厚30cm的混凝土底板，其上再砌筑加筋砖墙，浇筑混凝土顶板。导墙的偏斜度不大于1/500，顶面高差不大 建在漂石地基中的潮白河大桥条桩 施工机械和设备 共使用了3台BH12液压抓斗，配备ZL50型装载机配备25t吊车运送和吊放钢筋笼。 工效和泥浆统计:（1）试桩阶段：桩长19，21m，平均工效，泥浆用量1.30 m3/m3。泥浆漏失率约30%。（2）施工阶段：实际开挖桩长和28m，孔底漂石