地下连续墙结构

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地下连续墙结构地下连续墙施工方法，又称槽壁法（diaphragmwall或slotwall）。自1950年意大利开始在水库大坝中修建地下连续墙这一技术取得了突飞猛进的发展。地下连续墙尺寸一般厚度不超过0.6m，深度不过20m。到了20世纪80年代，由于技术设备的提高，该技术得到急速发展。墙厚超出1.2m，深度超出l00m的地下连续墙不断涌现。到了90年代，由于成功研制并使用了水平多轴铣槽机，出现了超厚(3.20m)和超深(170m)的地下连续墙结构。已建成的日本东京湾跨海大桥的川崎人工岛(墙厚2.8m，直径108m)的地下连续墙基础，最大深度已达l40m。§1概述人工岛施工现场地下连续墙施工（1991.3—1992.10） 墙厚：2.8m,深度：120m人工岛内部开挖（1992.11—1993.10） 314000m3，结构底板厚6m，V=44000m3，

侧壁厚4m,V=60000m3地下连续墙技术引入我国是在20世纪50年代末，也是首先在水利水电工程中采用.我国早在1958年就采用排桩式地下连续墙作为水坝防渗墙，并在1974年试用排桩式地下连续墙建造煤矿竖井获得成功。近20多年来，地下连续墙技术无论在工程实践中，还是在理论研究上都获得了很大成就。尤其是连续墙施工设备及工艺的发展使得连续墙施工的深度越来越大.近年来国内施工的工程实例如长江润扬大桥、阳逻长江大桥等锚碇基础深基坑中连续墙最大深度达到60米甚至以上，为我国超深大基坑围护提供了强大的技术支持。地下连续墙DiaphragmWall:>10m地下连续墙结构地下连续墙在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着深开挖工程的周边(例如地下结构的边墙)，依靠泥浆(又称稳定液)护壁的支护，开挖一定槽段长度的沟槽；再将钢筋笼放入沟槽内。采用导管在充满稳定液的沟槽中进行混凝土浇筑，将稳定液置换出来。相互邻接的槽段，由特别接头（施工接头）进行连接。a）沟槽开溶b)安设接头管c）安放钢筋笼d）浇混凝土地下连续墙施工方法a）沟槽开溶b)安设接头管§1.1地下连续墙的施工方法特征是始终充满着特殊液体作为沟槽的支护。这个液体最初使用的是膨润土和水的溶解物（该液体名称很多，如触变泥浆、泥浆、稳定液、安定液等）。最近为了增加稳定液的机能和防止其机能的降低，不仅使用膨润土，而且还投入一些添加物组成混合液，这种混合物仍简称稳定液或泥浆。（一）地下连续墙优点

1. 可减少工程施工时对环境的影响。施工时振动少，噪声低；能够紧邻相近的建筑及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；2. 地下连续墙的墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；3. 地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般不少于60cm，钢筋保护层又较大，故耐久性好，抗渗性能亦较好；4. 可实行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价。5、适用于多种地质情况。§1.2地下连续墙的特点及适用场合（二）地下连续墙缺点

1.

弃土及废泥浆的处理问题。除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境污染；2. 地质条件和施工的适应性问题。地下连续墙可适用于各种地层，但最适应的还是软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂时，还会增加施工难度和影响工程造价；3、现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较髙，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但也增加工作量；4.

槽壁坍塌问题。引起槽壁坍塌的原因，可能是地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，有软弱疏松或砂性夹层，以及泥浆的性质不当或者已经变质，此外还有施工管理等方面的因素。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑和地下管线的安全。5、地下连续墙如单纯用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩等一类可拔出重复使用的围护结构经济。（三）地下连续墙墙适用条件地下连续墙是一种种比钻孔灌注桩和和深层搅拌桩造价价昂贵的结构形式式，对其选用，必必须经过技术经济济比较，确实认为为是经济合理，因因地制宜时，才可可采用。1.基坑深度大于10m；2.软土地基或砂土地地基；3.在密集的建筑群中施施工基坑，对周围地面沉降降，建筑物的沉降降要求需严格限制制时，宜用地下连连续墙；4.围护结构与主体结结构相结合，用作作主体结构的一部部分，且对抗渗有有较严格要求时，，宜用地下连续墙墙；5.采用逆作法施工，，内衬与护壁形地下连续墙的设计一般包括：槽壁稳定及槽幅幅设计、槽段划分分、导墙设计、连连续墙内力计算及及配筋设计，连续续接头设计等内容容。地下连续墙设计计算的主要内内容包括：1、确定荷载，包括括土压力、水压力力等。2、确定地下连续续墙的入土深度度。3、槽壁稳定验算算根据已选定的地地下连续墙入土土深度，假定槽槽段长度，即可可进行槽壁稳定定的验算。4、地下连续墙静静力计算5、配筋计算，构构件强度验算，，裂缝开展验算算，垂直接头计计算§2地下连续墙挡土墙设计施工阶段的荷载载主要指基坑开挖挖阶段的水土压压力，地面施工工荷载、逆作法法施工时的上部部结构传递的垂垂直承重荷载等等。使用阶段的荷载载，包括使用阶阶段的水土压力力，主体结构使使用阶段传递的的恒载和活载等等。施工及使用阶段段的水土压力大大小是荷载确定定的关键。地下连续墙的计计算理论是从古古典的假定土压压力为已知，不不考虑墙体变形形，不考虑横撑撑变形；逐渐发展到直至考虑土体与结构的共同作用，土压力随墙体变化而变化。§2.1荷载分

类假设条件方法名称较古典的理论土压力已知不考虑墙体变形不考虑横撑变形自由端法、弹性线法等值梁法、1/2分割法矩形荷载经验法、太沙基法等横撑轴向力、墙体弯矩不变化的方法土压力已知考虑墙体变形不考虑横撑变形山肩邦男弹塑性法张有龄法、m法横撑轴向力、墙体弯矩可变化的方法土压力已知考虑墙体变形考虑横撑变形日本的《建筑基础结构设计法规》的弹塑性法，有限单元法共同变形理论土压力随墙体变位而变化考虑墙体变形考虑横撑变形森重龙马法有限单元法(包括土体介质)地下连续墙计算算方法综合土压力类别静止土压力提高的主动土压力主动土压力降低的被动土压力被动土压力0＜

d/H≤2‰2‰＜

d/H≤4‰4‰＜

d/H≤10‰0＜

d/H≤2‰2‰＜

d/H≤5‰墙体变位d、深度H与土压力的关系系地下墙的位移与与土压力的分布布槽幅是指地下连连续墙一次开挖挖成槽的槽壁长长度。槽幅设计计的内容包括槽壁长度的确定定及槽段划分。槽壁长度最好与与施工所选用的的连续墙成槽设设备的尺寸（抓抓斗张开尺寸、、钻挖设备的宽宽度等）成模数关系，最小不得小于于一次抓挖（钻钻挖）的宽度，，而最大尺寸则应根根据槽壁稳定性性确定。常用的槽幅为3-6米。地层稳定性性越好，槽幅可可设计得越长，，但考虑到施工工工效及槽壁稳稳定的时效，一一般不超过8米。§2.2槽幅设计（一）槽壁稳定定性验算有理论分析及经经验公式法两种种，理论计算一一般采用楔形体体破坏面假定，，计算相对繁琐琐，工程中应用用较多的是经验验公式。1、梅耶霍夫(G.G.Meyerhof)经验公公式法法临界深深度：：(N=4(1+B/L))槽壁的的塌坍坍安全全系数数P0m、P1m分别为为开挖挖的外外侧(土压力力)和内侧侧(泥浆压压力)槽底水水平压压力强强度。。横向变变形2、非粘粘性土土的经经验公公式对于无无粘性性的砂砂土(c＝0)，安全全系数数（与与槽壁壁深度度无关关）：：（二））槽段段划分分槽段划划分应应结合合成槽槽施工工顺序序、连连续墙墙接头头形式式、主主体结结构布布置及及设缝缝要求求等确确定。。连续墙墙接头头位置置应避避开预预留钢钢筋或或接驳驳器位位置，，并应应尽量量与结结构缝缝位置置吻合合。另外还还应考考虑地地下连连续墙墙分期期施工工的接接头预预留位位置的的影响响等。。在采采用公公母槽槽段前前后连连续相相接的的连续续墙施施工中中，第一副副槽段段的确确定较较为重重要。。指地下下连续续墙开开槽施施工前前，沿沿连续续墙轴轴线方方向全全长周周边设设置的的导向向槽。。导墙一一般采采用““┓┏┏“形形现浇浇钢筋筋砼，，导墙墙厚度度一般般为200-300mm,混凝土土一般般采用用C20。导墙深深度以以墙脚脚进入入原状状土不不小于于300mm为宜，，导墙墙顶面面高出出地面面100~200mm，防止止周围围的散散水流流入槽槽段内内。导墙宽宽度要要求大大于地地下连连续墙墙的设设计宽宽度50mm。混凝土挡土墙墙厚30~50木支撑§2.3导墙设计（一））连续续墙深深度的的确定定连续墙墙深度度由入入土深深度决决定。。连续墙墙入土土深度度（基基坑底底以下下深度度）与与基坑坑开挖挖深度度的比比值称称为入土比比。由基坑坑围护护结构构的稳稳定性性验算算方法法确定定，一一般取取为0.7~1.0；可先由由以下下两种种古典典的稳稳定判判别方方法直直接计计算得得到一一个初初值,然后通通过基基坑稳稳定性性验算算最终终确定定合理理的入入土比比。§2.4连续墙深度及厚度的初选a）板柱柱底端端为自自由的的稳定定状态态板柱底底端为为自由由的稳稳定状状态b）板桩桩底端端为嵌嵌固的的稳定定状态态悬臂式式板桩有撑或锚的板桩假想梁法弹性曲线法反弯点Q（二）连续墙厚度度的确定连续墙厚度应根据据连续墙不同阶段段的受力大小、变变形及裂缝控制要要求等确定。几种常用尺寸：600mm,800mm,1000mm,1200mm等。连续墙结构设计计计算前可以根据工工程经验预先设定定，一般为基坑开开挖深度的3~5%。最终应由结构计计算、复核结果决决定。（一）弹性法墙体作为无限长的的弹性体，用微分分方程求解，主动动侧的土压力为已已知，但入土面(开挖底面)以下只有被动侧的的土抗力，土抗土抗力数值与墙体变化关系

§2.5结构计算（2）同济大学曾将上上法局部修改。基本假定是：1)墙体作无限长的弹弹性体。2)已知水、土压力，，并假定为三角形分布布3)开挖面以下作用在在墙体上的土抗力力，假定与墙体的的变位成正比例。。4)横撑(楼扳)设置后，即把横撑撑支点作为不动支支点。5)下道横撑设置以后后，认为上道横撑的轴轴向压力值保持不不变，其上部的墙墙体也保持以前的的变位。修改后土抗力数值值与墙体变化关系系（二）支护内力随随开挖过程而变化化的计算方法该法基本点是：1．考虑支撑的弹性性变位，图中弹簧簧表示支撑。2．主动侧的土压力力可用实测资料，，并假设为坐标的的二次函数。3．入土部分为已达达到朗金被动土压压力的塑性区及土土抗力与墙体变位位成正比的弹性区区。4．墙体作为有限长长，前端支承可以以是自由、铰结、、固定。（三）共同变形理理论简介日本的森重龙马提提出了墙体变位对对土压力产生增减减的计算方法被动侧Pa＝P0十khδ≤Pp（被动土压力）主动侧Pβ＝P0—khδ≧Pa（主动土压力）共同变形体a）第一次开挖结束束时的标准状态b）标准状态下的变变位c）根据δ计算土力Pm=P0±kδmd）进行土压力修正正共同变形体计算过过程（四）有限单元法法1、弹性地基杆系有有限单元法一般将基坑底面以以上的墙体理想化化为单位墙宽的梁单元元，将入土部分墙体体作为文克勒弹性地基梁梁，其水平向基床系系数沿深度的变化化可以是线性的，也可以是常数值值或其它假想的图图形。将水平支撑，各种种斜度的锚杆，墙墙顶的水平框架梁梁、帽梁等作为弹性支承的杆件，其单元截面可换换算成单位长度的截面面面积。悬臂式、单锚式、、多层横撑式、多多锚式、格形的挡挡土结构，都可简简化为平面结构。。有限单元法计算简简图水平位移、弯矩、剪力随深度变化2、弹性地基薄板有限限单元法一般将基坑底面以以上的墙体理想化化为薄板弯曲单元，将入土部分墙体体作为文克勒弹性地基上上的薄板单元。薄板单元可为各各向同性，也可为为各向异性；支撑撑或锚杆可作为附附加直杆单元。该法可适用于地下下连续墙与梁、板板、柱等组合结构构分析。3、弹性地基薄壳有限限单元法将地下连续墙及上上部结构作为由三三角形薄板单元组组成的平面或空间壳体，将文克勒弹性地基(被动侧土体)和其它杆件理想化化为与壳体单元节节点相连的附加““弹簧”单元。3、二维有限单元法施工步1：地下连续墙施作作施工步2：开挖至地表以下下5.6米施工步3：放坡开开挖至地表以下12.8米施工步4：坡面土钉及挂网网加固必须验算如下两种种应力：在结构物完成之后后，作用在墙体上的的土压力、水压力力以及作用在主体体结构物上的垂直直、水平荷载等产产生的应力；在施工阶段，由作用在临时挡挡土墙上的土压力力、水压力产生的的应力。§3地下连续墙兼作外墙时的设计由于横撑的支支撑方式式与主体体结构和和地下墙墙的结合合状态不不同，施工时时地下墙墙应力与与主体结结构物完完成之后后的地下墙应应力不同同。刚竣工时时的地下墙墙应力是是施工期期间地下下墙应力力与竣工工之后由由作用在在主体结结构（包包括地下下墙在内内）上的的外力产产生的应应力之和和。竣工之后后作用在主主体结构构物上的的外力有有：作用用在横撑撑上的荷荷载、回回填土的的土压力力、回填填土及板板的自重重、地面面活荷载载等。长期不考考虑因墙墙体位移移而产生生的土压压力的变变化。有时还需需要对地地下墙与与主体结结构物因温差和和干燥收收缩引起的应应力或蠕蠕变的影影响等进进行验算算。§3.1单一墙的设计作用在单单一墙上上的荷载载与弯矩矩重合墙是是把主体体结构的的垂直边边墙重合合在地下下墙的内内侧，在内外墙墙之间填填充隔绝绝材料使使之不传传达剪力力的结构构形式。可随着地地下结构构物深度度的增大大而增大大内墙的的厚度。。§3.2重合墙的设计刚竣工时时，按地下下墙（作作为连续续梁）与与主体结结构相接触状状态进行结构构计算。。先计算地地下墙与与地下主主体结构构边墙的的截面面面积及其其截面惯惯矩，然然后按刚度比比例分配配截面内内力。长期土压压力按静止土土压力计计算。作用在重重合墙上上的荷载载与弯矩矩注：（2）中考虑虑与地基基的K值，把主主体结构构的外侧侧看作是是由许多多锟轴支支承起来来的板结结构，并并且作用用着框架架上的荷荷载与去去除支撑撑后的反反作用力力复合墙是是把地下下墙与主主体结构构的垂直直边墙做成一个个整体，即把地地下墙的的内侧凿凿毛并用用剪力块块将地下下墙与主主体结构构物连接接起来。。竣工后，，施工期期间的应应力已达达到某一一程度，，必须增增加内墙墙的厚度度，提高高内墙对对外墙的的刚度比比。但必必须注意意到新旧混凝凝土之间间干燥收收缩不同同而产生生的应变变差会使复合合墙产生生较大的的应力。。会由于横横撑位置置和水平平构件的的位置不同同而引起起应力的的变化或发生温温度应力力、收缩缩变形应应力等。。§3.3复合墙的设计作用在复复合墙上上的荷载载与弯矩矩复合墙上上的应力力分离墙是是在主体体结构物物的水平构件件上设置置支点（根据情情况，也也有时设设在垂直直边墙的的中间）），把地地下墙作作为该支支点上的的连续梁梁，用以以抵抗外外来压力力。§3.4分离墙的设计作用在分分离墙上上的荷载载与弯矩矩根据上部部传下荷荷载进行行内力分分析和截截面计算算之外。。要解决的的关键问问题之一一：无桩的地地下连续续墙与有有桩的地地铁车站站底板的的变形协调调和基本本的同步步沉降。。§3.5地下连续墙承重墙设计现今采用用的设计计方法之之一是根根据群桩桩设计理理论，把把地下连连续墙模模拟折算成工工程桩的的方法。。即把地下下连续墙墙的垂直直承载能能力，通通过等量量代换计计算方法法；将地下连连续墙模模拟折算算成若干干根工程程桩，布置在在基础底底板的周周边上；；将桩、土土、底板板三位一一体视为为共同结构构的复合合基础，利用有有关的计计算机程程序，来来计算底底板的内内力、桩桩端轴力力以及总总体沉降降。§3.5地下连续墙设计理论地下连续续墙的壁壁侧摩阻阻力与上上层性质质和端阻阻力之间间存在着着互相影影响的关关系，端阻力的的大小会会影响到到壁侧摩摩阻力的的发挥和和分布。加荷初期期，荷载载大部分分由壁侧侧摩阻力力承担，传递到到墙底的的荷载很很小，当当壁侧摩摩阻力达达到极限限后，墙墙顶荷载载再增加加则主要要由端阻阻力承担担。当壁壁侧摩阻阻力达到到极限时时，端阻阻力约占占荷载的的20%~40%。壁侧摩阻阻力全部部发挥需需要的位位移较小小；端阻力全全部发挥挥，则需需要较大大的位移移。施工接头头和结构构接头。。施工接头头是浇筑地地下连续续墙时连连接两相相邻单元元墙间的的接头；；结构接头头是已竣工工的地下下连续墙墙墙体与与地下结结构物其其它构件件(粱、柱、、楼板等等)相连接的的接头。。§4地下连续墙接头设计（一）施施工接头头施工接头头应满足足受力和防防渗的要要求，并并要求施施工简便便、质量量可靠。。1．直接连接接构成接接头：单元槽槽段挖成成后，随随即吊放放钢筋笼笼，浇灌灌混凝土土。混凝凝土与末末开挖土土体直接接接触。。在开挖挖下一单单元槽段段时，用用冲击锤锤等将与与土体相相接触的的混凝土土改造成成凹凸不不平的连连接面，，再浇灌灌混凝土土形成所所谓“直直接接头头”。2．使用接头管（也称锁锁口管））建成接接头；一一期单元元槽段挖挖成后，，于槽段段的端头头吊放入入接头管管，槽内内吊放钢钢筋笼、、浇灌混混凝土，，再拔出出接头管管，使端端部形成成半圆形形表面。。继续施施工就能能形成两两相邻单单元槽段段的接头头。接头管大多为圆圆形，此外还还有缺口口圆形的的、带翼翼的、带带凸榫的的等。接头管的的外径应应不小于于设计混混凝土墙墙厚的93％以上。。除特殊殊情况外外，一般般不用带带翼的接接头管，，因为使使用这种种接头管管泥浆容容易淤积积在翼的的旁边影影响工程程质量。。带凸榫榫的接头头管也很很少使用用。3．使用接头箱建建成的接头施工方法法与接头头管法相相仿。一期单元元槽段挖挖成后即即放下接接头箱，，再吊放放下钢筋筋笼。由于接头头箱在浇浇灌混凝凝土的一一侧是敞敞开的，，故可将钢筋筋笼端头头的水平平钢筋插插入接头头箱内。。浇灌混凝凝土时，，由于接接头箱的的敞开口口被焊在在钢筋笼笼上的钢钢板所遮遮蔽，因因而阻挡挡混凝土土进入接接头箱内内。接头头箱拨出出后再开开挖二期期单元槽槽段，吊吊放二期期墙段钢钢筋笼，，浇灌混混凝土形形成接头头，采用用这种接接头方法法，可使使两相邻邻单元墙墙段的水平钢筋筋交错搭搭接（虽然不不及钢筋筋间直接接绑扎或或焊接）），但也也能使墙墙体结构构连成整整体。4．用隔板板建成的的接头按隔板的的形状可可分作：：平隔板板、V形隔板和和榫形隔隔板。按按水平钢钢