论逆作抛物线拱墙的设计与施工

1、精品 料推荐论逆作抛物线拱墙的设计与施工中建七局四公司基础设施分公司刘兴春引论：逆作拱墙作为基础支挡结构的一种，根据基坑平面形状，可采用圆拱、椭圆拱、抛物线拱。其中抛物线形拱通常设计为对称连拱组合墙。因抛物线形为合理拱轴线，在均布荷载作用下，主要承受轴向压力，作为支护结构具有施工方便、节省工期、造价低、安全可靠的特点。本文通过工程实例对抛物线型拱墙的设计与施工做出了详细的介绍。一、工程概述某市政工程的城区污水改造工程位于市区繁华地段的老街区，设计为 DN1200污水顶管，污水管埋设深度为自然地面以下 7m左右，因街区道路狭窄， 无法在道路内设工作井， 只能在街区的十字交叉口设顶进井，双向顶进，

2、单向顶距为 285 米，施工方案拟采用泥水平衡机械顶管。原方案顶管工作井采用钢筋砼沉井， 后经现场勘察，距设计污水管中心线二米处自然地面以下 2.5 米有移动与联通公司的综合光缆管沟， 无法进行迁移； 右侧地下四到五米处为老城区在用污水管（砖砌） 。二者之间净距为 5.5 米，如采用沉井方法施工工作井，工作井外围结构尺寸应在 4.5*7 米左右，光缆管沟处在沉井结构范围内；即使在牺牲工作井内施工净距的情况下对沉井进行移位，勉强进行沉井施工。沉井下沉时，将带动其周围内二米的土体下沉，因老城区街道狭窄，不仅影响周边交通，须进行封闭施工，且土体下沉很可能会对光缆沟及原有污水管的结构造成破坏，一旦在用

3、的污水管破裂，会造成无法估量的损失。经多方论证，选用了逆作砖砌抛物线连拱组合墙作为工作时的作法。其施工特点是： 1、挖土与做闭合拱圈可同时交叉施工，如下1精品 料推荐图示意。第一步挖土，在第一阶段内按平面挖出所需拱形， 进行砌体砌筑。第二阶段分段开挖，分段砌筑。拱墙在垂直方向上分道施工，拱墙与坑壁之间的空隙以砂浆填满塞实。如光缆管沟处于工作井内时，因拱形由砌块组砌， 可在对光缆管沟进行加固后，将其置于工作井范围内而不至于影响工作井的正常施工。如下图为施工中的实际情况：2、抛物线拱的优点是其为合理拱轴线，在均布荷载作用下拱圈的弯矩很小，同时，拱圈外的土也形成土拱，减少了一定的土压力。拱截面主要承

4、受压力，弯矩小，节约钢筋。因施工为逆作，要求拱与土壁紧密接触， 故施工对土体的影响范围只在拱圈外径以内，对拱圈2精品 料推荐以外无影响。即使与原有污水管沟相邻，也不会危及其安全。二、抛物线拱线形设计1、拱轴几何数据抛物线方程式： y=4f (1- x ) xll根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99 中逆作拱墙章节条文要求“拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8 ”。在实际操作中可用autocad按下表对抛物线形进行设计。点位xy00010.050.1920.100.3630.150.5140.200.643精品 料推荐50.250.7560.300.8470.350.9180.400.9690.

5、450.99100.501.00乘数lf抛物线连拱组合墙可视作4 个两两对称的抛物线拱， 如下图实际采用的满足顶进需要的 4.5*7米净距的抛物线组合拱。2、组合拱墙内力计算因组合拱墙两两对称， 设计时只分析一个支座反力即可。 如下图所示，以主动土压力 Ea 为作用在筒壁上的均布荷载，先求出 1 号拱和 2 号拱的支座反力 F1 和 F2，则作用于拱座合力4精品 料推荐F=F1+F2推向土体的不平衡力由拱脚基坑的被动土压力Ep 提供。设计时在拱脚两侧各 L1 范围内将拱壁加厚即可为拱脚基础，使KFL式中 H-拱圈高度Ep-被动土压力K-安全系数ppztg2(45)2c tg(45)zKp2c

6、Kp22Ep=19*8*2.5+2*10*1.58=411.6KNL=0.0228（取 500mm）根据地质勘察报告，管线埋设深度内土层信息如下表：表 1层号土类名称层厚 (m)重度浮 重 度粘聚力内 摩 擦5精品 料推荐(KN/m3)(KN/m3)(KPa)角( 度)1填土0.7192-1粘质粉土0.7-2.618 6762572-2砂质粉土2.6-3.719191872952-3粘质粉土3.7-5.9188881062623淤 泥 质 粉 5.9 以 179799541质粘土下1 2 水平荷载标准值按规程对粉土及粘性土以下式计算：eajkKCKaiajk=ai-2ik ajk 作用于深度

7、Zj 处的竖向应力标准值考虑场地实际情况，基坑外侧按满布附加荷载q0（ 40KN/m2）计算，竖向应力标准值ajk按下列规定计算：ajk=YmjZj+q 0Ymj- 深度 Zj 以上土的加权平均天然重度计算深度（ m）各层竖向应力标准值 (KN/m2)2.688.643.7109.654.7128.455.9147.257167.938185.836精品 料推荐Kai - 第 i 层的主动土压力系数按规程以下式计算：K2& ikai =tg (45 -)2ik - 三轴试验确定的第 i 层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值Z - 计算点深度j层土类名称层厚 (m)内摩擦角主动土压力系数号( 度

8、)1填土0.7道路结构层，不利用2-1粘质粉土0.7-2.62570.3952-2砂质粉土2.6-3.72950.342-3粘质粉土3.7-5.92620.3873淤泥质粉质粘5.9 以下410.867土层土类名称层厚 (m)内摩擦角被动土压力系数号( 度)1填土0.7道路结构层，不利用2-1粘质粉土0.7-2.62572.532-2砂质粉土2.6-3.72952.942-3粘质粉土3.7-5.92622.583淤泥质粉质粘5.9 以下411.157精品 料推荐土由此得出，主动土压力如下图所示。计算深度（ m）各层水平荷载标准值 (KN/m2)2.625.463.727.1354.736.52

9、5.943.87127.98143.42由规程附表得抛物线拱内力计算公式：以深度八米处为计算点， 查相关文献的等截面抛物线拱内力影响线，可得得 1 号拱支座竖向反力 Na=Nb=143.42*1.661=238.22KN2 号拱支座竖向反力 Na=Nb=143.42*1.435086=205.82KN由图解法求得合力： 150.469KN计 算 深 度 各层水平荷1 号拱轴2 号拱轴1 号 拱2 号 拱（m）载 标 准 值力影响线力影响线拱 顶 轴 拱 顶 轴(KN/m2)值值力（ KN） 力（ KN）2.625.461.6273441.39142641.4335.433.727.13544.

10、1537.764.736.5259.4350.815.943.871.2860.948精品 料推荐7127.9208.14177.968143.42233.4199.563 计算结果以列表深度为分段计算高度，由此得出拱墙结构轴向力设计值Ni ，如下图所示。拱墙厚度计算4按砌体结构设计规范（ GB50003-2001）砂浆强度取 M2.5, 砖强度等级取 MU10，查表求抗压强度设计值 1.3MPa。计算深度（ m）1 号拱分段计算高2 号拱分段计设 计 取 值度内圆拱墙的厚度算 高 度内圆 （mm）（mm）拱 墙 的厚度（ mm）2.612.25942取 240mm3.730.82369取 2

11、40mm4.745.73515取 370mm5.945.73514取 370mm7145.511196取 500mm8179.51381取 500mm四、逆作圆拱墙施工注意事项1 挖土可与做闭合拱圈同时交叉施工。2 可分段砌筑，分段浇筑砼圈梁，但上口肋梁宜在整个分段完成后整体浇筑。9精品 料推荐3 拱圈内应力与拱轴曲线关系很大，放线必须准确，拱轴线沿曲率半径方向误差控制在40MM。4 拱墙在垂直方向应分道施工， 视土层的直立度决定每道施工高度，不宜超过 2.5M，上道拱墙合拢且砌体或砼强度达到70%设计强度后，才可进行下道拱圈的挖土施工。 上、下两道拱墙的竖向施工缝应错开，错开距离不宜小于2M。拱墙施工宜连续作业，每道拱墙施工时间不宜超过去 36h。5 下道拱圈的施工，应严格控制，要防止挖下道拱圈时，使上道拱圈失去支持而导致破坏。可以采用分段跳挖。6 砌体外侧与土壁按触处的空隙必须采用砌筑砂浆填嵌，并插捣密实。7 开挖土方，应采取盆式挖土，即先挖基坑中部土方，以得降排水，并利用未挖土平衡拱圈外侧土压力，防止外侧土方塌垮。 施工前应做好降水工作。积水坑设置应远离坑壁，距离不应小于2 米。8 由于地质条件的非均匀性及施