地下建筑结构课件—第七章地下连续墙结构设计08.ppt

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1、第一节 概 述 第二节 结构设计 第三节 接头设计,第七章 地下连续墙结构设计,基坑支护结构方案及选择,支护结构类型及其适用范围,地铁车站基坑,国际金融中心大厦基坑,地下连续墙的由来 （diaphragm wall panel trench，slurry trench，slurry wall，continuous diaphragm wall，cut-off wall等）槽壁法 ，它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的，1950年首次应用于意大利米兰的水库截渗墙工程。 经过几十年的发展，地下连续墙技术已经相当成熟，由最初的截渗墙逐步成为支护主体结构。以日本在此技术上最

2、为发达，目前地下连续墙的最大开挖深度为170 m，地下连续墙厚度通常为600、800、1000、1200mm，最大达3.2m，最小为0.2m。 我国的水电部门于1958年开始在山东青岛月子口水库工程中采用这种技术修建防渗墙，1974年在成功用于煤矿竖井建设，并在全国范围内得以普遍推广，近年来的施工实例如润扬长江大桥、上海国际金融中心、金茂大厦等。,第一节 概 述,定义,利用各种挖槽机械（如水平多轴铣槽机），借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。,施工程序,挖导沟 筑导墙 分段挖土成槽 吸泥清

3、底换浆 吊放接头管 吊放钢筋笼 插入砼导管 浇筑砼,对于岩溶地区中含承压水头很高的砂砾层或很软的粘土，如不采用其它辅助措施，目前尚难于采用地下连续墙工法； 如施工现场组织管理不善，可能会造成现场潮湿和泥泞，影响施工的条件，而且要增加对废弃泥浆的处理工作； 如施工不当或土层条件特殊，可能出现不规则超挖，倘不采用预制墙板，则给后来的墙面工作带来麻烦。此外还有可能出现相邻单元墙间不能对齐的问题； 现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，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，但增加工作量； 地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。 需

4、要专用施工机具和一定技术水平的专业施工队伍，技术推广受到一定限制。,缺点,既可用作临时性措施也可用作永久性结构，故适用场合较广泛。 建筑物的地下墙和其它构筑物；盾构出入洞、地铁车站、地铁隧道；深基础；地下停车场、地下街道；污水处理场，净水场、泵房；市政隧道，各种涵管；防护墙、水坝的防渗墙；岸壁、护岸、码头加固；船坞、船闸；地下油罐；桥梁基础；原子能电站等。 (一）处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。 （二）既作为土方开挖时的临时围护结构，又可用作主体结构一部分的地下工程。 （三）地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙

5、、地面高层房屋基础的工程。,适用场合,1)如何在各种复杂地基中实现符合设计要求(如几何尺寸、偏斜度等)的槽孔开挖? 2)如何保证在开挖和回填过程中的槽孔稳定? 3)如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连续的、不透水的并能承受各种荷载的墙体来? 4)如何解决各个墙段之间的接缝连接问题?,地下连续墙的技术要点,第二节 结构设计,概述 一、关于水土压力问题 二、地下连续墙施工阶段静力计算理论 三、地下连续墙计算理论及方法,up,概述,地下连续墙的受力特点 结构体系的破坏形式 结构体系的破坏形式 地下连续墙结构设计计算的主要内容,up,施工阶段和使用阶段几种典型的工作状态： 槽段土方开挖阶段 槽段侧

6、壁的稳定性 地下连续墙浇筑形成 开挖前的受力状态 基坑第一层开挖 悬臂受力状态、地面侧向位移 基坑土方开挖阶段 墙的结构强度、基坑稳定及变形量 基坑土方工程结束 基坑底部隆起、基坑整体失稳 工程竣工 水土压力和上部地面建筑的垂直载荷共同作用下的强度和变形,地下连续墙的受力特点,稳定性破坏 整体失稳 基坑底隆起 管涌及流沙 强度破坏 支撑强度不足或压屈 墙体强度不足 变形过大 杭州地铁一号线湘湖站事故,结构体系的破坏形式,管涌,坑底隆起,基坑验算：以整体稳定性验算为例,以墙体内侧1m，墙上1m处为初始计算圆心 以墙角外侧为半径画弧 采用瑞典条分法计算 变换圆心位置，找到最危险的滑动面。 如不安全

7、，调整墙深，直至满足要求。,通常，在深基坑工程中，对于两道及以上支撑的情况，可不考虑。,(1)确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载。 (2)确定地下连续墙所需的入土深度（0.71.0H），以满足抗管涌、抗隆起，防基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要。 (3)验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深度的尺寸。 (4)地下连续墙结构体系(包括墙体和支撑)的内力分析和变形验算。 (5)地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的厚度、配筋设计或截面强度验算、接头的联结强度验算和构造处理。 (6)估算基坑施工对周围环境影响的程度，包括

8、连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围。,地下连续墙结构设计计算的主要内容,up,一、关于水土压力问题,（一）主动侧的土压力 （二）被动侧的土压力 （三）水压力 分层、分区、分块、对称、平衡、限时、及时支撑,up,1主动土压力理论 朗金土压力公式 2假定图式法理论 3静止土压力理论 4土压力随墙体变形而变化的理论,（一）主动侧的土压力,1主动土压力理论（郎金土压力）,我国多采用此理论,2假定图式法理论国外,砂土,粘土,不同土层有不同的侧压力系数,3静止土压力理论,4土压力随墙体变形而变化的理论,由于施工条件的复杂性，土压力随墙体变形产生变化,back,（二）被动侧土压力（郎金土压力）,我

9、国多采用此理论,back,全部静水压力，在我国的一般地下工程中均这样采用。 采用开水式或闭水式结构（看墙体是否有渗流？）。 采用开水式时，不考虑水压力，例如板桩式挡土结构； 采用闭水式时，若为粘土地层，不考虑水压力；若为砂土地层，则对钢板桩不考虑水压力，对地下墙要考虑水压力。,（三）水压力,根据工程经验，地下连续墙如图深度比依据地质条件不同一般取为0.71.0. 板桩的稳定平衡状态 板桩底端为自由的稳定状态 板桩底端为嵌固的稳定状态 悬臂式板桩 有撑或锚,二、地下连续墙施工阶段静力计算理论,up,板桩底端为自由的稳定状态,入土深度较小时出现 支撑点为不动点,back,当板桩的入土深度较大或底端

10、打入较硬的地层,悬臂式板桩,板桩底端为嵌固的稳定状态,back,板桩底端为嵌固的稳定状态,有撑或锚时，变形曲线有一转弯点Q,弹性曲线法：假定D，求出板桩变位曲线，直至满足T点处变位为零。,back,地下连续墙的计算方法,土压力？墙体变形？支撑变形？,（一）较古典的计算方法(土压力已知，不考虑墙体和支撑变形） 1.1 假想梁法 1.2 二分之一分割法 1.3 泰沙基法 （二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法 2.1 山肩邦男法的精确解 2.2 山肩邦男法的近似解 2.3 国内常用的计算方法 2.4 弹性法 （三）横撑轴向力、墙体弯矩变化的计算方法 （四）共同变形理论,三、地下连续墙计算理论及

11、方法,back,假想铰（Q点）出现的位置假定。,1.1 假想梁法,Q,假想铰法计算结果分析,等间距布置和等弯矩布置？,假定每一横撑所承受的是跨中到跨中的那部分水、土压力，免去了超静定结构计算的繁复性。,1.2二分之一分割法,假定墙体在横撑支点以及开挖底面处形成塑性铰，可以传递一定的弯矩。 墙体弯矩均为正弯矩，与墙体刚度无关！,1.3 泰沙基法,back,实测现象： 下道撑设置后，上道撑轴向压力随开挖过程变化很小； 墙体变位大部分是在下道撑设置前产生的； 墙体弯矩的大部分是下道撑设置前残留下来的；,（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法 考虑墙体的变形,（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算

12、方法,2.1 山肩邦男法的精确解 2.2 山肩邦男法的近似解 2.3 国内常用的计算方法 2.4 弹性法,back,基本假定： （1）在粘土地层中，墙体作为无限长的弹性体； （2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）； （3）开挖面以下土的横向抵抗反力分为两个区域；达到被动土压力的塑性区，高度为l，以及反力与墙体变形成直接关系的弹性区； （4）横撑设置后，即作为不动支点； （5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置。 将剖面图分为K道支撑到开挖面、开挖面下塑性区和弹性区，建立弹性微分方程求

13、解，解五次函数，运算复杂！,2.1 山肩邦男法（精确解）,back,2.2 山肩邦男法（近似解法）,基本假定： 2、4、5同精确解 （1）在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体； （3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力（需减去静止土压力） （6）开挖面以下板桩弯矩为0的那点，假想为一个铰，而且忽略铰下的墙体对上面墙体的剪力传递。,解题的步骤？P155,2.2 山肩邦男法（近似解法）,墙背土压2,上部支撑轴力,支撑轴力,墙背土压1,墙内土压1,墙内土压2,back,2.3 国内常用的计算方法,将两式合并,2.3 国内常用的计算方法,求出,例题：计算单支撑,求出,例题：计算双支撑,

14、可得到双支撑的弯矩图,同理继续计算，可得四道支撑的支撑轴力和弯矩,例题：计算结果,例题中：开挖深度如何取值？,计算过程中，开挖面设定在下道支撑位置处！,例题中：如何获得各计算参数？,、v参照p156例题，地层条件见P151约定 、 ？ 水土分算还是水土合算?,上海市基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）对于上海基坑挡墙计算宜按水土分算,例题中地面超载如何考虑？,两种途径： 1.公式重新推导，加入因超载而增加的侧向主动土压力； 2.假设土层厚度增加q/。,back,基本假设 墙体作无限长的弹性体； 已知水、土压力，并假定为三角形分布； 开挖面以下作用在墙体上的土抗力，假定与墙体的变位成正比例

15、；文克尔假定 横撑（楼板）设置后，即把横撑支点作为不动支点； 下道横撑设置以后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，其上部的墙体也保持以前的变位。 三段论：已支撑段、待支撑段、开挖面下,2.4弹性法（日本规范法）,日本假设,同济假设,在第K道横撑到开挖面的区间,2.4 弹性法：公式推导（同济假设）,墙背土压,支撑力,墙体变位,在开挖面以下的弹性区间,2.4 弹性法：公式推导,墙内土压,地层抗力,墙体变位,2.4 弹性法：开挖面下的通解,当x时， 在开挖面以下的弹性区间,连续条件,2.4 弹性法：待定系数的求解,弹性曲线的最终形式,2.4 弹性法：弹性曲线的最终形式,弹性曲线的最终形式,2.4 弹

16、性法：弹性曲线的最终形式,弹性法的计算步骤： a）第一次开挖时，第一道横撑支点作为不动，求第一道横撑的轴向压力N1以及第二道横撑预定位置的变位2 ； b）第二次开挖时，把N1、2作为定值，求第二道横撑的轴压力N2，以及第三道横撑预定位置的变位3； c）第三次开挖时，把N1、N2及3作为定值，求第三道横撑的轴向力N4，以及求第四道横撑预定位置的变位4 。 以下即重复计算。,2.4 弹性法：弹性法的计算步骤：,back,该法基本点是： 考虑支撑的弹性变位，图中弹簧表示支撑； 主动侧的土压力可用实测资料，假设为坐标的二次函数； 入土部分为已达到朗金被动土压力的塑性区及土抗力与墙体变位成正比的弹性区；

17、 墙体作为有限长，前端支撑可以是自由、铰结、固定。,（三）横撑轴向力，墙体弯矩 随之变化的计算方法,弹性曲线方程的建立 区间：,区间：开挖面以下主动土压力为定值,区间,根据0、A、B点条件，求出y1、y2、y3，使用计算机完成,（三）横撑轴向力，墙体弯矩 随之变化的计算方法,back,土压力随墙体变形而变化 考虑墙体的变形 考虑支撑的变形,（四）共同变形理论简介（自学）,back,森重龙马法 有限元法,接头类型 施工接头 是浇筑地下连续墙时连接两相邻单元墙间的接头； 结构接头 已竣工的地下连续墙墙体与地下结构物其它构件（梁、柱、楼板等）相连的接头。,第三节 地下连续墙接头设计,施工接头 1直接

18、连接构成接头 2.使用接头管（也称锁口管）建成接头 3使用接头箱建成的接头 4用隔板建成的接头 5用预制构件建成的接头,结构接头 1直接连接成的接头 2间接连接成的接头,（一）施工接头 1直接连接构成接头,第三节 地下连续墙接头设计,（一）施工接头 2.使用接头管（也称锁口管）建成接头,第三节 地下连续墙接头设计,（一）施工接头 3使用接头箱建成的接头,第三节 地下连续墙接头设计,（一）施工接头 4用隔板建成的接头,第三节 地下连续墙接头设计,（一）施工接头 5用预制构件建成的接头,第三节 地下连续墙接头设计,（二）结构接头 1直接连接成的接头 2间接连接成的接头,第三节 地下连续墙接头设计,二、地下连续墙接头试验研究 （自学） 同济大学的试验方案介绍 1试件种类和型式 2试件制作方法 3试验方法及内容 4搭接钢筋型接头极限剪力的经验公式 5钢板型接头极限剪力的经验公式 实测值与计算比较,第三节 地下连续墙接头设计,