地下连续墙施工方法

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a)b)c)d)a)沟槽开熔；b)安设接头管；c)吊放钢筋笼；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）地下连续墙适用条件地下连续墙是一种比钻孔灌注桩和深层搅拌桩造价昂贵的结构形式，对其选用，必须经过技术经济比较，确实认为是经济合理，因地制宜时，才可采用。1.基坑深度大于10m；2.软土地基或砂土地基；3.在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降，建筑物的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙；4.围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；5.采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。地下连续墙的设计一般包括：槽壁稳定及槽幅设计、槽段划分、导墙设计、连续墙内力计算及配筋设计，连续接头设计等内容。地下连续墙设计计算的主要内容包括：1、确定荷载，包括土压力、水压力等。2、确定地下连续墙的入土深度。3、槽壁稳定验算根据已选定的地下连续墙入土深度，假定槽段长度，即可进行槽壁稳定的验算。4、地下连续墙静力计算5、配筋计算，构件强度验算，裂缝开展验算，垂直接头计算§2地下连续墙挡土墙设计施工阶段的荷载主要指基坑开挖阶段的水土压力，地面施工荷载、逆作法施工时的上部结构传递的垂直承重荷载等。使用阶段的荷载，包括使用阶段的水土压力，主体结构使用阶段传递的恒载和活载等。施工及使用阶段的水土压力大小是荷载确定的关键。地下连续墙的计算理论是从古典的假定土压力为已知，不考虑墙体变形，不考虑横撑变形；逐渐发展到考虑墙体变形，考虑横撑变形，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与土压力的关系地下墙的位移与土压力的分布槽幅是指地下连续墙一次开挖成槽的槽壁长度。槽幅设计的内容包括槽壁长度的确定及槽段划分。槽壁长度最好与施工所选用的连续墙成槽设备的尺寸（抓斗张开尺寸、钻挖设备的宽度等）成模数关系，最小不得小于一次抓挖（钻挖）的宽度，而最大尺寸则应根据槽壁稳定性确定。常用的槽幅为3-6米。地层稳定性越好，槽幅可设计得越长，但考虑到施工工效及槽壁稳定的时效，一般不超过8米。§2.2槽幅设计（一）槽壁稳定性验算有理论分析及经验公式法两种，理论计算一般采用楔形体破坏面假定，计算相对繁琐，工程中应用较多的是经验公式。1、梅耶霍夫(G.G.Meyerhof)经验公式法临界深度：HNcKcru01''式中cu––––粘土的不排水抗剪强度(kPa)；K0––––静止土压力系数；'––––粘土的有效重度(kN/m3)；1'––––泥浆的有效重度(kN/m3)；N––––条形深基础的承载力系数，对于矩形开挖槽壁。NBL41()(9-2)式中B––––槽壁的平面宽度(m)；L––––槽壁的平面长度(m)。(N=4(1+B/L))槽壁的塌坍安全系数P0m、P1m分别为开挖的外侧(土压力)和内侧(泥浆压力)槽底水平压力强度。横向变形FNCPPsu0m1m()()''1201KzLEs2、非粘性土的经验公式对于无粘性的砂土(c＝0)，安全系数（与槽壁深度无关）：Fsdtg21121()/（二）槽段划分槽段划分应结合成槽施工顺序、连续墙接头形式、主体结构布置及设缝要求等确定。连续墙接头位置应避开预留钢筋或接驳器位置，并应尽量与结构缝位置吻合。另外还应考虑地下连续墙分期施工的接头预留位置的影响等。在采用公母槽段前后连续相接的连续墙施工中，第一副槽段的确定较为重要。指地下连续墙开槽施工前，沿连续墙轴线方向全长周边设置的导向槽。导墙一般采用“┓┏“形现浇钢筋砼，导墙厚度一般为200-300mm,混凝土一般采用C20。导墙深度以墙脚进入原状土不小于300mm为宜，导墙顶面高出地面100~200mm，防止周围的散水流入槽段内。导墙宽度要求大于地下连续墙的设计宽度50mm。混凝土挡土墙墙厚30~50木支撑§2.3导墙设计（一）连续墙深度的确定连续墙深度由入土深度决定。连续墙入土深度（基坑底以下深度）与基坑开挖深度的比值称为入土比。由基坑围护结构的稳定性验算方法确定，一般取为0.7~1.0；可先由以下两种古典的稳定判别方法直接计算得到一个初值,然后通过基坑稳定性验算最终确定合理的入土比。§2.4连续墙深度及厚度的初选a）板柱底端为自由的稳定状态paT－横撑或锚杆之力；E－主动压力；E－被动压力DEaETp板柱底端为自由的稳定状态b）板桩底端为嵌固的稳定状态EEEapp21D悬臂式板桩有撑或锚的板桩1pE2pEaETDEaTQQ假想梁法弹性曲线法反弯点Q（二）连续墙厚度的确定连续墙厚度应根据连续墙不同阶段的受力大小、变形及裂缝控制要求等确定。几种常用尺寸：600mm,800mm,1000mm,1200mm等。连续墙结构设计计算前可以根据工程经验预先设定，一般为基坑开挖深度的3~5%。最终应由结构计算、复核结果决定。（一）弹性法墙体作为无限长的弹性体，用微分方程求解，主动侧的土压力为已知，但入土面(开挖底面)以下只有被动侧的土抗力，土抗力数值与墙体变化成正比。x-xy-yN12ikNNNEsy土抗力数值与墙体变化关系§2.5结构计算（2）同济大学曾将上法局部修改。基本假定是：1)墙体作无限长的弹性体。2)已知水、土压力，并假定为三角形分布3)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。4)横撑(楼扳)设置后，即把横撑支点作为不动支点。5)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。k01ik2kkkkEsyη(h0k+x)x-xy-yN12ikNNNhhhhh修改后土抗力数值与墙体变化关系（二）支护内力随开挖过程而变化的计算方法该法基本点是：1．考虑支撑的弹性变位，图中弹簧表示支撑。2．主动侧的土压力可用实测资料，并假设为坐标的二次函数。3．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。4．墙体作为有限长，前端支承可以是自由、铰结、固定。（三）共同变形理论简介日本的森重龙马提出了墙体变位对土压力产生增减的计算方法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）a¦Αp¦Αp0+knb¦Βk¦Δk¦Δp¦Βp0-kn共同变形体abcdpβδmmpαpmpppmpp+kδδpβp0βpβp0αp0αp0β-kδa）第一次开挖结束时的标准状态b）标准状态下的变位c）根据δ计算土力Pm=P0±kδmd）进行土压力修正共同变形体计算过程（四）有限单元法1、弹性地基杆系有限单元法一般将基坑底面以上的墙体理想化为单位墙宽的梁单元，将入土部分墙体作为文克勒弹性地基梁，其水平向基床系数沿深度的变化可以是线性的，也可以是常数值或其它假想的图形。将水平支撑，各种斜度的锚杆，墙顶的水平框架梁、帽梁等作为弹性支承的杆件，其单元截面可换算成单位长度的截面面积。悬臂式、单锚式、多层横撑式、多锚式、格形的挡土结构，都可简化为平面结构。x支撑1土层1支撑2土层2H地下水位支撑3qi1土层iqi2土层i+1mh0xi有限单元法计算简图水平位移、弯矩、剪力随深度变化2、弹性地基薄板有限单元法一般将基坑底面以上的墙体理想化为薄板弯曲单元，将入土部分墙体作为文克勒弹性地基上的薄板单元。薄板单元可为各向同性，也可为各