地下連續(xù)墻 沉管法

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1、第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第一節(jié) 概述地下連續(xù)墻/砼地下墻: 在泥漿護壁的條件下，在地下開槽，分槽段構(gòu)筑的鋼筋砼墻體，具有整體剛度大、防滲性能好的特點，適用于地下水位較高的軟土層和施工條件復雜的環(huán)境。既可作為基坑施工時的擋土圍護結(jié)構(gòu)，也可作為擬建地下工程主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻。 最早始于1 9 5 0年的巴黎和米蘭，目前深度可達3 6 m（金茂大廈）突出優(yōu)點：對鄰近已有建筑物和地下管線的影響較小；施工時無噪聲、無振動，屬于低公害的施工方法；可結(jié)合逆作法施工，加快施工進度，縮短工期。 主要工序 缺點：在

2、堅硬地層中成槽困難，施工管理不當時可能造成泥漿污染施工現(xiàn)場；需要有大型專用施工機械設備，費用較高。，地連墻受力與鋼板樁、樁排式灌注樁等擋土結(jié)構(gòu)有許多相似之處，但其入土深，剛度大，設計計算又有其自身的特殊性。特別是兼作臨時擋土結(jié)構(gòu)和永久性主體結(jié)構(gòu)的組成部分時，還應按施工階段和使用階段兩種情況分別進行結(jié)構(gòu)分析。 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容地下連續(xù)墻破壞的形式有穩(wěn)定性破壞和強度破壞兩大類，另外變形過大也意味著支護體系的失效。一 破壞形式1 穩(wěn)定性破壞（土體）整體失穩(wěn) 坑

3、底隆起管涌、流砂 2 強度破壞（支護結(jié)構(gòu)）支撐強度不足或壓屈墻體強度不足3 變形過大由于地下連續(xù)墻剛度不足，在荷載作用下，產(chǎn)生變形過大，或者由于墻體滲水漏泥引起墻后土層過大變形導致基坑外地表沉降或水平位移過大，從而引起基坑周圍的地下管線斷裂或鄰近建筑物破壞。 二 設計計算的主要內(nèi)容 根據(jù)破壞形式，設計計算主要內(nèi)容包括： 確定地下連續(xù)墻的荷載； 確定入土深度，以滿足穩(wěn)定性要求； 進行結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分析，確定彎/剪/軸及支撐力；結(jié)構(gòu)體系截面設計，包括配筋計算、截面強度驗算、接頭連接強度驗算和構(gòu)造處理等；估算施工對周圍環(huán)境的影響程度，包括連續(xù)墻的墻頂位移和墻后地面沉降值的大小和范圍； 驗算開挖槽段的

4、槽壁穩(wěn)定性。穩(wěn)定性破壞強度破壞變形過大 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法一 、設計理念荷載結(jié)構(gòu)法：巖土體開挖后地層的作用主要是對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，支護結(jié)構(gòu)應能安全可靠地承受地層壓力等荷載的作用。計算時先按地層分類法或由實用公式確定地層壓力，然后按彈性地基上結(jié)構(gòu)物的計算方法計算支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并進行結(jié)構(gòu)截面設計，代表方法為彈性地基梁法。地層結(jié)構(gòu)法：將支護結(jié)構(gòu)和地層視為整體共同受力的統(tǒng)一體系，在滿足變形協(xié)調(diào)的前提下分別計算襯砌與地層的內(nèi)力，據(jù)以驗算地層的穩(wěn)定性和進行結(jié)構(gòu)截面設計，目前計

5、算方法為以有限元法為代表的數(shù)值方法。 與荷載結(jié)構(gòu)法相比，地層結(jié)構(gòu)法充分考慮了地下結(jié)構(gòu)與周圍地層的相互作用，結(jié)合具體的施工過程可以充分模擬地下結(jié)構(gòu)以及周圍地層在每一個施工工況的結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及周圍地層的變形更能符合工程實際。但是由于周圍地層以及地層與結(jié)構(gòu)互相作用的模擬的復雜性，地層結(jié)構(gòu)法處于發(fā)展階段，在很多工程應用中，僅作為一種輔助手段。隨著今后的研究和發(fā)展，地層結(jié)構(gòu)法將會得到廣泛應用和發(fā)展。 二、荷載結(jié)構(gòu)法（材料力學方法）1 懸臂梁工況：地連墻用于深基坑支護時，在開挖第一層土體時，第一道支撐尚未設置，處于懸壁狀態(tài)（如懸壁式排樁支護結(jié)構(gòu)）靜力平衡求出 t z進一步可得到嵌固深度地連墻內(nèi)力墻頂位移 2

6、 單支點工況： 地連墻的剛度比土體大得多，周圍土體對地連墻墻底的嵌固作用不大，認為底端為自由端，故稱為“自由端法” 。力矩平衡求出 支撐力T靜定結(jié)構(gòu)，可進一步可得到彎矩剪力求出 t 水平向平衡 3 多支點工況：采用等值梁法計算，基本原則是將坑底下地連墻彎矩為零點作為假想鉸，將墻體分為上下兩段，上段為多跨連續(xù)梁，下段為一端固定一端鉸支的超靜定梁。假想鉸通常假定為土壓力零點上段：利用結(jié)構(gòu)力學可求梁(地連墻)內(nèi)力和支座反力(支撐力)下段：利用Ep= Ed 三、修正荷載結(jié)構(gòu)法荷載結(jié)構(gòu)法是采用一種支撐情況，荷載一次作用的計算簡圖，無法反映實際施工過程，因而產(chǎn)生了修正荷載結(jié)構(gòu)法。日本山肩邦男法考慮逐層開挖

7、和逐層設置支撐的施工過程，假定： 下道橫撐設置后，上道軸力不變; 下道橫撐以上地連墻M不變; 粘土層中地連墻為無限長彈性體; 墻后p a在開挖面上為三角形，以下為矩形；墻后pp可分為塑性區(qū)及彈性區(qū)。 山肩邦男法精確解要求解5次方程，手算繁瑣，提出了近似解法 在粘性土層，地連墻為底端自由的有限長梁; 在開挖面以下pp線形分布； 開挖面以下墻體M=0點為假想鉸，忽略此鉸的剪力傳遞。 第一段開挖后,下標k=1 ,Ni = 從式(2 )求出xm ，代入式(1 )中求出N1 ; 第二段開挖后, k=2 ，Ni 只有N1 ,從式(2 )求出xm ，代入式(1 )中求出N2 。 第三段開挖后, k=3 ，N

8、i有N1和N2 ，由式式(2 )求出xm ，代入(1 )得N3。依次求出各道支撐軸力，即可得到墻體內(nèi)力。 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第四節(jié) 數(shù)值分析法一 、材料力學方法/彈性地基方法（高大釗 p2 4 1）材料力學方法：在一系列假定條件下視地基反力為直線分布彈性地基方法：地基是彈性體，地基反力須通過共同作用分析獲得 文克勒（Winkler）地基模型/彈性地基梁法/基床系數(shù)法/局部變形理論彈性半空間地基模型/整體變形分層地基模型/分層總和法(規(guī)范) 假定地基由許多獨立的且互不影響的彈簧組成，任一

9、點的變形s與所受壓力強度p成正比，而p不影響該點以外的變形p=ks，k為地基基床系數(shù) 彈性地基梁與普通梁比較有如下兩個區(qū)別：(1 )超靜定次數(shù)：普通粱超靜定次數(shù)是有限(有限個支座)，而彈性地基梁的超靜定次數(shù)是無限的。 (2 )是否考慮地基變形：普通梁的支座通?？醋鲃傂灾ё?，即略去地基的變形，只考慮粱的變形；彈性地基粱則必須同時考慮地基的變形，梁與地基共同變形，滿足變形連續(xù)條件。優(yōu)點：彈性地基考慮可使梁的變形減少、剛度提高及內(nèi)力降低解法：彈性地基梁求解可采用解析方法或數(shù)值方法不足：文克勒地基模型忽略了地基中的剪應力，變形只發(fā)生在基底范圍內(nèi)，與實際情況不符。 彈性半空間地基模型(布希涅斯克)能擴散

10、應力和變形，單其擴散能力超過實際情況，且未能反映地基土的分層特性。分層地基模型較好的反映了地基土擴散應力和變形的能力，能考慮土層沿深度變化的非均質(zhì)星和土層分層，但是未能考慮土的非線性和地基土塑性變形。 二 、彈性桿系有限元法彈性地基梁的數(shù)值解法又稱桿系有限元法，是矩陣位移法與彈性地基梁法的結(jié)合。沿縱向取單寬地連墻，視為彈性地基梁；墻體剖分為若干段梁單元，支撐用二桿桁架單元模擬。 計算方法土力學P1 4 0 6 -8彈簧剛度系數(shù)地連墻離散化為一系列具有三個自由度的梁單元，支撐用桿單元，開 挖面、支撐和彈簧設置在梁單元在結(jié)點上，增量法基本平衡方程為 三、連續(xù)介質(zhì)有限元法力學模型選擇幾何模型選擇單元

11、形式選擇計算范圍選擇邊界條件選擇 第一節(jié) 概述第二節(jié) 破壞形式和設計計算內(nèi)容第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)法第四節(jié) 數(shù)值計算法第五節(jié) 地下連續(xù)墻的施工第4章 明挖法地下連續(xù)墻 第五節(jié) 地下連續(xù)墻施工施工順序 成槽設備 泥漿系統(tǒng)主要成分是膨潤土、水、化學摻劑和惰性材料。作用如下：穩(wěn)定井壁 護壁泥漿對槽壁的壓力略大于地下水土壓力。 洗槽鉆下的土/巖屑及時由泥漿攜帶排出槽外，鉆頭始終切削新土，提高鉆進效率。 冷卻鉆頭泥漿循環(huán)降低鉆頭溫升。 潤滑是一種潤滑劑，從而降低了鉆機的磨損 泥漿制備 高速旋轉(zhuǎn)式攪拌機/噴射式攪拌機 泥漿處理 振篩分離出土渣和泥漿，落入排渣槽和沉淀池 泥漿循環(huán) 主要由循環(huán)泵、循環(huán)泥漿池及排渣設

12、備等組成。 施工工序技術(shù)要點1修筑導墻導墻一般為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，主要作用是：起挖槽、造孔導向作用；儲存觸變泥漿；維護槽的穩(wěn)定，避免塌方；支承造孔開槽機械設備的荷載。 2挖槽與清槽 槽段劃分確定單元槽段長度，它既是一次性挖掘長度，也是一次性澆筑混凝土的長度，應綜合考慮地質(zhì)條件，對鄰近建筑物的影響、鋼筋籠吊裝和混凝土供應能力。 目前常用為3 6 m,一般不超過8 m。 清槽必須對殘留在槽底的土渣、雜物進行清除。 墻體厚度 根據(jù)成槽機規(guī)格 6 0 0 /8 0 0 /1 0 0 0 /1 2 0 0 0 mm3 吊放鋼筋籠 4 灌注混凝土在槽內(nèi)泥漿中通過導管向槽中灌注砼，是一種特殊的砼施工方法，砼密

13、實只能依靠其自重和灌注時產(chǎn)生的局部振動來實現(xiàn)5 槽段連接地下連續(xù)墻單元之間靠接頭連接，接頭通常應滿足受力和防滲要求，而施工又要簡單 當?shù)剡B墻作為地下結(jié)構(gòu)外墻，且需形成整體墻體時，宜采用剛性接頭；地連墻宜采用圓形鎖口管接頭、波紋管接頭、楔形接頭、工字形鋼接頭或砼預制接頭等柔性接頭； 深圳地鐵1號線國貿(mào)站為地下三層側(cè)式站臺車站，基坑總長2 3 8 .4 9 m，深約2 5 m，車站標準段寬度為2 0 .2 5 m，地連墻總長度5 4 1 m。地連墻分為標準中幅（幅度6 m）6 9幅，非標準幅1 3幅及特殊幅1 4幅，共計9 6幅。 工程實例 主要施工工序1 .修筑導墻（現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)） 導墻放

14、線 1 .修筑導墻 導墻開挖鋼筋綁扎 1 .修筑導墻模板支設混凝土澆注 1 .修筑導墻導墻養(yǎng)護（中間架設木支撐、磚支撐）地下連續(xù)墻導墻（現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）： 主要起挖槽、造孔導向作用；儲存觸變泥漿；維護槽穩(wěn)定，避免塌方；支承造孔開槽機械設備的荷載。 2 .護壁泥漿制備泥漿主要成分是膨潤土、水、化學摻劑和一些惰性材料。泥漿測試 粘度，稠度，PH值、比重泥漿制備 2 .護壁泥漿制備泥漿制備站 3 . 挖槽與清槽 3 . 挖槽與清槽抓斗式成槽機 4 . 鋼筋籠焊接 5 . 接頭管（或鎖口管）吊放鎖口管大多為圓形 6 . 鋼筋籠起吊 6 . 鋼筋籠起吊1 .2 -吊鉤；3 .4 -滑輪；5 -卸甲；

15、6 -鋼筋籠底端向內(nèi)彎折；7 -縱向桁架；8 -橫向架立桁架； 7 . 鋼筋籠入槽 8 . 混凝土澆灌 8 . 混凝土澆灌1 -導管；2 -正在灌注的混凝土；3 -已澆筑混凝土的槽段；4 -泥漿 9 . 鎖口管起拔 第5章 明挖法沉管工程 沉管法是越江湖、跨海峽等穿越水域隧道的常用施工方法，它是先在隧址以外的預制場地制作沉放管段，管段兩端用臨時封墻(板)密封，然后拖運到隧址而下沉就位并連接成隧道的施工方法。第一座沉管法隧道是1910 年的底特律河水底隧道。迄今為止，世界上已有100 多條沉管隧道，其中比利時亞伯爾隧道寬度最大為53.1 m ；美國海灣地區(qū)交通隧道長度最長達5825m 。我國大陸

16、第一座沉管隧道是1992 年的廣州珠江隧道，長1238.5 m，沉管段435 m ，寬33m 、高10.5m ；此外，還有寧波甬江隧 道、香港東港跨港隧道及臺灣高雄隧道等。 按管段制作方式可分為兩類：一類是船臺型，即先在造船廠的船臺上預制鋼殼，制成后沿滑道滑行下水，在漂浮狀態(tài)下進行鋼筋混凝土施工；另一類是干塢型，是在臨時干塢中制作鋼筋混凝土管段，制成后往塢內(nèi)灌水使之浮起并拖到隧道址沉沒。 按斷面形狀分為圓形鋼殼類和矩形兩種。圓形斷面特點是：受力合理，隧道壁內(nèi)彎矩較小；底部寬度小，基礎處理容易，但是空間不能充分利用，且其制作較復雜。矩形斷面的特點是：空間利用率高， 一般采用鋼筋混凝土建成，較節(jié)省鋼材，但須修建臨時干塢，且浮運中要有相應的控制措施。 分吊法 沉管隧道的設計涉及面較廣，主要內(nèi)容包括：總體幾何設計 沉管結(jié)構(gòu)計算浮運和沉埋設計通風照明系統(tǒng)給排水系統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝修設計及運行管理系統(tǒng)等。