岩土工程设计3地下连续墙课件.pptx
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- 岩土 工程设计 地下 连续 课件
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1、2022-4-23地下连续墙1本章内容本章内容3.1 概述概述3.2 地下连续墙基坑的设计内容地下连续墙基坑的设计内容3.3 地下连续墙的设计方法(计算理论)地下连续墙的设计方法(计算理论)3.4 地下连续墙细部设计地下连续墙细部设计2022-4-23地下连续墙23.1 概述概述一、地下连续墙的概念一、地下连续墙的概念 (一)定义:地下连续墙是利用一定的设备和机具在稳(一)定义:地下连续墙是利用一定的设备和机具在稳定液护型的条件下钻挖一段深槽,然后吊入钢筋笼,筑成一定液护型的条件下钻挖一段深槽,然后吊入钢筋笼,筑成一段钢筋混凝土墙段,再将每个墙段连接起来,而形成一段连段钢筋混凝土墙段,再将每个
2、墙段连接起来,而形成一段连续的地下基础构筑物,称为。续的地下基础构筑物,称为。 (二)地下连续墙技术的发展(二)地下连续墙技术的发展 1950年意大利两项防渗墙工程应用排桩式墙为契机,在年意大利两项防渗墙工程应用排桩式墙为契机,在当今世界推广。我国当今世界推广。我国1968排桩防渗墙;排桩防渗墙;1974年排桩竖井;年排桩竖井;1976年年7月月28唐山大地震后修复岸壁工程中出现了槽成地下唐山大地震后修复岸壁工程中出现了槽成地下墙。墙。2022-4-23地下连续墙3(三)地下连续墙特点(三)地下连续墙特点 1.优点优点 对环境影响小,振动低噪音小,沉降及变形得到控制。对环境影响小,振动低噪音小
3、,沉降及变形得到控制。 墙体刚度大,整体型好,围护结构和整体结构中使用。墙体刚度大,整体型好,围护结构和整体结构中使用。 耐久性,防渗性好;耐久性,防渗性好; 实行逆作法施工,有利于施工安全,并加快施工进度,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。降低造价。 2.缺点缺点 施工及费泥浆的处理问题;施工及费泥浆的处理问题; 地质条件和施工适应性问题,从理论上讲,可适应于各地质条件和施工适应性问题,从理论上讲,可适应于各种地层,但最适用还是软塑、可塑的粘性土层;种地层,但最适用还是软塑、可塑的粘性土层; 槽壁坍塌问题。槽壁坍塌问题。3.1 概概述2022-4-23地下连续墙43.
4、1 概概述二、地下连续墙在基坑工程中的适用条件二、地下连续墙在基坑工程中的适用条件 决定于经济性,选用要慎重。决定于经济性,选用要慎重。 1.基坑深度大于基坑深度大于10m; 2.软土地基或砂土地基;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;物的沉降要求需严格限制时,宜用地下连续墙; 4.围护结构与立体结构相结合,可用作主体结构的一部围护结构与立体结构相结合,可用作主体结构的一部分,对抗渗有严格要求时,宜用地下连续墙;分,对抗渗有严格要求时,宜用地下连续墙; 5.采用遍作法施工
5、,内衬与护型形成复合结构的工程。采用遍作法施工,内衬与护型形成复合结构的工程。2022-4-23地下连续墙53.1 概概述三、地下连续墙在基坑中的应用情况三、地下连续墙在基坑中的应用情况(一)应用范围(一)应用范围 1.建筑物基坑:地下室、地下商场、停车场建筑物基坑:地下室、地下商场、停车场 2.市政工程的基坑:地下铁道、地下汽车站、地下泵站;市政工程的基坑:地下铁道、地下汽车站、地下泵站; 3.工业构筑物基坑:铁皮沉淀池、盾构、顶管工作井、接收井。工业构筑物基坑:铁皮沉淀池、盾构、顶管工作井、接收井。(二)基坑规模(二)基坑规模 1.矩形基坑矩形基坑 20011015 m 2.圆形基坑圆形基
6、坑 6031.63 m 3.长条形基坑:长条形基坑:60020(1719) m(三)地下连续墙的厚度及深度(三)地下连续墙的厚度及深度 厚度:厚度: 45 60 80 100 120 (mm);深度:);深度: 50m以上以上(四)地下连续墙形式(四)地下连续墙形式 1.壁板式、直线型、圆弧型(折线型)壁板式、直线型、圆弧型(折线型) 2.T型及型及N型地下连续墙型地下连续墙 3.格形地下连续墙格形地下连续墙2022-4-23地下连续墙63.1 概概述五、地下连续墙类型五、地下连续墙类型 (一)自立式挡土结构地下连续墙(一)自立式挡土结构地下连续墙 不需支撑和锚杆,开挖深度不需支撑和锚杆,开挖
7、深度45米,不超过米,不超过10米。米。 (二)锚定式挡土结构物地下连续墙(二)锚定式挡土结构物地下连续墙结合地压条件和开挖深度,设置锚杆,使墙体与地层锚定在一起结合地压条件和开挖深度,设置锚杆,使墙体与地层锚定在一起,增加墙体的稳定性和挡土性能。,增加墙体的稳定性和挡土性能。 (三)支撑式挡土地下连续墙。(三)支撑式挡土地下连续墙。用用H型梁、管柱梁、桥梁等进行支撑。支撑主要增加地下连续墙型梁、管柱梁、桥梁等进行支撑。支撑主要增加地下连续墙的挡土稳定性。的挡土稳定性。 (四)逆作法地下连续墙(四)逆作法地下连续墙地面上、下同时施工地面上、下同时施工(地下连续墙完成后地下连续墙完成后)减少基坑
8、支护体系的规减少基坑支护体系的规模和费用。模和费用。2022-4-23地下连续墙73.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容主要设计内容:主要设计内容: 1.确定荷载、土压力、水压力(土力学理论)确定荷载、土压力、水压力(土力学理论) 2.确定地下连续墙的入土深度(基坑稳定性问题)确定地下连续墙的入土深度(基坑稳定性问题) 3.槽型稳定验算:根据入土深度,假定槽段长度,即可进行槽壁稳槽型稳定验算:根据入土深度,假定槽段长度,即可进行槽壁稳定计算定计算 4.地下连续墙静力计算地下连续墙静力计算 5.配筋计算、构件强度验算,裂缝开张验算,垂直接头计算配筋计算、构件强度验算,裂缝开张验算,垂直接头计
9、算 6.支撑结构设计支撑结构设计 7.基坑变形估计:基坑回弹及隆起估计;邻近建筑沉降及水平位移基坑变形估计:基坑回弹及隆起估计;邻近建筑沉降及水平位移估算;墙后地面沉降估算估算;墙后地面沉降估算2022-4-23地下连续墙83.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容3.2.1 作用在墙体上侧压力计算作用在墙体上侧压力计算 确定侧向土压力和水压力。确定侧向土压力和水压力。 开挖前:静止土压力,(实测)开挖前:静止土压力,(实测) 开挖中:挡土结构无位移,则仍为静止压力,挡土结构有位移,则开挖中:挡土结构无位移,则仍为静止压力,挡土结构有位移,则土中产生主动土压力和被动土压力。土中产生主动土压力和
10、被动土压力。 一、静止土压力的计算一、静止土压力的计算 土压力强度:土压力强度: 式中:式中: K0静止土压力系数;静止土压力系数;Z深度,深度,m;q地面均布荷载,地面均布荷载,kPa ;静止土压力总值;静止土压力总值 E0, ,当在地下水位以下,当在地下水位以下,则将水压力和土压力分别考虑,分开计算。则将水压力和土压力分别考虑,分开计算。000PK ZK q210002EK ZK qZ2022-4-23地下连续墙93.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容00PKu式中:式中: 土的竖向有效应力,土的竖向有效应力,kPa; u地下水的侧压力;地下水的侧压力; Z地下计算点深度地下计算点深度
11、; 地下水位以下土的有效重度,地下水位以下土的有效重度,kN/m3; 计算点在地下水位以下的深度计算点在地下水位以下的深度; , ,或查表。或查表。()ZZZ 01sinK 00.95 sinKZ2022-4-23地下连续墙103.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容二、主动土压力和被动土压力的计算二、主动土压力和被动土压力的计算 墙体变形使土体达到塑性平衡状态,这时地下墙所承受的侧向压墙体变形使土体达到塑性平衡状态,这时地下墙所承受的侧向压力为主动土压力或被动土压力。力为主动土压力或被动土压力。 (一)主动土压力状态时土体水平向应力(一)主动土压力状态时土体水平向应力2aaaPK Zc K
12、对于砂土对于砂土c=0 , aW aaPK Z对于黏性土对于黏性土=0, 2aW aPZc地面有荷载地面有荷载q/时:时: )2aaaPKZqc K(2tan (45)2aK2022-4-23地下连续墙113.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容(二)被动土压力状态时水平向应力(二)被动土压力状态时水平向应力2pppPK Zc K2tan (45)2pK对于砂土对于砂土c=0 , ppPK Z对于黏性土对于黏性土=0, 2pPZc三、侧压力的选用三、侧压力的选用考虑安全,摩擦力作用考虑安全,摩擦力作用主动区:主动区: (0.001H) 0ahaPPKP2022-4-23地下连续墙123.2地
13、下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容被动区:被动区: (0.05H)等值内摩擦角计算主动土压力法:等值内摩擦角计算主动土压力法:202242222tan (45)4tan(45)(45)CHCHtgH式中:式中:Po静止土压力强度;静止土压力强度;Kh水平方向基床的反力系数;水平方向基床的反力系数; 墙墙 体变形;体变形;Pa ,Pp主、被动主压力强度。主、被动主压力强度。 水平地基反力系数确定见前面的桩受水平力时的计算或见后面设水平地基反力系数确定见前面的桩受水平力时的计算或见后面设计内容。计内容。2022-4-23地下连续墙133.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容3.2.2基坑的稳定分
14、析基坑的稳定分析 地下连续墙作为挡土墙时,通常考虑两种失稳方式,坑底土体隆起地下连续墙作为挡土墙时,通常考虑两种失稳方式,坑底土体隆起及坑底土体管涌。及坑底土体管涌。一、坑底土地的隆起一、坑底土地的隆起 基坑内土被开挖基坑内土被开挖 对坑底土卸荷对坑底土卸荷 土体隆起(弹性范围内),土体隆起(弹性范围内),应避免由于基坑面积上的卸荷作用使地基产生大范围的塑性区,造成整应避免由于基坑面积上的卸荷作用使地基产生大范围的塑性区,造成整体性的破坏。体性的破坏。 隆起隆起 在软弱的黏土地层内,由于基坑开挖的卸荷作用,造成基在软弱的黏土地层内,由于基坑开挖的卸荷作用,造成基坑底部土体抗剪强度的破坏,基坑外
15、的土体向基坑内移动。因此要将墙坑底部土体抗剪强度的破坏,基坑外的土体向基坑内移动。因此要将墙底插入抗剪强度较高的土层和将最下部支撑尽量放的低一些。底插入抗剪强度较高的土层和将最下部支撑尽量放的低一些。 其验算有以下几种方法:其验算有以下几种方法:2022-4-23地下连续墙143.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容(一)地基以剪切破坏的极限状态法(各类土质)(一)地基以剪切破坏的极限状态法(各类土质)计算面为计算面为AE面面挡土墙背面的竖向应力:挡土墙背面的竖向应力:基坑内的竖向应力:基坑内的竖向应力:极限平衡状态极限平衡状态(Prandtl-Reissner)公式:公式:式中式中 , 地
16、基承载力系数地基承载力系数1oqH2qh12qcqq NcNcNqN(1)qNcNctgPrandtlPrandtlTerzaghTerzaghi i342()2212 cos(45)gtqeN(1)qNcNctg2022-4-23地下连续墙153.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容插入深度为:插入深度为:合理的入土深度,应代入安全系数验算:合理的入土深度,应代入安全系数验算: ( q地表均布载荷)地表均布载荷) 0cqHcNhN0( )qcshNcNKHq 由于由于A、A/面上的粘结力(抗剪强度)没有考虑,故安全系数可以面上的粘结力(抗剪强度)没有考虑,故安全系数可以取得低些取得低些1.
17、1 1.2sk 2022-4-23地下连续墙163.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容(二二)地基稳定性验算法地基稳定性验算法力矩验算法力矩验算法 假定在重量为假定在重量为W的土体作用下,土体下的软土地基沿圆柱面的土体作用下,土体下的软土地基沿圆柱面BC发生破坏和产生滑动发生破坏和产生滑动转动力矩转动力矩 (对(对o点取矩)点取矩)式中式中 W沿基坑方向单位长度土体作用在基底处沿基坑方向单位长度土体作用在基底处 的竖向应力的竖向应力稳定力矩:稳定力矩:式中式中 地基土不排水抗剪强度,地基土不排水抗剪强度,=Cu(饱和软黏土中饱和软黏土中) 要保证坑底不隆起,需满足:要保证坑底不隆起,需满足
18、: 计算偏于安全。计算偏于安全。2dxMW()WqH x0()rMxxd1.2rdMKM2022-4-23地下连续墙173.2地下连续墙连续墙基坑的设计内设计内容二、坑底土体的管涌二、坑底土体的管涌 管涌:是指基坑开挖过程中,高水位的地下水将向基坑内渗透,管涌:是指基坑开挖过程中,高水位的地下水将向基坑内渗透,当基坑底面以下的土体所承受向上的水头压力大于土体有效重度时,当基坑底面以下的土体所承受向上的水头压力大于土体有效重度时,基坑内土体将向上移动。基坑内土体将向上移动。 砂土层砂土层流砂带出,充填基坑。流砂带出,充填基坑。 粉细砂和软弱黏土层粉细砂和软弱黏土层泥塑性泥流泥塑性泥流 解决问题的
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