《连续墙演示稿》PPT课件.ppt
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1、第三章 混凝土帷幕技术理论 混凝土帷幕法又称地下连续墙施工法,是在地面沿着拟建的地下结构或基坑的周边,用特制的挖槽机械,在泥浆护壁状态下开挖一定长度的沟槽,然后将钢筋笼吊放人沟槽,用导管法在充满泥浆的沟槽内浇筑混凝土,混凝土从沟槽底部逐渐向上浇筑,同时将泥浆置换出来,在地下形成钢筋混凝土墙段,把各单元墙段用特制接头逐一连接起来,形成一个整体的地下连续墙。3-1 地下连续墙的发展现状 1发展历史:地下连续墙技术源于欧洲,它是由打井和石油钻井所用的泥浆护壁以及水下浇注混凝土,施工,方法结合而发展起来的。1950年前后开始用于工程,当时以法国和意大利用得最多。后在墨西哥有所发展,并在地铁建造中,采用
2、地下连续墙技术,创造了高速施工的记录。以后在欧美、日本等国相继采用,逐步演变为一种地下墙体和基础的类型。我国于1958年开始使用地下连续墙技术,随后在全国各地的一些高层建筑基坑上来用,如广州的白天鹅宾馆,地下连续墙呈腰鼓形;上海电信大楼地处市中心,邻近繁华的交通干线和建筑物,采用地下连续墙,顺利地完成了地下工程。目前我国己施工的地下连续墙深度已达57m。,2施工特点:地下连续墙技术的主要优点是适用于多种地质条件,施工时无振动,噪音低,不必做放坡,不须支模,墙体刚度大于一般挡土墙,能承受较大的土压力,可避免地基沉陷与塌方,可用于建筑物密集地区,在城市地下工程中是一种很好的施工方法。其不足在于要用
3、专门设备进行施工单体工程造价略高,如现场管理不善,造成施工环境泥泞潮湿.3-2 连续墙的设计理论现状 1.现有设计理论与方法 地下连续墙施工阶段的静力计算方法目前正在发展中,完善的设计计算理论尚未形成,目前的,理论和计算方法大致有四类:(1)较古典的计算方法:考虑土压力为已知,而不考虑墙体和支撑变形,属于此类方法的有等值梁法,二分之一分担法、泰沙基法等;(2)弹性计算法,认为墙体弯矩和支撑轴力不随开挖过程变化,计算条件:土压力为已知,考虑墙体变形,但不考虑支撑变形;(3)认为墙体弯矩和支撑轴力随开挖过程和支撑设置而变化的一种计算方法,计算条件:考虑土压力为已知,同时,即考虑支撑的弹性变位,又考
4、虑墙体的变形;(4)共同变形计算方法,认为土压力是受墙体变形影响而变化,同时考虑墙体和支撑的变形。,2.设计计算方法研究(1)土压力计算方法研究:库伦、朗肯土压力理论基本假定:库伦理论:挡土墙是刚性的,墙后土层是无粘性;当墙向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动;滑动土楔为刚体。朗肯理论:墙背和墙后土间没有摩擦力,然后按墙身的移动情况,根据土体内任一点处于主动或被动极限平衡状态时,最大和最小主应力间的关系,求得主动或被动土压力强度,以及主动和被动土压力。与实际情况的出入:库伦理论的滑动平面与实,际不符,应是滑动曲面;朗肯理论的无摩擦力也与实
5、际不符,实际摩擦力是存在的;假定压力是随深度呈线性分布,实际是与墙身位移和变形有关,应是曲线分布。(2)莫尔-库伦破坏理论与极限平衡条件 通过总结土的破坏现象和影响因素,库仑提出土的抗剪强度公式为:=c+*tg 式中-土的抗剪强度(kPa);c-土的粘聚力(kPa);对无粘性土为零;-作用于剪切面上的正应力(kPa);-土的内摩擦角。,粘聚力、内摩擦角是决定土的抗剪强度的两个重要指标,称为抗剪强度指标。把土的抗剪强度与法向应力间的函数关系看成是线性关系,莫尔提出剪切破坏包络线,根据剪应力是否达到抗剪强度为破坏标准的理论为莫尔-库伦破坏理论。极限平衡状态:土体内一点的应力状态用莫尔圆表示,当该圆
6、与抗剪强度曲线相切时,表明土体中该点处于极限平衡状态。由几何关系可建立极限平衡方程式:1=3*tg2(45+/2)+2*c*tg(45+/2)或 3=1*tg2(45-/2)-2*c*tg(45-/2)对无粘性土,由 c=0,则 1=3*tg2(45+/2),或 3=1*tg2(45-/2)由此可推导出:土中某点处于极限平衡状态时,破裂面与大主应力作用面的夹角为45+/2,与小主应力作用面的夹角为45-/2。(3)土压力计算现状:朗肯土压力计算:利用极限平衡理论计算:主动土压力:Pz=H tg2(45-/2)-2C tg(45-/2)被动土压力:Pb=H tg2(45+/2)+2C tg(45
7、+/2)式中 C土的粘聚力(kPa)。,库仑土压力计算:不是从研究挡土结构后土体某一点的应力状态出发,而是从考虑挡土结构后某一个滑动楔体的整体静力平衡条件出发,直接求出作用在挡土结构背后的总土压力。土压力的分布形式对计算土压力关系很大,库伦、朗肯静止土压力的分布皆为三角形,实测与理论对比如图所示。天津市建筑科学研究所对深基坑支护工程的侧土压力作了模型实验和工程实测。图示为有支撑的地下连续墙支护结构的土压力分布情况。深度为19.6m,由于地下连续墙及支撑刚度大,土压力在基坑底部以上基本呈矩形分布,土压力一般为0.3H,模型破坏时土压力达0.9 H。,(4)连续墙的设计计算 根据受力状态的不同,可
8、分为悬臂式和多支撑支护式。当连续墙为深基坑或深路堑支护结构时,有时可简化为悬臂式支护结构计算.该结构主要依靠嵌如土体内的深度,以平衡上部地面荷载、水压力及主动土压力形成的侧压力,因此插入深度、承受的最大弯矩是重要计算参数。根据连续墙底部入坑底的情况,可按弹性嵌固(绞结)和固定两种,插入坚硬土中较深时可作为固定端,支撑点为绞支点。,计算方法:根据基坑深度、勘测资料,先确定主动土压力及被动土压力系数,应考虑墙与土的摩擦力。求嵌入基坑下的深度;求最大弯矩,即按简支梁先求剪力为零处,可得最大弯矩;然后核算连续墙的尺寸和强度。当连续墙与锚杆或内支撑结合使用时,目前研究采用的计算方法主要是等值梁计算法和二
9、分之一分担法。如图所示,将连续墙假设为平面应变问题,取单位长度受力分析;ac梁b点为铰支点,c点为固定端;弯矩图的转折点为d,若将ac梁在d点切断,并在d点设置自由支承,形成ad,梁,则ad梁的弯矩将保持不变。因此ad梁即为ac梁上ad段的等值梁。应用等值梁法计算,首先应知正负弯矩转折点的位置。实际中地面下土压力等于零的位置与弯矩为零的位置相近,可以此点取代。等值梁法计算步骤:1)按土的参数计算主、被动土压力系数(有摩擦力,即考虑摩擦角的影响);Ka=tg2(45-/2)Kp=cos/(cos1/2-(sinsin(+)1/2)摩擦角一般取为1/32/3.2)计算土压力强度为零处距坑底的距离:
10、,D点为土压力为零点,y为到坑底的距离,该点两侧土压力相当,可求出y值。y=Pa/(Kp-Ka)3)将地面到连续墙底的受力剖面图,作为相应的连续梁支点和荷载分布图;4)当多点支承时,分段计算梁的固端弯矩;(各段支点弯矩可能不平衡)5)用弯矩分配法(各段刚度)平衡各支点弯矩;6)分段计算各支点反力并核算反力与荷载是否相等;7)计算连续墙插入深度(y+x);D支点反力对连续墙底端的弯矩等于被动土压力的弯矩求x值。,如下部土质差,还需考虑1.11.2的系数。8)以最大弯矩核算墙的尺寸和强度。等值梁验算结果,一般偏于安全。二分之一分担法计算要点:是多支撑连续梁的一种简化计算法,不考虑墙体支撑变形,将支
11、撑承受的压力(土压力、水压力、地面超载等)分为每一支撑段受压力的一半,求支撑受的反力,然后求出正负弯矩、最大弯矩,以核定连续墙的截面尺寸和配筋。如下计算简图。,(5)地下连续墙的工程设计 地下连续墙的深度,还取决于地层的地质和水文资料以及工程本身的要求。以地质及水文资料确定连续墙的深度时,应满足以下条件 H=h1+h2 式中 H-设计连续墙深度(m);h1-含水冲积层厚度(m);h2-深入不透水地层内的深度(m)。根据我国应用连续墙施工的经验,深入不透水稳定地层内的深度,一般应为3-6m。连续墙的厚度设计主要决定于工程的用途和承载状况,可用工程类比法进行设计和计算,对于深基坑和深路堑的支护结构
12、,应进行受力验算。,3.地下连续墙的应用及优缺点 由于地下连续墙具有挡土、防水抗渗及承重三种功能,故在国内外地下工程中广泛推广应用。地下连续墙的优缺点及适用范围如下:(1)在我国除溶岩地质外可适用于各种地质条件,在承压水头很高的砾石层采取措施后,也能采用。(2)在建筑物构筑物密集地区可以施工,对临近构筑物及基础不产生影响,国外在距离建筑物基础几十厘米就进行地下连续墙施工,国内实践距建筑物基础1m左右就可以顺利施工。(3)可以在各种复杂条件下施工。如美国110层世界贸易中心大厦的基础,过去曾为河岸,,地下埋有码头等构筑物,用地下连续墙则易处理。(4)地下连续墙刚度大,能承受较大的侧压力,在基坑开
13、挖时,变形小,因而地面沉降少,不会危害邻近建筑物。如地下连续墙与锚杆配合拉结,或用内支撑与地下结构支撑,则可抵抗更大的侧向压力,基坑亦可挖得更深。(5)施工时振动噪音小,较少“公害”,在城市施工易于推广。(6)防水防渗性能好,近年来改进了地下连续墙的接头构造,提高了地下连续墙的防渗性能,除特殊情况外施工时不需降低地下水位。(7)将地下连续墙与逆筑法施工结合起来,地下连续墙为基础墙,地下室梁板作支撑,,地下部分施工可自上而下与上部建筑同时施工。将地下连续墙筑成挡土、防水及承重的墙,形成一种深基础多层地下室施工的有效方法。地下连续墙的缺点是:(1)施工完后对废泥浆要进行处理,管理不善时会造成现场泥
14、泞。(2)墙面虽可保证垂直度,但比较粗糙,尚须加工处理或做衬壁。(3)只作挡土抗渗用则造价较贵,如能挡土、防水防渗及承重,则造价将降低。由于地下连续墙优点多,适用范围较广。建筑物地下基础;深基坑支护结构;地下车库;地下铁道、泵站、电站,以及水坝防渗等地下工程。,3-3 地下连续墙施工工艺理论,1.修筑导墙 地下连续墙的沟槽在近地表位置的土体极不稳定,因此挖槽之前必须沿地下连续墙纵向轴线位置开挖导沟、修筑导墙。导墙的作用是:为地下连续墙定线和定标高;为挖槽机械定向;存储泥浆与稳定液位;防止槽壁顶部土体塌落;作为吊放钢筋笼、插导管和架设挖槽设备的支承点。施工要点如下:(1)导墙基底应和上面密贴,墙
15、侧回填用粘性土夯实。(2)导墙中心位置即地下连续墙的中心,在平面上必须按测量位置施工,在竖向必须保证垂直,,它直接关系到地下连续墙的精度。(3)导墙的转角处应作成似丁字型的平面形式,以保证转角处断面的完整。(4)导墙内的水平钢筋必须相互连接成整体。两侧导墙间的距离,可取连续墙的设计墙厚,亦可大于设计墙厚的30-50mm,导墙的厚度、深度和结构形式要根据地质条件、施工荷载、挖槽方法等而定。目前导墙厚度一般为10-20cm,深度一般为1-2m,顶部宜略高于地面,以阻止地表水流入导沟。对松软土层,较大的施工荷载或以泥浆循环出渣时,导墙的深度一宜大些。2深槽挖掘 深槽挖掘是地下连续墙施工中的最重要的工
16、序,,是决定地下连续墙施工方法能否取得高速、优质、低耗等各项经济技术指标的关键,应根据地质条件、开挖深度、施工条件等因素选好挖槽机械,以保证地下结构壁面外形平整美观,提高工效、降低成本。一般挖槽工期约占整个施工工期的50-60%,而挖槽的质量与垂直度又直接影响该法的成败。所以,应选用技术性能好的挖槽设备。我国目前应用较多的挖槽设备有三种,即吊索式或导杆式抓斗机、钻抓斗式挖槽机和多头钻机 3泥浆护壁 在地下连续墙的成槽过程中,为了保持槽壁稳定不坍,槽内必须始终充满触变泥浆。,泥浆在地下连续墙施工中主要起固壁、携碴、冷却和润滑作用,以固壁作用为主。因此泥浆配制适当与否,直接关系到造孔的质量。(1)
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