地下连续墙工艺是近几十年来在地下工程和基础.docx

第二节 地下连续墙一、 地下连续墙的基本概念（一）地下连续墙施工工艺原理 地下连续墙施工工艺，是在工程开挖土方之前，用特制的挖槽机械在泥浆(又称触变泥浆、安定液、稳定液等)护壁的情况下每次开挖一定长度(一个单元槽段)的沟槽，待开挖至设计深度并清除沉淀下来的泥渣后，把地面上加工好的钢筋骨架(一般称为钢筋笼)用起重机械吊放入充满泥浆的沟槽内，用导管向沟槽内浇筑混凝土混凝土由沟槽底部开始逐渐向上浇筑，并将泥浆置换出来，待混凝土浇至设计标高后，一个单元槽段即施工完毕各个单元槽段之间由特制的接头连接，形成连续的地下钢筋混凝土墙若地下连续墙为封闭状，则基坑开挖后，地下连续墙既可挡土又可防水，为地下工程施工提供条件地下连续墙也可以作为建筑的外墙承重结构，两墙合一，则大大提高了施工的经济效益在某些条件下，地下连续墙与“逆作法”技术共同使用是深基础很有效的施工方法，会大大提高施工的工效二）地下连续墙的适用范围地下连续墙施工起始于50年代的意大利，目前已成为地下工程和深基础施工中的有效施工方法我国的一些重大地下工程和深基础工程是利用地下连续墙工艺完成的，取得了很好的效果如广州白天鹅宾馆、广州花园饭店、上海电信大楼、上海国际贸易中心、新上海国际大厦、金茂大厦、北京王府井宾馆等高层建筑深基础工程中都应用了地下连续墙。

我国目前施工的地下连续墙最深的达65.4m，最厚的达1.30m，最薄的为0.45m国外施工的地下连续墙，最深的已达131m，垂直精度可达1／2000从地下连续墙的功能看有的地下连续墙单纯用作支护结构，有的既作支护结构又作为地下室结构外墙上海88层的金茂大厦，其地下连续墙厚1m，既作支护结构又作为地下室结构外墙，收到了很好的效果 地下连续墙施工工艺所以能得到推广，主要是因为它有下述优点： (1)适用于各种土质在我国目前除岩溶地区和承压水头很高的砂砾层必须结合采用其他辅助措施外，在其他各种土质中皆可应用地下连续墙 (2)施工时振动小、噪音低，除了产生较多泥浆外，对环境影响相对较少 (3)在建筑物、构筑物密集地区可以施工，对邻近的结构和地下设施没有什么影响国外在距离已有建筑物基础几厘米处就可进行地下连续墙施工这是由于地下连续墙的刚度比一般的支护结构刚度大得多，能承受较大的侧向压力，在基坑开挖时，由于其变形小，因而周围地面的沉降少，不会或较少危害邻近的建筑物或构筑物 (4)可在各种复杂条件下进行施工如已经塌落的美国110层的世界贸易中心大厦的地基，为哈得逊河河岸，地下埋有码头、垃圾等，且地下水位较高，采用地下连续墙对此工程来说是一种适宜的支护结构。

(5)防渗性能好地下连续墙的防渗性能好，能抵挡较高的水头压力，除特殊情况外，施工时基坑外不再需要降低地下水位 (6)可用于“逆筑法”施工将地下连续墙方法与“逆筑法”结合，就形成一种深基础和多层地下室施工的有效方法，地下部分可以自上而下施工，这方面我国已有较成熟的经验 但是，地下连续墙施工法亦有其不足之处，比如地下连续墙如只是施工期间用作支护结构，则造价可能稍高，不够经济，如能将其用作建筑物的承重结构，则可解决造价高的问题如果施工现场管理不善，会造成现场潮湿和泥泞，且需对废泥浆进行处理；现浇的地下连续墙的墙面虽可保证一定的垂直度但不够光滑，如对墙面的光滑度要求较高，尚需加工处理或另作衬壁地下连续墙主要用于：建筑物的地下室、地下停车场、地下街道、地下铁道、地下道路、泵站、地下变电站和电站、盾构等工程的竖井、挡土墙、防渗墙、地下油库、各种基础结构等二、 地下连续墙作为支护结构时的内力计算（一）荷载用作支护结构的地下连续墙，作用于其上的荷载主要是土压力、水压力和地面荷载引起的附加荷载若地下连续墙用作永久结构，还有上部结构传来的垂直力、水平力和弯矩等作用于地下连续墙主动侧的土压力值，与墙体刚度、支撑情况及加设方式、土方开挖方法等有关。

当地下连续墙的厚度较小，开挖土方后加设的支撑较少、较弱，其变形较大，主动侧的土压力可按朗肯土压力公式计算我国有关的设计单位曾对地下连续墙的土压力进行过原体观测，发现当位移与墙高的比值△／H达到1‰一8‰时，在墙的主动侧，其土压力值将基本上达到朗肯土压力公式计算的土压力值所以，当地下连续墙的变形较大时，用其计算主动土压力基本能反映实际情况对于刚度较大，且设有多层支撑或锚杆的地下连续墙，由于开挖后变形较小，其主动侧的土压力值往往更接近于静止土压力如日本的《建筑物基础结构设计规范》中既做如此规定至于地下连续墙被动侧的土压力就更加复杂由于产生被动土压力所需的位移(我国实测位移与墙高比值△／H需达到1％一5％才会达到被动土压力值)往往为设计和使用所不允许，即在正常使用情况下，基坑底面以下的被动区，地下连续墙不允许产生使静止土压力全部变为被动土压力的位移因而，地下连续墙被动侧的土压力也就小于被动土压力值目前，我国计算地下连续墙多采用竖向弹性地基梁(或板)的基床系数法，即把地下连续墙入土部分视作弹性地基梁，采用文克尔假定计算，基床系数沿深度变化二）内力计算作为支护结构的地下连续墙，其内力计算方法国内采用的有：弹性法、塑性法、弹塑性法、经验法和有限元法。

根据我国的情况，对设有支撑的地下连续墙，可采用竖向弹性地基梁(或板)的基床系数法(m法)和弹性线法应优先采用前者，对一般性工程或墙体刚度不大时，亦可采用弹性线法此外有限元法，亦可用于地下连续墙的内力计算用竖向弹性地基梁的基床系数法计算时，假定墙体顶部的水平力H、弯矩M及分布荷载q1和q2作用下，产生弹性弯曲变形，坑底面以下地基土产生弹性抗力，整个墙体绕坑底面以下某点O转动(图4-2-1 )、在O点上下地基土的弹性抗力的方向相反图 4-2-1 竖向弹性地基梁基床系数法计算简图地下连续墙视为埋入地基土中的弹性杆件，假定其基床系数在坑底处为零，随深度成正比增加当α2h≤2.5时，假定墙体刚度为无限大，按刚性基础计算；当α2h＞2.5时，按弹性基础计算，其中变形系数 α2= (4-2-1)式中 m——地基土的比例系数，有表可查，参阅有关地下连续墙设计与施工规程如流塑粘土，液性指数IL≥l，地面处最大位移达6mm时，m＝300--500； E——地下连续墙混凝土的弹性模量； J——地下连续墙的截面惯性矩； b——地下连续墙的计算宽度(一般取b＝1m)。

根据弹性梁的挠曲微分方程，可得坑底以下墙体的表达式为： （4-2-2） 解上述微分方程，可得各截面处的弯矩和剪力如地下连续墙上有支撑或拉锚时，如图4-2-2所示则先根据支点处水平变形等于零，用力法求出支撑或拉锚的内力Ra、Rb、Rc再将支撑(拉锚)内力Ra、Rb、Rc作为集中荷载作用在墙上，然后用上述方法计算墙的内力和变形图4-2-2 有支撑（拉锚）的地下连续墙计算简图如土方分层开挖并分层及时安设支撑，则需根据实际分层挖土情况，分别用上述方法对各个工况进行计算，其计算简图如图4-2-3所示如拆除支撑的方案已定，还需计算各拆撑工况的内力 图4-2-3 分层挖土和安设支撑时的计算简图（a）分层挖土和支撑安设图；（b）地下连续墙为悬臂墙；（c）地下连续墙为单支撑的墙；（d）地下连续墙为两个支撑的墙（三）沉降计算作为支护结构使用的地下连续墙，一般不需进行沉降计算如果要计算，则可按下述方法进行地下连续墙的底端为承受荷载的作用面，假定该作用面内的荷载为均布在此均布荷载q作用下产生的土中应力的竖向分量，按下式计算： (4-2-3)式中 σ z——墙底端长方形荷载面角点下离荷载面深Z(m)处的竖向应力(kN／m2)； m、n——墙底端长方形荷载面的两个边长与Z之比。

沉降量按下式计算： s＝ (4-2-4)式中s——沉降量(cm)； z——荷载作用的深度(cm)； e1——应力等于σ1z时土的孔隙比； e2——应力等于σ 2z时土的孔隙比； σ1z——用式(3—4)算得的地下连续墙修建前z处的有效应力(kN／m2)；σ 2z——用式(3—4)算得的地下连续墙修建后z处的有效应力(kN／m2)四）构造处理 I混凝土强度及保护层 现浇钢筋混凝土地下连续墙，其设计混凝土强度等级不得低于C20，考虑到在泥浆中浇筑，施工时要求提高到不得低于C25水泥用量不得少于370kg／m3，水灰比不大于0.6，坍落度宜为180--210mm混凝土保护层厚度，根据结构的重要性、骨料粒径、施工条件及工程和水文地质条件而定根据现浇地下连续墙是在泥浆中浇筑混凝土的特点，对于正式结构其混凝土保护层厚度不应小于70mm，对于用作支护结构的临时结构，则不应小于40mm II接头设计 总的来说地下连续墙的接头分为两大类：施工接头和结构接头施工接头是浇筑地下连续墙时在墙的纵向连接两相邻单元墙段的接头；结构接头是已竣工的地下连续墙在水平向与其他构件(地下连续墙和内部结构，如梁、柱、墙、板等)相连接的接头。

1．施工接头(纵向接头) 确定槽段间接头的构造设计时应考虑以下因素： （1）对下一单元槽段的成槽施工不会造成困难 （2）不会造成混凝土从接头下端及侧面流入背面 （3）能承受混凝土侧压力，不致严重变形 （4）根据结构设计的要求，传递单元槽段之间的应力，并起到伸缩接头的作用 （5）槽段较深需将接头管分段吊入时应装拆方便 （6）在难以准确进行测定的泥浆中能够较准确的进行施工 （7）造价低廉 常用的施工接头有以下几种：（1）接头管(亦称锁口管)接头这是当前地下连续墙施工应用最多的一种施工接头施工时，待一个单元槽段土方挖好后，于槽段端部用吊车放入接头管，然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土，待浇筑的混凝土强度达到0.05--0.20MPa时(一般在混凝土浇筑后3—5h，视气温而定)，开始用吊车或液压顶升架提拔接头管，上拔速度应与混凝土浇筑速度、混凝土强度增长速度相适应，一般为2—4m／h，应在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出接头管直径一般比墙厚小50mm，可根据需要分段接长接头管拔出后，单元槽段的端部形成半圆形，继续施工即形成两相邻单元槽段的接头，它可以增强整体性和防水能力，其施工过程如图4-2-4所示。

此外，还有“注砂钢管接头工艺”等施工方法图4-2-4 接头管接头的施工顺序（a）开挖槽段；（b）吊放接头管和钢筋笼；（c）浇筑混凝土；（d）拔出接头管；（e）形成接头1-导墙；2-已浇筑混凝土的单元槽段；3-开挖的槽段；4-未开挖的槽段；5-接头管；6-钢筋笼；7-正浇筑混凝土的单元槽段；8-接头管拔出后的孔洞 （2）接头箱接头接头箱接头可以使地下连续墙形成整体接头，接头的刚度较好接头箱接头的施工方法与接头管接头相似，只是以接头箱代替接头管一个单元槽段挖土结束后，吊放接头箱，再吊放钢筋笼接头箱在浇筑混凝土的一面是开口的，所以钢筋笼端部的水平钢筋可插入接头箱内浇筑混凝土时，接头箱的开口面被焊在钢筋笼端部的钢板封住，因而浇筑的混凝土不能进入接头箱混凝土初凝后，与接头管一样逐步吊出接头箱，待后一个单元槽段再浇筑混凝土时，由于两相邻单元槽段的水平钢筋交错搭接，而形成整体接头，其施工。