地下连续墙结构

9.2.1 荷载
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；
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。
9.2.5 结构计算
（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位成正比。
p02
(c)开挖后，地下 墙产生了位移
图9-2 地下墙的位移与土压力的分布
9.2.2 槽幅设计
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。
Hcr
N cu
K0
'
' 1
式中 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。 N 4(1 B ) L
B ––––槽壁的平面宽度(m)；
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
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。
4、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；
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。
L ––––槽壁的平面长度(m)。
槽壁的塌坍安全系数
Fs
N Cu P0m P1m
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
(1
2
)( K0
'
' 1
)
zL Es
2、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）：
Fs
9.2.4 连续墙深度及厚度的初选
（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。
人工岛施工现场
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.
9 地下连续墙结构
丁文其 教授 同济大学地下建筑与工程系
9.1 概述
地下连续墙施工方法，又称槽壁法（diaphragm wall 或slot wall）。
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
（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）
b
a
¦Α
百度文库
¦Β
k¦ Δ p¦ Α p0+kn
k¦ Δ
p¦ Β p0-kn
pm>pp pm<pp
δ
a
b
c
pβ
δm
m
+kδ
2(
1 )1/2 tg d 1
（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。
a）板柱底端为自由的稳定状态
T
Ea Ep
T －横撑或锚杆之力； Ea－主动压力； Ep－被动压力
D
b）板桩底端为嵌固的稳定状态
悬臂式板桩
Ea Ep1
Ep2
D
有撑或锚的板桩
T Ea
Ep1
Ep2
弹性曲线法
D
T Ea
Q 反弯点Q
Q
假想梁法
（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。
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 Diaphragm Wall: >10m
9.1.1 地下连续墙的施工方法
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。
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‰
①②
①②
δ
+Kδ p1
-Kδ p2
p0
p0
(a)开挖前
p 01 p 02
(b)开挖后，地下 墙尚未有位移
pa
p pp 01
9.1.2 地下连续墙的特点及适用场合
（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；
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。
地下连续墙计算方法综合 表9-1
分类 较古典的理论
横撑轴向力、墙体弯矩 不变化的方法
横撑轴向力、墙体弯矩 可变化的方法
共同变形理论
假设条件 土压力已知 不考虑墙体变形 不考虑横撑变形
土压力已知 考虑墙体变形 不考虑横撑变形
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
-x
N1 N2
Ni Nk
y
-y
E sy
x
（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；
y
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
18.5 t 33.4
1.96 t/m 22.4
9.2.3 导墙设计
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。
-kδ
pβ
p0β
pα
pβ
p0α
d
p0β p0α
a）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±kδm；d）进行土压力修正
（四）有限单元法
1、弹性地基杆系有限单元法
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。
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） 314,000m3，结构底板厚6m，V=44,000m3 ， 侧壁厚4m, V=60,000m3
土压力已知 考虑墙体变形 考虑横撑变形
土压力随墙体变 位而变化 考虑墙体变形 考虑横撑变形
方法名称 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
山肩邦男弹塑性法 张有龄法、m法
日本的《建筑基础结构设计法 规》的弹
塑性法， 有限单元法
森重龙马法 有限单元法(包括土体介质)
墙体变位d、深度H与土压力的关系
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。
（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；
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。
（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：
作为不动支点；
58.4
42
5)下道横撑设置以后，认为上道横撑 81.8
53.0
66.0
的轴向压力值保持不变，其上部的
墙体也保持以前的变位。
h0k h1k h2 k hik hkk
-x
N1
N2
Ni
η(h0 k+x)
Nk
-y
E sy
2m
4
x
N1 N2 N3 N4
2.94 t/m2 8.6 t/m2 14.4 t/m2 20.5 t/m2 26.4 t/m2
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。
9.2 地下连续墙挡土墙设计
3. 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。
（二）地下连续墙缺点
4
h 0k =18m
4
4
（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。