第七章 地下连续墙结构设计

成槽机挖土
接头箱
钢筋笼制作
钢筋笼起吊
钢筋笼吊放
浇注混凝土
三 地下连续墙的特点及适用条件 优点
施工时对环境影响小。没有噪音，无振动，不必放坡， 可紧邻相近的建筑和地下设施施工；
墙体刚度大，整体性好，结构和地基变形都较小，即可 用于超深围护结构，也可用作主体结构； 连续墙为整体连续结构，耐久性和抗渗性好； 可实行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工进度； 适用于多种地质条件。
左、右线上下重叠地下三层侧式站台车站， 基坑总长238.49m，深约25m，
一、地下连续墙的概念
深圳地铁1号线国贸站地下连续墙


车站主体结构为三层两跨框架结构，标准断面宽20.25m， 高20.39m，埋深4～5m。站区附近高层建筑林立，有国贸 大厦、金光华广场、国际商业大厦、海燕广场等。地下管 线纵横交错，主要罗雨干渠、电力隧道、上下管道及通信 电缆沟槽等。 车站采用明挖顺做法施工，车站主体基坑深度约25m，围 护结构采用地下连续墙。除穿过人民南路的Ⅴ号通道、Ⅳ 号通道（缓建）采用暗挖外，其它通道均采和采用明挖施 工。车站平面及通道布置如图所示。
第七章
地下连续墙结构
第一节 第二节
概
述
结构设计
第三节
接头设计
第一节
一、地下连续墙的概念
概
述
槽壁法 ，1950年首次应用于意大利的米兰地下建筑工程中。
我国的水电部门于1958年开始，在山东青岛月子口水库工程中采用 这种技术修建防渗墙，随后又在北京、云南、贵州、广东、广西、甘肃、 吉林、江西等省市，五十多项工程中，采用地下连续墙技术，取得良好的 技术、经济效果。 近期在城市基坑工程中得到普遍应用。如北京王府井宾馆（基坑深 度16.0m,墙厚0.6m,深20m）,上海金茂大厦（基坑深度15.0m,墙厚1.0m,深 36m）等
3．国内常用的计算方法
(4)地下连续墙结构体系(包括墙体和支撑)的内力分析和变形验 算。 (5)地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计、 截面强度验算、接头的联结强度验算和构造处理。
四 荷载确定 （一）施工阶段
基坑开挖水土压力；
施工荷载，若采用逆作法考虑上部结构自重。
（二）使用阶段
水土压力；
主体结构传递的恒载和活载。
建筑工程学院
一、地下连续墙的概念
深圳地铁1号线国贸站地下连续墙
一、地下连续墙的概念 定义： 利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深 的沟槽，并在其内浇注混凝土而形成一道具有防渗(水)、挡土和 承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。
二、地下连续墙的施工方法
导墙施工
泥浆制备厂
三、地下连续墙计算理论及方法
（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法
2．山肩邦男法（近似解法） 基本假定： （1）在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体； （2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已 抵消开挖面一侧的静止土压力）； （3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力 （4）横撑设置后，即作为不动支点； （5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道 横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置。 （6）开挖面以下板桩弯矩为0的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以 下的墙体对上面墙体的剪力传递。
三 地下连续墙的特点及适用条件
适用场合： 基坑深度大于10m; 软土地基或砂土地基；
在密集的建筑群或重要的地下管线条件下施工，对基坑工程 周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。 围护结构与主体结构相结合，对抗渗有严格要求时； 采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。
四 地下连续墙的技术要点
k 1 1 1 k 1 2 N i hik hkk N i h0 k h0 k 0 2 3 1 1
2．山肩邦男法（近似解法）
解题的步骤:
a)在第一阶段开挖后，k=1,由式(2)求出xm ，将 xm代入式 (2)算 出N1;
b)在第二阶段开挖后， k=2，N1已知，由式(2)求出xm ，将 xm 代入式 (2)算出N2; c)在第三阶段开挖后，k=3，N1、 N2已知，由式(2)求出xm ，将 xm代入式 (2)算出N3;
五 槽幅设计
（一）槽幅：一次成槽的槽壁长度
槽壁长度 槽段划分
（二）槽壁长度确定规定
槽壁长度应与成槽机械尺寸成模数关系，最小不小于机 械的尺寸，最大尺寸由槽壁稳定性确定。 目前常用为3~6m,一般不超过8m。
五 槽幅设计
（三）槽幅稳定性验算

梅耶霍夫经验公式法
① 临界深度Hcr
N cu H cr K 0 1
六 导墙设计

导墙截面形式 C20混凝土，厚度200~300mm； 导墙深度深入原状土不小于300mm； 顶面高出地面100~200mm； 宽度大于连续墙设计宽度的30~50mm。
七 连续墙厚度深度初选 连续墙厚度依据不同阶段的受力、变形和裂 缝控制要求确定，常用规格600、800、1000 、1200mm； 连续墙的入土深度（基坑地面以下的深度） 与基坑深度之比，称为入土径比，据经验依 据地质条件取0.7~1.0； 可用古典稳定判别方法——板桩稳定平衡状 态法得出初值。
三 地下连续墙设计计算的主要内容
(1)确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙 的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载。 (2)确定地下连续墙所需的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起， 防基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要。
(3)验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深 度的尺寸。
地下连续墙浇筑形成
基坑第一层开挖 基坑土方开挖阶段 基坑土方工程结束 工程竣工
开挖前的受力状态
悬臂受力状态、地面侧向位移 墙的结构强度、基坑稳定及变形量 基坑底部隆起、基坑整体失稳
水土压力和上部地面建筑的垂直载荷共同作用
下的强度和变形
二 结构体系的破坏形式
稳定性破坏 整体失稳 基坑底隆起 管涌及流沙 强度破坏 支撑强度不足或压屈 墙体强度不足 变形过大
七 连续墙厚度深度初选 古典稳定判别方法
板桩底端为自由的稳定状态 入土深度过小
X 0 M 0
T ——支撑或锚杆水平轴力； D——墙入土深度； EP——被动侧总压力； Ea——主动侧总压力。
七 连续墙厚度深度初选 古典稳定判别方法
板桩底端为嵌固的稳定状态——悬壁桩
据实际变形情况，设墙体绕E转动，则E以上墙后为 主动土压，墙前为被动土压，E点以下则相反。E点以 下墙段对上段的作用力记为P（图）。
由
M
E
0
可求出嵌深的上段t，再乘
以1.2作为嵌固深度
板桩底端为嵌固的稳定状态——带撑或锚
土压分布与前类似，但这里多一未知量，超静定， 用等值梁法求解。
设合土压=0处M=0（近似, x0/H和有关），由CA段 SMC=0，可求出拉力T、P0； 由下段SMC=0求t，再乘以1.2。
八、地下连续墙计算理论及方法
建筑工程学院
一、地下连续墙的概念
深圳地铁1号线国贸站地下连续墙
标准段宽度：车站为20.25m，连续墙总长度541m，成墙面积1.47m2 。 连续墙划分为标准中幅（幅度6m）69幅，非标准幅13幅及特殊幅14幅， 共计96幅，

国贸站围护结构采用80cm厚地下墙加钢支撑，围护范围包括 车站及罗国区间盾构吊装井和国老区间明挖段，基坑总长为 238.49m，深约25m，标准段宽度：车站为20.25m，区间为 7.10m，连续墙总长度541m，成墙面积1.47m2 。连续墙划分 为标准中幅（幅度6m）69幅，非标准幅13幅及特殊幅14幅， 共计96幅。
假设条件：土压力随墙体变位而变化，考虑墙体、支撑变形。
方法：森重龙马法、有限元法
（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法
该类计算理论是以某些实测现象作依据的
横撑轴向压力、墙体弯矩不随开挖过程变化
（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变化的计算方法
1．山肩邦男法（精确解）
基本假定： （1）在粘土地层中，墙体作为无限长的弹性体；
土压力类别与墙体位移δ/基坑深度H 的关系
土压力类别 静止土压力 提高的主动 土压力 主动土压力 土压力类别
0 / H 0.2% 0.2% / H 0.4% 0.4% / H 1%
降低的被动 土压力 被动土压力
ห้องสมุดไป่ตู้
0 / H 0.2% 0.2% / H 0.5%
1)如何在各种复杂地基中开挖出符合设计要求(如几何尺寸、 偏斜度等)的槽孔来? 2)如何保证槽孔在开挖和回填过程中的稳定? 3)如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连续的、不透水 的并能承受各种荷载的墙体来? 4)如何解决各个墙段之间的接缝连接问题?
第二节
结构设计
一 地下连续墙受力特点
施工阶段和使用阶段几种典型的工作状态： 槽段土方开挖阶段 槽段侧壁的稳定性
（一）较古典的计算方法： 假设条件：土压力已知，不考虑墙体和支撑变形。 方法：假想梁法、1/2分割法、泰沙基法 （二）横撑轴向力、墙体弯矩不变： 假设条件：土压力已知，考虑墙体变形，不考虑支撑变形。 方法：山肩帮男法 （三）横撑轴向力、墙体弯矩可变： 假设条件：土压力已知，考虑墙体、支撑变形。 方法：日本弹塑性法、有限元法 （四）共同变形理论：
（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形；
（3）开挖面以下土的横向抵抗反力分为两个区域；达到被动土压力的塑 性区，高度为l，以及反力与墙体变形成直线关系的弹性区；
（4）横撑设置后，即作为不动支点；
（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道 横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置。
（三）槽幅稳定性验算

非粘性土的经验公式
① 安全系数
、 1 ——砂土、泥浆的重度，kN/m3; d ——砂土的内摩擦角。
2( 1 )1/ 2 tan d FS 1
五 槽幅设计 （四）槽段划分 考虑的因素
① 成槽施工顺序
② 连续墙接头形式 ③ 主体结构布置及设缝要求
——开挖外侧（土压力)槽底水平压力强度；
——开挖内侧（泥浆压力）槽底水平压力强度。
五 槽幅设计
（三）槽幅稳定性验算

梅耶霍夫经验公式法
③ 开挖槽壁的横向变形△
(1 )( K 0 1)
2
zL Es
z Es
——计算点深度，m;
——土的压缩模量，kN/m2。
五 槽幅设计
水土压力的确定是荷载确定的关键！！！
水土压力的计算规定
1．粘性土按水土合算，非粘性土按水土分算，按水土分算 时，应考虑地下水是否有渗流。 2. 土压力分布模式：泰沙基试验
水土压力计算规定
4．某些规范规定土压力分布应按入土深度和墙体侧向位移选用。如《港 口工程地下连续墙结构设计与施工规程》（JTJ 303- 2003），《上海市 基坑工程设计规程》等。
( N 4(1 B / L))
、 1 ——黏土、泥浆的有效重度，kN/m3; N ——条形基础的承载力系数。 B、L ——槽壁的平面宽度、长度，m。
五 槽幅设计
（三）槽幅稳定性验算

梅耶霍夫经验公式法
② 槽壁坍塌安全系数 Fs
N cu FS P0 m P m 1
P0 m Pm 1
2．山肩邦男法（近似解法）
SY 0 得式(1)
k 1 1 2 1 2 N K h0 k h0 k x m N i x m x m 2 2 1
SM A 0 得式（2）
1 3 1 2 xm (h0 k hkk ) xm (h0 k )hkk xm 3 2
三 地下连续墙的特点及适用条件
缺点 弃土和废泥浆处理。除增加工程费用外，若处理不当， 还会造成新的环境污染。 地质条件和施工的适应性问题。 槽壁坍塌问题。 现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较 高，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，但增加工作量； 地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用 钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。