第4章 地下连续墙结构
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K a tan 2 (45 26 ) 0.39 2 26 ) 2.56 2
被动土压力系数
K p tan 2 (45
，
在开挖了4m时打入一道横撑，计算简图如图所示
1.确定反弯点的位置
由式4-3可知开挖面到反弯点距离
x
12 0.39 2.16m 2.56 0.39
，
由式4-4可知支撑力为
3. 求嵌固深度
3244.39 Ta 319.33kN 10.16
对C点以上部分分析，由力的平衡可得C点剪力
Vc 1 0.39 12 18 14.16 319.33 277.09kN 2
故由公Baidu Nhomakorabea4-5可知
t
6 277.09 6.52m (2.56 0.39) 18
整理后得：
2h Ea h0 Ep h h0 3 3 t 2 Ep Ea
(4-1)
由力平衡方程可以求出支撑力
Ta Ea Ep
(4-2)
在求出嵌固深度和支撑力后，就 可以利用截面法计算地下连续墙结构 的内力。
对于多土层中的单锚/撑地下连续墙结构可以根据土压力 的分布状况，利用力矩平衡与静力平衡条件求出嵌固深度和支 撑力，然后根据所受荷载，直接计算结构的内力。 另外，根据《建筑基坑技术规程》JGJ 120-99，作用在地 下连续墙上的土压力按朗肯主/被动土压力计算。 静力平衡法适用于单锚/撑地下连续墙支护结构的静力分 析，而且嵌固深度较浅，墙底可以简化成自由端。
Ta Ea a a / a t
其中
(4-4)
Ea 是结构C点以上土压力的合力。
③计算嵌固深度d 由AC的静力平衡条件可求得C点的剪力：
VC Ea Ta
剪力 产生使结构向坑内的倾覆弯矩，而土压力 Ep 则产生阻 止结构向 坑内倾覆 的弯矩 ， 为了保证 结构安全 ， 必须满 足 Ep t / 3 VC t。由于 VC 与t 无关，而 Ep 随 t而增大，因此，当 Ep 3VC 时，CD的长度t 最短。 推导t
，
2. 求支撑力 Ta
支撑到土压力零点的距离
at 12 2.16 4 10.16m
C点以上部分土压力到土压力零点C的 合力矩为
1 1 1 3 3 E a aa ka (h x) k p x 0.39 (12 2.16)3 18 6 6 6 1 2.56 2.163 18 3244.39kN m 6
第4章 地下连续墙结构
概述 地下连续墙结构的内力计算方法 地下连续墙结构设计
设计实例
4.1 概述
地下连续墙施工方法，又称槽壁法。1950年正 式在意大利水库工程中使用。20世纪50年代末引入 中国，也是首先在水利工程中采用，随后也用于建 筑工程，近几年在地下工程应用十分普遍。
地下连续墙的施工过程
Ep 1 1 1 2 γ dk γ h d k t γ k k t γxk p γ h x k a t p a p a 2 2 2
C点处的主动土压力与被动土压力相等，即 γxkp γ h x ka 则上式变成 6VC
采用地下连续墙支护的基坑一般较深，需要采用 单支撑（锚）或多支撑（锚）联合支护。《建筑地基 基础设计规范》GB 50007-2002建议采用等值梁法、静 力平衡法或弹性抗力法计算内力。
静力平衡法
a) 静力平衡法将地下连续墙作 为刚性结构，可以绕支撑点
转动，并且墙底为自由端
b) 地下连续墙结构的前侧（基 坑内侧）产生被动土压力 Ep ， 后侧（基坑外侧）产生主动 土压力Ea
将单锚撑地下连续墙作 为一根两跨静定连续梁。由 于C 的弯矩为零，则 C 点可以 简化成铰结点。另外，由于 嵌固深度较深， D 点可以作 为固定端支座。 A 点简化为 连杆支座。 AC 段为 ACD 梁的 等值梁。
实际情况下，由于无法得到准确的结构变形曲线， 也就无法找到 C 点。对于单锚撑支护结构，地面以下 土压力为零的位置（即主动土压力等于被动土压力的 位置）与反弯点位置较接近，为了简化计算，假定土 压力为零的位置即为反弯点的位置。这种简化造成的 误差很小，对计算结果影响不大，因此可忽略其影响。
地下连续墙结构的设计内容
地下连续墙功能较多，对应不同的功能，其设计计 算方法有所不同。本书仅介绍作为支护结构的地下连续 墙设计方法。支护地下连续墙结构的设计内容主要包括：
• • • • 支护结构的强度、稳定和变形计算。 基坑内外土体稳定性计算。 渗流稳定性计算。 降水要求和岩土开挖要求等。
4.2 地下连续墙结构的内力计算方法
作为支护用的地下连续墙的构造设计内容包括： 导槽、钢筋混凝土墙、墙段接头等构造等内容。
导槽设计
导槽一般采用右图所示的截面 形式，由两个角形钢筋混凝土 在进行挖槽施工以前，需要沿着地下连续墙的 墙组成，导墙之间为导槽。导 轴线方向设置导槽，导墙为导槽的支护结构。导槽 槽宽度一般比地下连续墙的厚 具有方便施工定位、钢筋笼吊放等功能，是建造地 度大30~50mm ，导槽深度应保 下连续墙必不可少的临时构造物。 证以导墙墙脚进入原状土 大于 300mm，导墙的顶面应高出地 面100~200mm。导墙用钢筋混 凝土现浇而成，混凝土一般采 导墙示意图 用C20，墙厚为200~300mm， 单侧配置钢筋网。
地下连续墙的截面设计
支护用地下连续墙承受的荷载主要为水土压力及自重，按 照《港口工程地下连续墙设计与施工规程》（ JTJ-303-2003）的 规定，支护用地下连续墙墙体按受弯构件进行截面设计，当轴 力较大时，按偏心受压构件设计。 设计时，可以沿地下连续墙的水平轴线方向选择 1延米为研 究对象，按照等值梁等方法计算结构的内力；然后根据弯矩分 布特征，进行配筋设计。由于沿埋深方向，结构的弯矩分布是 变化的，如果按照最大正负弯矩配置通长配置受力钢筋将造成 明显的浪费，因此，可以参照普通钢筋混凝土梁或板，根据弯 矩分布状况沿深度方向分段进行截面设计。
（3）现浇地下连续墙的受力钢筋宜采用 I级或 II级钢筋，其直径 不得小于16mm；构造钢筋可采用 I级钢筋，矩形地下连续墙的 构造钢筋直径不得小于12mm。 （4） 现浇地下连续墙主筋保护层厚度不得小于70mm。
墙段接头构造
多锚/撑支护结构的内力计算也可以采用等值梁方法。
支撑力Tk 及结构内力求解过程与单锚/撑支护结构等值 梁法基本相同，具体如下： （1）确定土压力为零的点C，并以点C为第k个反弯点； （2）以结构C点以上部分为分析对象，以该部分所受 荷载对C点的合弯矩为零为平衡条件，可以求出 Tk ，即
Tk E a a t i 1 Ti (h i x k )
安装接头 浇筑相邻 墙段 拔出锁口 管、接头 箱 浇筑混凝 土 放置钢筋 笼
放置钢筋 笼
沟槽开熔
安设接头管
吊放钢筋笼
浇混凝土
地下连续墙的特点及适用场合
优点
地下连续墙刚度大，整体性好，安全可靠。 对周围地基扰动少。
• •
• • •
施工时振动小，噪音低，对邻近地基扰动少。 具有多种功能，适应范围很广。地下连续墙可用作防渗、 截水、承重、挡土、抗滑、防爆等多种用途。 对地层的适应性很强。
地下连续墙的配筋形式
地下连续墙的配筋不仅需要满足承受水土压力的要求，也 要满足存放、运输与吊装等施工过程的要求。因此，地下连续 墙的钢筋笼需要具有足够的强度与刚度要求。钢筋笼应根据地 下连续墙的槽幅宽度分段制作，采用双侧配筋形式。主要的钢 筋包括：沿深度方向的纵向主筋、横向联系钢筋、箍筋、架立 筋、局部加强筋等。
钢筋笼详图
地下连续墙的构造要求
现浇钢筋混凝土地下连续墙的设计应该遵循《混凝土结构 设计规范》（GB 50010-2002）的相关规定。此外，作为地下工 程，《港口工程地下连续墙设计与施工规程》（JTJ-303-2003） 对支护地下连续墙提出了一些特殊规定。 （1）现浇地下连续墙的单元槽段长度可取4~8m。现浇矩形 地下连续墙的厚度可取600~1300mm，预制地下连续墙厚度可 取200~800mm。 （2）现浇地下连续墙的混凝土强度等级不应低于C25，水下 浇灌的混凝土设计强度应比计算墙的强度提高20% -25%。
t γ kp ka
(4-5)
k a 与 k p 分别为主被动土压力系数。
则嵌入深度为 d K(t x) ，K 为安全系数，取（1.1~1.2） 。
，
例4-1 现有一深基坑，基坑开挖深度为12m，采用地下连续墙 26 ， 结构进行支护，地层条件为： 18kN/m 3 ， c0 。 计算支撑的轴力和嵌固深度。 土压力的计算： 主动土压力系数
c) 前后侧土压力对支撑点的力 矩和为零，结构处于极限平 衡状态
内力计算过程： 1
2h t 2t Eph p Ea h a Ep h h 0 Ea h0 3 3
2h Ea h0 Ep h h0 3 3 t 2 Ep Ea
(4-1)
由结构所受荷载对支撑点A的力矩平衡得：
2h t 2t Eph p Ea h a Ep h h 0 Ea h0 3 3
右图为无粘性均质土层中地下连 续墙的受力体系， 为主动土压力， 作用点到墙顶的距离为 ， 为被动土压力，作用点到墙顶的距 离为 。
内力求解过程
下面以均匀土层中地下连续墙为例，介绍结构内力 求解过程。 ①确定反弯点C的位置
反弯点C的位置由坑底面以下土压力为零的 点近似代替，即：
γxkp γ h x ka
hk a x kp ka
(4-3)
②计算支撑力 Ta 以简支梁AC为分析对象，利用C点弯矩为零 的条件，可以求出支撑力 ，即
缺点
• • • 适用条件受到一定限制。 弃土及废泥浆对环境造成污染。泥浆添加了化学物质，如 处理不当，易造成环境污染。 存在槽壁坍塌问题。由于成槽时，沟槽深且薄，容易出现 槽壁坍塌，导致钢筋笼吊放困难，影响施工质量。
适用条件
• • • • • 基坑深度大于10m。 软土地基或砂土地基。 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。 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。 采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。
k 1
（3）求C点的剪力
hk xk
(4-6)
VCk E a Ti
i 1
k
(4-7)
；
（4）以C点以下部分为分析对象，以VCk 与 Ep 对结构底端弯 矩和为零为平衡条件，求嵌入深度t k ，计算公式见式4-5；
（5）利用静定结构内力求解方法求解结构内力。
4.3 地下连续墙结构设计
单锚撑支护结构等值梁法
基本原理 当嵌固深度较深时，单 结构总体向坑内产生位移， 基坑底面附近位移达到最大； 沿着深度方向，结构位移逐 渐减小，在坑底以下一定距 离的 C 点处，结构既无侧移 也无转角； C 点以下，结构 则产生向坑外的位移。
根据结构的变形特征可以看出： 在支撑点 A 点以下 C 点以上，结构弯 向坑内侧，结构内侧受拉；在 C 点以 下，结构弯向坑外侧，结构的外侧受 拉。结构从内侧受拉转向外侧受拉之 间必然存在弯矩为零的反弯点C。
取安全系数 为1.1 故嵌入深度为
d 1.1 (6.52 2.16） =9.55m
多锚/撑支护结构等值梁法
当基坑埋深较深时，需要采用多层锚/撑支护 结构。多锚/撑是随着基坑逐层向下开挖而分层 设置的。 假定：在第 k 层锚 / 撑设置后，在继续开挖 基坑的过程中，第k层锚/撑的轴力逐渐增大， 而第 1 至第 k-1 层锚 / 撑的轴力不变，锚 / 撑作用 点的位置不变。
被动土压力系数
K p tan 2 (45
，
在开挖了4m时打入一道横撑，计算简图如图所示
1.确定反弯点的位置
由式4-3可知开挖面到反弯点距离
x
12 0.39 2.16m 2.56 0.39
，
由式4-4可知支撑力为
3. 求嵌固深度
3244.39 Ta 319.33kN 10.16
对C点以上部分分析，由力的平衡可得C点剪力
Vc 1 0.39 12 18 14.16 319.33 277.09kN 2
故由公Baidu Nhomakorabea4-5可知
t
6 277.09 6.52m (2.56 0.39) 18
整理后得：
2h Ea h0 Ep h h0 3 3 t 2 Ep Ea
(4-1)
由力平衡方程可以求出支撑力
Ta Ea Ep
(4-2)
在求出嵌固深度和支撑力后，就 可以利用截面法计算地下连续墙结构 的内力。
对于多土层中的单锚/撑地下连续墙结构可以根据土压力 的分布状况，利用力矩平衡与静力平衡条件求出嵌固深度和支 撑力，然后根据所受荷载，直接计算结构的内力。 另外，根据《建筑基坑技术规程》JGJ 120-99，作用在地 下连续墙上的土压力按朗肯主/被动土压力计算。 静力平衡法适用于单锚/撑地下连续墙支护结构的静力分 析，而且嵌固深度较浅，墙底可以简化成自由端。
Ta Ea a a / a t
其中
(4-4)
Ea 是结构C点以上土压力的合力。
③计算嵌固深度d 由AC的静力平衡条件可求得C点的剪力：
VC Ea Ta
剪力 产生使结构向坑内的倾覆弯矩，而土压力 Ep 则产生阻 止结构向 坑内倾覆 的弯矩 ， 为了保证 结构安全 ， 必须满 足 Ep t / 3 VC t。由于 VC 与t 无关，而 Ep 随 t而增大，因此，当 Ep 3VC 时，CD的长度t 最短。 推导t
，
2. 求支撑力 Ta
支撑到土压力零点的距离
at 12 2.16 4 10.16m
C点以上部分土压力到土压力零点C的 合力矩为
1 1 1 3 3 E a aa ka (h x) k p x 0.39 (12 2.16)3 18 6 6 6 1 2.56 2.163 18 3244.39kN m 6
第4章 地下连续墙结构
概述 地下连续墙结构的内力计算方法 地下连续墙结构设计
设计实例
4.1 概述
地下连续墙施工方法，又称槽壁法。1950年正 式在意大利水库工程中使用。20世纪50年代末引入 中国，也是首先在水利工程中采用，随后也用于建 筑工程，近几年在地下工程应用十分普遍。
地下连续墙的施工过程
Ep 1 1 1 2 γ dk γ h d k t γ k k t γxk p γ h x k a t p a p a 2 2 2
C点处的主动土压力与被动土压力相等，即 γxkp γ h x ka 则上式变成 6VC
采用地下连续墙支护的基坑一般较深，需要采用 单支撑（锚）或多支撑（锚）联合支护。《建筑地基 基础设计规范》GB 50007-2002建议采用等值梁法、静 力平衡法或弹性抗力法计算内力。
静力平衡法
a) 静力平衡法将地下连续墙作 为刚性结构，可以绕支撑点
转动，并且墙底为自由端
b) 地下连续墙结构的前侧（基 坑内侧）产生被动土压力 Ep ， 后侧（基坑外侧）产生主动 土压力Ea
将单锚撑地下连续墙作 为一根两跨静定连续梁。由 于C 的弯矩为零，则 C 点可以 简化成铰结点。另外，由于 嵌固深度较深， D 点可以作 为固定端支座。 A 点简化为 连杆支座。 AC 段为 ACD 梁的 等值梁。
实际情况下，由于无法得到准确的结构变形曲线， 也就无法找到 C 点。对于单锚撑支护结构，地面以下 土压力为零的位置（即主动土压力等于被动土压力的 位置）与反弯点位置较接近，为了简化计算，假定土 压力为零的位置即为反弯点的位置。这种简化造成的 误差很小，对计算结果影响不大，因此可忽略其影响。
地下连续墙结构的设计内容
地下连续墙功能较多，对应不同的功能，其设计计 算方法有所不同。本书仅介绍作为支护结构的地下连续 墙设计方法。支护地下连续墙结构的设计内容主要包括：
• • • • 支护结构的强度、稳定和变形计算。 基坑内外土体稳定性计算。 渗流稳定性计算。 降水要求和岩土开挖要求等。
4.2 地下连续墙结构的内力计算方法
作为支护用的地下连续墙的构造设计内容包括： 导槽、钢筋混凝土墙、墙段接头等构造等内容。
导槽设计
导槽一般采用右图所示的截面 形式，由两个角形钢筋混凝土 在进行挖槽施工以前，需要沿着地下连续墙的 墙组成，导墙之间为导槽。导 轴线方向设置导槽，导墙为导槽的支护结构。导槽 槽宽度一般比地下连续墙的厚 具有方便施工定位、钢筋笼吊放等功能，是建造地 度大30~50mm ，导槽深度应保 下连续墙必不可少的临时构造物。 证以导墙墙脚进入原状土 大于 300mm，导墙的顶面应高出地 面100~200mm。导墙用钢筋混 凝土现浇而成，混凝土一般采 导墙示意图 用C20，墙厚为200~300mm， 单侧配置钢筋网。
地下连续墙的截面设计
支护用地下连续墙承受的荷载主要为水土压力及自重，按 照《港口工程地下连续墙设计与施工规程》（ JTJ-303-2003）的 规定，支护用地下连续墙墙体按受弯构件进行截面设计，当轴 力较大时，按偏心受压构件设计。 设计时，可以沿地下连续墙的水平轴线方向选择 1延米为研 究对象，按照等值梁等方法计算结构的内力；然后根据弯矩分 布特征，进行配筋设计。由于沿埋深方向，结构的弯矩分布是 变化的，如果按照最大正负弯矩配置通长配置受力钢筋将造成 明显的浪费，因此，可以参照普通钢筋混凝土梁或板，根据弯 矩分布状况沿深度方向分段进行截面设计。
（3）现浇地下连续墙的受力钢筋宜采用 I级或 II级钢筋，其直径 不得小于16mm；构造钢筋可采用 I级钢筋，矩形地下连续墙的 构造钢筋直径不得小于12mm。 （4） 现浇地下连续墙主筋保护层厚度不得小于70mm。
墙段接头构造
多锚/撑支护结构的内力计算也可以采用等值梁方法。
支撑力Tk 及结构内力求解过程与单锚/撑支护结构等值 梁法基本相同，具体如下： （1）确定土压力为零的点C，并以点C为第k个反弯点； （2）以结构C点以上部分为分析对象，以该部分所受 荷载对C点的合弯矩为零为平衡条件，可以求出 Tk ，即
Tk E a a t i 1 Ti (h i x k )
安装接头 浇筑相邻 墙段 拔出锁口 管、接头 箱 浇筑混凝 土 放置钢筋 笼
放置钢筋 笼
沟槽开熔
安设接头管
吊放钢筋笼
浇混凝土
地下连续墙的特点及适用场合
优点
地下连续墙刚度大，整体性好，安全可靠。 对周围地基扰动少。
• •
• • •
施工时振动小，噪音低，对邻近地基扰动少。 具有多种功能，适应范围很广。地下连续墙可用作防渗、 截水、承重、挡土、抗滑、防爆等多种用途。 对地层的适应性很强。
地下连续墙的配筋形式
地下连续墙的配筋不仅需要满足承受水土压力的要求，也 要满足存放、运输与吊装等施工过程的要求。因此，地下连续 墙的钢筋笼需要具有足够的强度与刚度要求。钢筋笼应根据地 下连续墙的槽幅宽度分段制作，采用双侧配筋形式。主要的钢 筋包括：沿深度方向的纵向主筋、横向联系钢筋、箍筋、架立 筋、局部加强筋等。
钢筋笼详图
地下连续墙的构造要求
现浇钢筋混凝土地下连续墙的设计应该遵循《混凝土结构 设计规范》（GB 50010-2002）的相关规定。此外，作为地下工 程，《港口工程地下连续墙设计与施工规程》（JTJ-303-2003） 对支护地下连续墙提出了一些特殊规定。 （1）现浇地下连续墙的单元槽段长度可取4~8m。现浇矩形 地下连续墙的厚度可取600~1300mm，预制地下连续墙厚度可 取200~800mm。 （2）现浇地下连续墙的混凝土强度等级不应低于C25，水下 浇灌的混凝土设计强度应比计算墙的强度提高20% -25%。
t γ kp ka
(4-5)
k a 与 k p 分别为主被动土压力系数。
则嵌入深度为 d K(t x) ，K 为安全系数，取（1.1~1.2） 。
，
例4-1 现有一深基坑，基坑开挖深度为12m，采用地下连续墙 26 ， 结构进行支护，地层条件为： 18kN/m 3 ， c0 。 计算支撑的轴力和嵌固深度。 土压力的计算： 主动土压力系数
c) 前后侧土压力对支撑点的力 矩和为零，结构处于极限平 衡状态
内力计算过程： 1
2h t 2t Eph p Ea h a Ep h h 0 Ea h0 3 3
2h Ea h0 Ep h h0 3 3 t 2 Ep Ea
(4-1)
由结构所受荷载对支撑点A的力矩平衡得：
2h t 2t Eph p Ea h a Ep h h 0 Ea h0 3 3
右图为无粘性均质土层中地下连 续墙的受力体系， 为主动土压力， 作用点到墙顶的距离为 ， 为被动土压力，作用点到墙顶的距 离为 。
内力求解过程
下面以均匀土层中地下连续墙为例，介绍结构内力 求解过程。 ①确定反弯点C的位置
反弯点C的位置由坑底面以下土压力为零的 点近似代替，即：
γxkp γ h x ka
hk a x kp ka
(4-3)
②计算支撑力 Ta 以简支梁AC为分析对象，利用C点弯矩为零 的条件，可以求出支撑力 ，即
缺点
• • • 适用条件受到一定限制。 弃土及废泥浆对环境造成污染。泥浆添加了化学物质，如 处理不当，易造成环境污染。 存在槽壁坍塌问题。由于成槽时，沟槽深且薄，容易出现 槽壁坍塌，导致钢筋笼吊放困难，影响施工质量。
适用条件
• • • • • 基坑深度大于10m。 软土地基或砂土地基。 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。 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。 采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。
k 1
（3）求C点的剪力
hk xk
(4-6)
VCk E a Ti
i 1
k
(4-7)
；
（4）以C点以下部分为分析对象，以VCk 与 Ep 对结构底端弯 矩和为零为平衡条件，求嵌入深度t k ，计算公式见式4-5；
（5）利用静定结构内力求解方法求解结构内力。
4.3 地下连续墙结构设计
单锚撑支护结构等值梁法
基本原理 当嵌固深度较深时，单 结构总体向坑内产生位移， 基坑底面附近位移达到最大； 沿着深度方向，结构位移逐 渐减小，在坑底以下一定距 离的 C 点处，结构既无侧移 也无转角； C 点以下，结构 则产生向坑外的位移。
根据结构的变形特征可以看出： 在支撑点 A 点以下 C 点以上，结构弯 向坑内侧，结构内侧受拉；在 C 点以 下，结构弯向坑外侧，结构的外侧受 拉。结构从内侧受拉转向外侧受拉之 间必然存在弯矩为零的反弯点C。
取安全系数 为1.1 故嵌入深度为
d 1.1 (6.52 2.16） =9.55m
多锚/撑支护结构等值梁法
当基坑埋深较深时，需要采用多层锚/撑支护 结构。多锚/撑是随着基坑逐层向下开挖而分层 设置的。 假定：在第 k 层锚 / 撑设置后，在继续开挖 基坑的过程中，第k层锚/撑的轴力逐渐增大， 而第 1 至第 k-1 层锚 / 撑的轴力不变，锚 / 撑作用 点的位置不变。