地下连续墙课程设计doc.docx
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地下连续墙课程设计doc
地下连续墙课程设计
一、支护方案选取
场地周围邻近建筑物较多，必须控制好施工对周围引起的振动和沉降。
考虑该工程开挖深度13m，较深，要保持地铁深基坑支护结构万无一失的话，要求进入中风化板岩。
综上所述，最佳支护方案是选择地下连续墙围护。
地下连续墙工艺具有如下优点：
1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；2适用各种地质条件，对中风化岩层时，钢板桩难以施工，但可采用合适的成槽机械施工的地下连续墙结构；
3可减少工程施工时对环境的影响，施工时振动少，噪音低，对周围相邻的工程结构和地下管线的影响较低，对沉降和变位较易控制；
4可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。
二、设计原则与设计方法
基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。
基坑支护结构极限状态可分为下列两类：
（1）承载能力极限状态：
对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；
（2）正常使用极限状态：
对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。
基坑支护结构设计应根据表1选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。
表1基坑侧壁安全等级及重要性系数
支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。
当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础型式等因素，确定地下水控制方法。
当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。
根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算。
1、基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括：
1）根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；2）基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；
3）当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。
2、对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。
3、地下水控制验算：
1）抗渗透稳定性验算；2）基坑底突涌稳定性验算；
3）根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。
基坑支护设计内容应包括对支护结构质量检测及施工监控的要求。
当有条件时，基坑应采用局部或全部放坡开挖，放坡坡度应满足坡稳定性要求。
三、地下连续墙结构设计
1确定载荷，计算土压力
开挖深度13m，地面超载g=60kN／m2，地下水位离地面1m，用水土分算法计算主动土压力和水压力kh=18000kN/m3。
1-11号
在地连墙深度范围内，由于土的重度、凝聚力、h摩擦角和厚度都各不相同，在此为了达到计算方便和合理的目的，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。
?
?
?
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h?
h
ii
i
（1）
式中：
?
—地连墙深度范围内的加权平均重度；
?
i—第i层土的重度；hi—第i层土的厚度。
?
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ii
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（2）
式中：
C—地连墙深度范围内的加权平均凝聚力；
Ci—第i层土的凝聚力；hi—第i层土的厚度。
C?
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24.2kPa
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hh
ii
i
（3）
式中：
?
—地连墙深度范围内的加权平均摩擦角；
?
i—第i层土的摩擦角；hi—第i层土的厚度。
?
?
2土层压力计算
15?
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30
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25.8
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2?
3?
30
利用朗肯土压力理论计算土压力，并按地下水位计算水压力。
延墙体长度方向取1m。
25.8025.8?
Ka?
tan2?
4500.394，Ka?
tan?
450.627，
22
25.8025.8?
Kp?
tan2?
4501.594，Kp?
tan?
452.541
22
当Z=0，
pa?
0
（4）
当Z>0，
朗肯主动土压力计算公式为
pa?
?
rh?
p?
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（5）
当Z=1m时
25.8025.8?
2
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2
当Z=3m时，
25.8025.8?
2
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18.344kN/m2
当Z=5m时，
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15.869?
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55.869kN/m2
水土压力图总斜率
?
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55.869/5?
11.174
地下连续墙厚度80cm，C30混凝土E=3×106t/m3
I?
100
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802?
42.7?
105cm4?
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71.1667Es18000
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71.1667
（6）
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0.059，?
3?
0.014
4.弹性法
y
x
水土压力计算图式
弹性法计算简图如图1所示，基本假定为：
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；
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（楼板）设置后，即把横撑支点作为不动支点；
5下道横撑设置以后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，其上部的墙体也保持以前的变位。
公式推导
在第K道横撑到开挖面的区间（?
hkk?
X?
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11
M?
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（7）（8）（9）
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在开挖面以下的弹性区间
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x）?
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边界条件：
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0,EIy?
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x非齐次方程的特解：
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PxEx?
0k
sEs
当x?
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时，e?
x,cos?
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x不可能为0，而H,W=0。
非齐次方程的通解为：
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Fsin?
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3
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?
x[（A?
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（A?
F）sin?
x]
待定系数的求解
连续条件x?
0处y1?
y2，y1
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k
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弹性曲线的最终形式（?
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12?
ss?
?
（28）
弹性法的计算步骤：
a）第一次开挖时，第一道横撑支点作为不动，求第一道横撑的轴向压力N1以及第二道横撑预定位置的变位δ2；
b）第二次开挖时，把N1、δ2作为定值，求第二道横撑的轴压力N2，以及第三道横撑预定位置的变位δ3；
c）第三次开挖时，把N1、N2及δ3作为定值，求第三道横撑的轴向力N4，以及求第四道横撑预定位置的变位δ4。
以下即重复计算。
单支撑：
x?
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4
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0，hik?
0，hkk?
hik?
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利用公式（17）求得第二道支撑预定位置的变位?
2，（此时以x=0代入公式）：
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利用公式（17）
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2
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m
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5?
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m
二道支撑
第2阶段开挖，深度9m，两道支撑，N2kN，?
1478.5
1?
90.2?
EI=0.0012m，
k?
2，h0k?
9m,h1k?
8m,hkk?
h2k?
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N2,?
3
利用公式（17）求Nk（此时，以x=-4代入各式，因?
2在x=-4处）。
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3
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90.2?
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A3EI240.2kNA1190.6?
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用公式（17）求第三道支撑预定位置的变位?
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三道支撑
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0.05920.24362?
0.0142?
0.059?
?
1=?
?
33.9?
32?
65.8?
10.7?
35.7?
33.9?
=?
190.6EIEINi
?
hik?
x?
3?
16EI2?
2EI
A2?
?
1
k?
1
Ni2
hikx?
2EI
?
1
k?
1
?
Nh
i1
k?
1
ik
x?
?
1
k?
1
Ni31
hik?
3
6EI2?
EI
?
N
1
k?
1
i
?
12?
2EI
?
Nh
i1
k?
1
ik
N12N2N1
?
h1k?
x?
3?
N2?
h2k?
x?
3?
N21x?
N22x?
h1kx?
2h2kx?
2EI2EI6EI6EI2?
EI2?
EI=
N1h1kN2h2kN1N2N13N23N1N2
h1kx?
h2kx?
h1k?
h2kEI?
EI6EI6EI2?
3EI2?
3EI2?
2EI2?
2EI
90.2233.790.2
?
12?
4?
3?
240.2?
8?
4?
3?
90.2?
4?
240.2?
4?
144?
4?
?
64?
4?
2EI2EI6EI6EI2?
0.059EI2?
0.059EI90.2240.290.2240.2390.2240.290.2?
12240.2?
8?
?
12?
4?
?
8?
4?
?
123?
?
80.243EI0.243EI6EI6EI2?
0.014EI2?
0.014EI2?
0.059EI2?
0.059EI?
?
=
?
118413.9
EI
?
h0k2?
h0k2?
h0k3?
1?
?
EI?
?
h30kEI?
545
A3?
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x）?
?
x?
h0kx?
x?
x?
?
h0k?
h0k?
?
?
232?
EI?
120E246?
E1204?
4?
12?
ss?
?
?
11.174?
95134169?
4133?
413?
169?
169169133
?
71.1667?
4?
?
471.1667?
13=?
EI?
120244?
0.0596?
0.2431204?
0.01412?
0.059?
?
=
199025
EI
18770.2118413.91990253?
A2?
A3EI387.9kNA1190.6?
EIEIEI?
求第四道支撑预定位置的变位?
4（此时以x=0代入各式）Nk?
N3?
A1?
1EI
1469.6?
6464?
62?
0.0142?
0.059?
EI?
6?
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1
k?
1
Ni2
hikx?
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k?
1
Ni
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hik?
x?
3?
16EI2?
2EI
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Nh
i1
k?
1
ik
x?
?
1
k?
1
Ni31
hik?
3
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EI
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N
1
k?
1
i
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12?
2EI
?
Nh
i1
k?
1
ik
N12N2N1
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x?
3?
N2?
h2k?
x?
3?
N21x?
N22x?
h1kx?
2h2kx?
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EI2?
EI=
N1h1kN2h2kN1N2N13N23N1N2
h1kx?
h2kx?
h1k?
h2kEI?
EI6EI6EI2?
3EI2?
3EI2?
2EI2?
2EI
?
?
90.2
?
12?
3?
240.2?
8?
3?
90.2?
123?
240.2?
83?
90.2?
240.2?
90.2?
12?
240.2?
86EI6EI6EI6EI2?
0.014EI2?
0.014EI2?
0.059EI2?
0.059EI
=
?
37257.6
EI
?
h0k2?
h0k2?
h0k3?
1?
?
EI?
?
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545
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x）?
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x?
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x?
x?
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h0k?
h0k?
?
?
232?
EI?
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4?
12?
ss?
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11.174?
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169?
169169133
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71.1667?
13=?
EI?
1201204?
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0.059?
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78733.5
EI
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69.6?
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EIEIEIEI?
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113
M4?
?
13?
11.174?
13?
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90.2?
12?
240.2?
8?
387.9?
4=-464.1kN?
m
23
?
4?
y?
Nk?
A1?
A2?
A3?
387.9
1.2计算地下连续墙嵌固深度pa?
?
zKa?
2cKa
pp?
?
rh?
p?
Ka?
2cKa
圆弧滑动稳定性验算时，不考虑支撑力的影响，抗剪强度取峰值，可采用瑞典条分法；一般最危险滑动面在墙底下0.5～1.0m，滑动面的圆心一般在坑壁墙面的上方，靠坑内侧附近，按下式计算：
Kz?
?
clqb?
w?
cos?
ii
ii
i
i?
1
nn
i
tan?
i
?
?
qb?
w?
sin?
ii
i
i?
1
i?
1n
i
式中：
Kz
—为圆弧滑动稳定性安全系数；
—第i土条圆弧面经过的土的粘聚力和内摩擦角；
ci?
ili
?
i—第i土条滑弧中点的切线与水平线的夹角；
—第i土条沿圆弧面的弧长，
li?
bicos?
i
；
2
kNmi—第土条处的地面荷载（）；
bi
—第i土条宽度（m）；wikN/mi
qi
—第土条重量（）。
图4-8基坑整体稳定性验算示意图
根据瑞典条分法，按比例绘出该基坑的截面图，如图4-8所示，垂直截面方向取1m长进行计算。
任意取滑动圆弧的圆心，取半径r=17m，取土条宽度b=0.1r=1.7m,共分20条。
计算各土条的重力wi?
bihi?
1?
?
，其中hi为各土条的中间高度，可按比例从图中量出，本设计中-6号土条的宽度与b不同，因此要换算成同面积及宽度b时的高度，换算时土条-6和10可视为三角形，得到土条高度如表1所示。
n
n
Kz?
?
clqb
ii
i
i?
1
i
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