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岩土研究院

地下连续墙的几种典型工作状态及其破坏形式

416 2021-03-27 13:04:37


地下连续墙作为深基坑的一种支护形式,其受力与钢板桩、桩排式灌注桩等挡土结构有许多相似之处。但因为地下连续墙人土深、刚度大、施工过程的工况多,所以设计计算时又有其本身的特殊性。特别是当地下连续墙兼作临时挡土结构和永久性主体结构时,还应按施工阶段和使用阶段两种情况分别进行结构分析。


下图所示为连续墙施工阶段和使用阶段的几种典型工作状态

图4-4a所示为槽段土方开挖阶段,这时地下墙还未形成,槽段内的泥浆起到护壁作用,槽段侧壁的稳定则成为设计计算的关注点。


图 4-4b 所示为地下连续墙已浇筑形成,作为基坑开挖前的初始受力状态。图4-4c所示为基坑第一层土方开挖,地下连续墙处于悬臂受力状态,这时地下墙悬臂状态的强度问题和地面侧向位移的大小成为设计者的关注问题。


图 4-4d所示为基坑土方开挖过程中,有若干道水平支撑作用时的地下连续墙的工作状态,这时连续墙的结构强度和基坑稳定及变形量的大小,是设计计算的重要内容。

图4-4e 所示为基坑土方工程结束,将要浇筑底板前的工况,这时估算基坑隆起量,防止发生管涌、流砂和基坑整体失稳成为设计计算的重要课题。图4-4f所示为工程竣工时的情况,地下连续墙作为主体结构的一部分,应验算在水土压力和上部地面建筑的垂直荷载共同作用下的强度和变形。


地下连续墙挡土结构体系是由墙体、支撑(或地锚)及墙前后土体组成的共同作用受│力体系。它的受力变形状态与基坑形状、尺寸、墙体刚度、支撑刚度、墙体插入深度、土体的力学性能、地下水状况、施工程序和开挖方法等多种因素有关。

多支撑地下墙本身可能破坏的形式可分为稳定性破坏和强度破坏两类,另外还需要控制地下连续墙的变形,变形过大也意味着支护体系的失效。其破坏形式主要为∶

(1)稳定性破坏

包括墙体的整体失稳、基坑的隆起、管涌及流砂。

所谓整体失稳,是指地下连续墙埋深不足,或支撑布置不合理,在基坑开挖过程中墙体位移过大,甚至造成基坑外土体发生滑坡或塌方,使墙体整体失稳破坏。


所谓基坑的隆起破坏,是指在软弱的黏性土层中进行基坑开挖达一定深度,由于基坑内外土体的标高差的增大,基坑未开挖侧的较大的土压力使得墙外侧的土体产生向基坑内挤入、基坑底部土体向上位移的趋势。如果墙体埋深过浅,会产生基坑内土体的隆起,以及基坑外土体的沉陷,致使整个支护结构破坏。


所谓管涌及流砂,是指在含水量较高的砂性土层中用地连墙作为挡土、止水结构时,基坑排水使得基坑内外的水头差增大,当水力梯度超过临界梯度时,引发管涌及流砂现象。而开挖面内外砂土的大量流失,可导致地面沉降过大,基坑无法施工。


(2)强度破坏

墙体的配筋不足以抵抗侧向水土压力的作用,导致墙体开裂或断裂;当支撑强度或刚度不足时,可导致墙体的变形过大而使支挡结构破坏。


(3)墙体的刚度不足引起的破坏

地下连续墙的刚度不足,基坑开挖时墙体的变形过大,导致基坑产生较大的水平位移(此时往往首先造成墙体接头处的开裂或渗水)或墙体由于刚度不足而渗水,引起地表沉降过大,可能造成基坑周围地下管线的断裂和邻近建筑物的损坏。