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地下连续墙作为主体结构一部分的设计计算

331 2021-09-03 10:25:42

设计原则与要求 

1.设计原则

(1)地下连续墙结构的设计应满足施工工艺及环境保护要求,保证它在施工及使用过程中必须具备的强度 、刚度、稳定性、抗渗性和抗裂性。

(2)当有人防要求的地下室,地下连续墙与内衬墙组成复合式的地下室外墙,应满足抗核爆强度与防早期核辐射的要求。

(3)地下连续墙作为主体结构一部分,地下连续墙必须落至压缩性小的硬土层上、尽可能使其与建筑物基础沉降变形相协调,使差异沉降减小到最小程度。

(4)地下室各楼层梁板、基础底板与地下连续墙之间要有可靠的连结构造措施,以保证整个地下结构体系整体性。

(5)应根据地下连续墙施工的允许倾斜度与偏差,基坑开挖时墙体可能产生的水平位移及工程测量误差等因素,预留净空裕量。

(6)工程规模大、地质条件或受力条件复杂、邻近地面建筑物或重要地下管线变形敏感的深基工程,宜采用信息化设计。

2.设计要求

(1)应根据建筑物地下室形状尺寸,墙体受力情况,施工条件和周围环境条件等因素,确定地下连续墙单元槽段的平面形状和槽段长度。平面形状根据需要可选用一字形、L 形、 T形或多边形等;单元槽段长度土质好可取 6~8m,土质差可取 4~6m,在保证槽壁稳定和满足施工能力的条件下,宜采用较大的槽段长度,当基坑紧临邻近建筑物的基础时,应采用较小的槽段长度。

(2)地下连续墙的厚度与插人深度由计算确定,同时要与成槽机械的能力相适应。最常用的现浇钢筋混凝土地下连续墙的厚度可选用 60~80cm,个别基坑也用过 100cm、120cm,至于深度则已达 50m左右。预制钢筋混凝土地下连续墙的厚度不宜大于 50cm。

(3)地下连续墙的设计和施工,应根据单元槽段的长度和深度、工程地质和水文地质条件、施工场地周围环境等,通过工程类比和理论分析,必要时也可进行现场成槽试验,确认槽壁施工的稳定性。当槽壁稳定不能满足要求时,应减小单元槽段长度或采取其他辅助 工程技术措施。

(4)地下连续墙槽段之间接头的构造做法如下; 1)接头管(又称锁口管)接头这是当前地下连续墙应用最多的一种接头。施工时。一个单元槽段挖好后于槽段的端部用吊车放入接头管。然后吊放钢筋笼并浇灌混凝土。待混凝 十烧筑后强度达 到 0.05 ~ 0.20MPa(一般在混凝土浇筑开始后3~5h,视气温而定)开始提拔接头管,提拔接头管可用液压顶升架或吊车。开始时约每隔20~30min 提拔一次。每次上拔 30~100cm。上拔速度应与混凝土浇筑速度、混凝土强度增长速度相适应,一般为 2~4m/h,应在混凝土浇筑结束后 8h 以内将接头管全部拔出。形成单元糟段的端部半圆形,继续施工即形成两相邻单元槽段的接头,参见图12.3-1。

2)接头箱接头

接头箱接头可以使地下连续墙形成整体接头,接头的刚度较好。

接头箱接头的施工方法与接头管接头相似,只是以接头箱代替接头管。一个单元槽段挖土结束后,吊放接头箱,再吊放钢筋笼。由于接头箱在浇筑混凝土的一面是开口的,所以钢筋笼端部的水平钢筋可插入接头箱内。浇筑混凝土时。由于接头箱的并口被焊在钢筋笼端部的钢板封住,因而浇筑的混凝土不能进人接头箱。混海七初凝后。与接头管—样逐步吊出接头箱,待后一个单元槽段再浇筑混凝土时,由于两相邻单元槽段的水平钢筋交错搭接,而形成瘾体接头,其施工过程如图 12.3-2 所示。

此外,图12.3-3 所示用 U形接头管与滑板式接头箱施工的钢板接头,是另一种整体式接头的做法,经过我国实践已证明是有效的。

这种整体式钢板接头是在两相邻单元槽段的交界处利用 U 形接头管放入开有方孔且焊有封头钢板的接头钢板。以增强接头的蓉体性。接头钢板 上开有大量方孔,,其目的是为增强接头钢板与混凝土之间的粘结,滑板式接头箱的端部设有充气的锦纶塑料管,用来密封止浆,防止新浇筑混凝土浸透。为了便于抽拔接头箱,在接头箱与封头钢板和 U 形接头管接触处皆设有聚四氟乙烯滑板。

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施工这种钢板接头时。由于接头箱与 U形接头管的长度皆为设计确定的定值,不能任意接头,因此要求挖槽时严格控制槽底标高。 吊放 U 形接头管时。要紧贴半圆形糟壁 其下部一直插到槽底,勿将其上部搁置在导墙上。这种整体式钢板接头的施工过程如图12.3-4所示。

3)隔板式接头

隔板式接头按隔板的形状分为平隔板、榫形隔板和 V形隔板(图 12.3-5)。由于隔板与槽壁之间难免有缝隙。为防止新浇筑混凝土渗人。要在钢筋笼的两边铺贴纤维尼龙等化纤布。化纤布可把单元槽段钢筋笼全部罩住,也可以只有 2~3m 宽。要注意吊入钢筋笼时不要损坏化纤布。

带有接头钢筋的榫形隔板式接头。能使各单元墙段连成—个整体,是一种较好的接头形式,但插入钢筋笼较困难,且接头处混凝土的流动亦受到阻碍,施工时要特别注意。

4)钢板止水式接头

这种接头也是采用接头箱的一种接头形式。相邻单元墙段连接全部采用钢筋笼凹凸镰接。接头的"刚性"和"止水"是通过先浇墙段封头钢板上开孔穿出的预留钢筋和"个 形止水条与后浇墙段相配合来实现的。施工时采用专门设计的带勾头的接头箱,以使先浇墙段的钢筋笼准确就位,并用专门设计的压力箱作为接头箱的后靠,把混凝土对封板的压力。通过接头箱和反力箱传至槽端土壁上,防止封头钢板产生较大的外胀变形。接头结构见图 12.3-6。该接头用于上海人民广场地下变电站的地下连续墙工程。

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(5)地下连续墙与地下室各楼层梁板和基础底板连接做法.根据受力要求的不同,可在墙内预埋连接筋,钢筋连接器或连接板锚筋等措施。钢筋的锚固长度应符合构造规定。(6)地下连续墙作为主体结构的一部分。应根据使用目的,地层条件和受力要求等。合理确定其与主体结构的结合方式,一般单一墙、分离墙、重合墙和复合墙等形式。

(7)地下连续墙作为王体结构一部分(即建筑物基础的-部分)它除了承受外侧十 压力、水压力 、地震作用以及人防核爆等产生的横向水平力外,还将承受地下室各楼层、基础底板以及上部结构传来的竖向荷载,在高层超高层建筑物中同时还承受由地面层楼板传递来的风力或地震作用所产生水平剪力和倾覆力矩,因此,除了要求地下连续墙底部落至压缩性小的硬十层上外。对其底部沉碴厚度要提出施工要求.底部汽磅厚度宜粹制 10cm 之 内。必要时可采用墠设注浆导借管进行底部高压注浆处理墙底端沉渣过厚和加固底部持力层大体。对承受抗倾覆力矩大的地下连续墙,还可根据工程地质条件,受力计算需要,采用打竖向预应力抗拔锚杆,抗拔锚杆宜锚入强中风化岩体内。

(8)地下连续墙作为永久性的主体结构一部分,应根据使用要求和周围环境条件等确定其在外荷载作用下的最大裂缝宽度允许值。迎土面—侧—般不大干 0.2mm。内侧面不大

于0.3mm,对处于侵蚀环境等不利条件下,其最大裂缝宽度允许值应根据具体情况另行确定。

(9)地下连续墙墙面允许斜度应根据其挖槽深度,使用功能和槽段之间的接头型式等确定,一般其垂直度宜控制在 1/300 以内,对采用圆筒形结构时不宜大于1/500∶当槽段之间采用钢筋搭接接头时,连续墙沿深度方向对设计轴线的最大偏差应控制在 ±50mm 以内。

(10)混凝土强度等级不低于 C30,采用现浇地下连续墙应按水下混凝土配制,一般要比设计强度等级提高一级进行配制,水泥用量不少于 400kg/m3,坍落度 18~20cm。水灰比不大于0.6,粗骨料粒径不大于2.5cm。

(11)地下连续墙内墙面的局部凸出一般不宜大于 100mim。

(12)地下连续墙的配筋及构造要求请参见 11.3 内容,并应满足以下要求∶

1)当地下室楼层沿地下连续墙内侧边缘留管道竖井、通风竖井或楼梯间时,地下连续墙槽段接头要躲开竖井位置设置,同时在竖井洞口范围的地下连续墙的横向钢筋在地下室楼层处应按该楼层水平支撑反力大小计算配筋,且应满足抗冲切和抗剪要求。

2)地下室外墙转角处的 L形地下连续墙,其外横向钢筋应按外侧压力大小作水平向弯曲计算沿竖向分段配筋。其内侧横向筋可按构造配筋。

3)地下连续墙在基础底板厚度凹槽的中心线处应预埋水平通长钢板(带锚固筋),供焊接基础底板水平止水钢板带之用。

4)当地下连续墙采用普通接头时,连续墙宜在槽段接头附近的内侧两边沿竖向每隔 1m各预埋一块钢板,并在两槽段预埋钢板上加焊连结钢板或采用水平钢筋搭接焊连接,以加强连续墙的整体性。

5)当建筑物基础采用桩基基础时,地下连续墙与基础边缘桩基之间净距不小于 1m。当工程桩采用打人式(或静压)预制桩时。则必须先旅工工程桩。后施工地下连续墙。当工程桩采用冲(钻)孔灌注桩时,则必须先施工地下连续墙,后施工冲(钻)孔灌注桩,施工顺序切勿颠倒。

12.3.2 地下连续增结构设计计算 1.地下连续墙承受侧向压力计算

(1)墙体承受侧向压力包括土压力、水压力及基坑周围的建筑物与施工过程中的荷载所引起的侧向压力。对有人防要求的地下室还需考虑核爆等效静荷载外侧压力。

(2)计算地下连续墙结构的整体稳定性,确定墙体入土深度时,作用在墙体上土压力分布模式∶墙外侧(即迎土侧)可取主动土压力,墙内侧(即开挖侧)基坑开挖面以下可取被动土压力。

(3)计算地下室"逆作法"施工阶段的地下连续墙内力 与变形时。墙外侧在基坊开挖面以上一般可取主动土压力按直线增加的三角形分布计算,基坑开挖面以下取基坑开挖面处的主动土压力计算值按矩形分布。墙内侧在基坑开挖面以下被动土体以土体弹性抗力的弹簧刚度代替。

(4)计算地下室使用阶段的地下连续墙与内衬墙组成复合式外墙内力与变形时,墙外侧在地下室底板面以上可取静止土压力.按直线增加的三角形分布。地下室底板面以下取地下室底板面处静止土压力计算值按矩形分布。墙内侧地下室底板底面以下被动土体仍以土体弹性抗力的弹簧刚度代替。对于有人防要求的地下室还需考虑核爆等效静荷载的外侧压力。

(5)主动土压力、被动土压力、静止土压力及水压力等按本手册第 2.6章中土压力计算理论公式计算。核爆等效静荷载的外侧压力按人民防空地下室设计规范(GB 50038--94)规定取值。

2.地下连续墙人土深度的确定

通过基坑的抗倾覆(即踢脚)、抗隆起、抗渗流及基坑底抗浮力稳定性验算,确定墙体入土深度(即嵌固深度),上述验算,按本手册第 2 章和第6 章有关内容进行,同时考虑到地下连续墙作为地下 室结构的一部分,需要与建筑物的沉降相协调,墙底端一般要埋设在压缩性小的硬土层上。当压缩性小的硬土层埋置较深、软弱土层较厚时,在满足地下连续墙整个稳定性人土深度要求下,也可采取一部分墙段埋置在压缩小的硬土层上,另一部分墙段按整个稳定性要求入十深度确定墙埋置深度 。此时必须间隔布置。其转角处槽段墙体必须落置在硬土层上,且在地下连续墙顶部设置吊挂压顶梁,吊挂墙顶压顶梁需按未落至硬土层上的墙段传来的荷载,计算确定其截面尺寸与配筋。也可利用墙体槽段之间锁口管孔径施工承重钻孔灌注桩取代落至硬土层上的墙段,并通过墙顶设置吊挂梁以承担连续墙传递来的全部荷载,但施工时必须处理好钻孔灌注桩与地下连续墙之间缝隙防水问题。当地下连续墙兼作承重外墙,其墙底端必须嵌入压缩小的硬土层内一定深度,其竖向承载力按本节第 6 点内容进行计算。当承受竖向荷载较大及解决墙段槽底沉碴过厚影响其竖向承载力时,可采取预先在连续墙内埋设注浆导管进行墙底高压注浆的措施,加固墙底及其下面土层。

当地下连续墙作为地下室承重外墙,其墙底端嵌人压缩性小的硬土层内一定深度时,由于地下连续墙在多层地下室"逆作法"施工过程中连续墙在地下室各楼层处预留水平槽口和预留钢筋与地下楼层周围的梁板咬合和锚拉连接,其整体性强。因此,其地下连续墙抗倾覆(即踢脚)稳定性验算确定墙体入土深度,也可按图 12.3-7 采用下列公式(12.3-1)计算;

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(3)地下室转角处L,型连续墙横向水平配筋计算;为 了保证地下室平面形状和转角处防水问题,地下连续墙在地下室转角处需做成 L. 型槽段,L 现连续墙在外侧向压力作用下.需作水平向弯曲计算进讲行连续墙外侧横向水平配筋.其内侧横向水平筋可按构造配筋.一般取φ16@200。

4,地下连续墙强度计算

地下连续墙既做基坑开挖时挡土 、阻水的临时围护结构,同时又与内衬墙组成复合式结构作为永久性地下室承重外墙。其内力按上面所述的按施工阶段和便用阶段进行计算,并绘出弯矩与剪力包络图,同时相应计算出作用在连续墙上竖向荷载(墙顶上部结构荷载与地下室楼层荷载)所产生墙体轴力和竖向荷载偏心所引起弯矩(或结构整体分析的弯矩),然后进行墙体控制截面内力最不利组合。由于上述计算荷载均取标准值进行墙体内力分析计算.故其内力需乘以1.25综合系数和重要性系数后.按混凝七结构设计规范(GBT 10—89)进行连续墙截面强度计算,鉴于地下连续墙为水下灌注混凝十,泥混凝十强度取值官考惠混凝十不均匀性系数 0,8。地下室"作法"施工,地下连续墙在外侧压力作用下其内力(弯矩与剪力)一般由施工阶段计算内力控制,进行墙体截面强度计算,可不考虑内衬墙的作用,仅作为安全储备,但对于在"逆作法"施工阶段加临时性水平支撑。目内衬墙在临时性水平支撑拆除之

前施工完成,进行使用阶段墙体内力与强度计算,可根据下列两种情况进行内外墙弯矩计算后,进行墙体截面强度计算。

(1)当外墙与内衬墙贴合,但不考虑结合面传递剪力时,内外墙的内力(M,N)可近似按墙体刚度比例分配计算,即;

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(2)当外墙与内衬墙结合成为整体结构,结合面能够传递剪力时,墙体计算厚度取内外墙厚之和,按薯体结构讲行强度(配筋)计算时,必须确保内外墙结合面施工质量,常采用的措施有外墙内侧面凿毛冲洗于净,加设剪力槽和剪力筋,交接面喷射粘结剂,内衬墙宜采用喷射混凝土等。

对于有人防要求的地下室同样按上述两种情况考虑,并按人民防空地下室设计规范(GB 50038—94)规定,进行墙体截面强度验算.并考虑防早期核辐射的要求。

对地下水有腐蚀性的地下连续墙,除了增加地下连续墙保护层厚度及采用相应防腐蚀的水泥品种和骨料之外,还需对连续墙外侧面和地下室底板下内侧面的墙体截面进行抗裂性验算。

5,地下连续墙水平承载力计算

高层或超高层建筑在水平风力与地震作用下,其底部将会引起很大的水平剪力与倾覆力矩。尤其沿海地区台风和高地震烈度地区地震的作用,在超高层建筑底部所产生的巨大水平剪力和倾覆力矩,将给基础设计带来严重的困难。利用作为地下室承重外墙的地下连续墙与结构基础组成联合基础、通过地面层梁板结构(板厚一般不少于 180)将上部结构传来的巨大水平剪力传递给四周围连续墙,可使绝大部分水平前力通过连续墙侧面和底部壁擦力来承担,而底部的倾覆力矩将由上部结构基础承担,从而可使结构受力更为合理。同时也可节约基础造价,取得较好的经济效益。

所以,高层与超高层建筑的风力和地震作用产生水平剪力,可按整个地下室联合基础的各竖向构件刚度进行分配,各部分所分配到的剪力,分别进行强度和稳定性验算。

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