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加筋水泥土墙围护结构

316 2021-11-04 14:46:25

1.发展历史和使用现状

水泥土墙作为围护结构在浅基坑中大量运用,连续的水泥土墙具有很好的防渗性能和较大的整体刚度。但对于较深的基坑如不进行特别处理,水泥土墙就无法承受坑外水土压力造成的弯矩与剪力。有人采用格栅式水泥土墙或拱形水泥士墙的方法.但该法增大水泥土墙宽度,不仅增加了施工面积,而且增加了施工期间对周围环境的挤土影响。

在水泥土中插入型钢、钢筋笼或竹筋作为劲性材料形成加筋水泥土墙。不仅能大大提高墙体的抗弯与抗剪能力,而且连续性好,抗渗能力强,对周围环境挤土作用较小。

加筋水泥土墙与格栅式或拱形水泥土搅拌桩围护结构相比,挡墙较薄,节约空间;与地下连续墙围护结构相比,无需泥浆处理,造价较低,仅为壁式地下连续墙的 60%,如果钢材能回收,造价还可降低一半;与柱列式连续墙加搅拌桩(或注浆)围护结构相比,全过程只有一种施工工艺,工艺简单,操作方便,总工期短,而且无需泥浆处理;与钢板桩或预制板桩相比,对周围环境挤土作用较小,而且抗渗漏能力较强。

在日本,加筋水泥土墙适用于软土地层,甚至软岩地层。最大施工深度可达65m。在我国该工艺尚未广泛推广,在软土地区同济大学同建设计事务所已有成功的设计应用先例,随着施工机械等改进,该方法的适用范围将逐步扩大。

目前,日本、台湾等地加筋水泥土墙以其较高防渗性和经济性得到大量应用.仅日本成幸工业株式会社就有七百万例。

现阶段施工中多采用型钢作为劲性材料,在日本称为 SMW(Soil Mixing Wall)工法,本节将着重介绍 SMW工法。

2.构造方式

根据不同地层,水泥土的搭接形式主要有三种,如图9.5-1所示。

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SMW 工法制作围护结构的型钢插人形式主要有间隔插入式,连续插人式和组合式三种形式,如图 9.5-2 所示。

9.5.2 作用机理与计算模型1.作用机理

水泥土搅拌桩作为围护结构无法承受较大弯矩与剪力,插入其中的型钢可大大改善墙体受力。型钢主要用来承受弯矩与剪力,水泥土主要用来止水防渗,对型钢还有围箍作用。在钢结构的计算中,受力型钢要考虑翼缘和腹板的稳定性,为防止翼缘和腹板失稳,翼缘和腹板不可能做得很薄,而插人水泥土中型钢因为水泥土的围箍作用,可不考虑翼缘和腹板的失稳,可将翼缘和腹板做得很薄(小于 10mm)。

水泥土与型钢共同作用尽管无法和钢筋混凝土相比,但对墙体刚度的提高是十分明显的。可用提高系数a 表达

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2.计算模型

加筋水泥土挡墙的计算可采用和其他板桩式结构相同的计算方法,其土压力可按朗金理论确定,也可按考虑时空效应原理的修正方法确定,然后对挡墙进行抗倾覆验算、抗滑动验算和墙身强度验算,并利用圆弧滑动法进行边坡整体稳定验算,当基坑底涉及流砂和管涌时尚需进行抗渗流验算,具体计算参见本书第 2 章有关内容。

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设计计算

加筋水泥土墙设计计算要计算其内力与位移,并验算水泥土、型钢的强度,具体步骤如下∶

1.折算为等刚度厚 h 的混凝土壁式地下墙

设型钢宽度为 W。型钢间的净距为 t.可将其按刚度相等的原则折算为一定厚度的钢筋混凝土壁式地下连续墙,如图9.5-4。

分两种情况考虑;

(1)不考虑刚度提高系数a

加筋水泥土墙仅考虑型钢刚度,每根型钢可等价为宽 W +t,厚度为h 的混凝土壁式地下墙,由二者刚度相等有

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3.施工要点

加筋水泥土墙施工顺序如图9.5-8所示。施工要点如下;

(1)导沟开挖

开挖导向沟槽,可作为泥水沟。并确定表层七是否存在障碍物。导沟一般宽0.8~1.0m,深0.6~1.0m。

(2)置放导轨

导轨主要用于施工导向与型钢定位。

(3)设定施工标志

根据设计的型钢间距.设定施工标志。

(4)SMW施工

首先搅拌下沉,上提喷浆,然后重复搅拌下沉,上提喷浆。在搅拌桩施工注入水泥浆过

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程中,有一部分浆液会返回地面,要尽快清除并沿挡墙方向作一沟槽,方便插人型钢。

(5)插入型钢

一般在水泥土凝固之前型钢靠自重沉入水泥土中,能较好的保持型钢的垂直度与平行度。

(6)固定型钢

型钢沉入设计标高后,用水泥砂浆等将型钢固定。(7)施工完成 SMW

撤除导轨,并按设计顶圈梁的尺寸开槽置模(多为泥模)。(8)废土运弃(9)施工顶圈梁

型钢顶宜浇筑一道圈梁以提高水泥土墙的整体刚度。

需要指出的是;(1)水泥浆中的掺加剂除掺入一定量的缓凝剂(多用木质素磺酸钙)外,宜掺入一定量膨润土,利用膨润土的保水性增加水泥土的变形能力,防止墙体变形后过早开裂影响其抗渗性;(2)对于不同工程不同的水泥浆配合比。在施工前应作型钢抗拔试验,再采取涂减摩剂等一系列措施保证型钢顺利回收利用。