地下连续墙工艺是近几十年来在地下工程和基础Word格式文档下载.docx
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如果施工现场管理不善,会造成现场潮湿和泥泞,且需对废泥浆进行处理;
现浇的地下连续墙的墙面虽可保证一定的垂直度但不够光滑,如对墙面的光滑度要求较高,尚需加工处理或另作衬壁。
地下连续墙主要用于:
建筑物的地下室、地下停车场、地下街道、地下铁道、地下道路、泵站、地下变电站和电站、盾构等工程的竖井、挡土墙、防渗墙、地下油库、各种基础结构等。
二、地下连续墙作为支护结构时的内力计算
(一)荷载
用作支护结构的地下连续墙,作用于其上的荷载主要是土压力、水压力和地面荷载引起的附加荷载。
若地下连续墙用作永久结构,还有上部结构传来的垂直力、水平力和弯矩等。
作用于地下连续墙主动侧的土压力值,与墙体刚度、支撑情况及加设方式、土方开挖方法等有关。
当地下连续墙的厚度较小,开挖土方后加设的支撑较少、较弱,其变形较大,主动侧的土压力可按朗肯土压力公式计算。
我国有关的设计单位曾对地下连续墙的土压力进行过原体观测,发现当位移与墙高的比值△/H达到1‰一8‰时,在墙的主动侧,其土压力值将基本上达到朗肯土压力公式计算的土压力值。
所以,当地下连续墙的变形较大时,用其计算主动土压力基本能反映实际情况。
对于刚度较大,且设有多层支撑或锚杆的地下连续墙,由于开挖后变形较小,其主动侧的土压力值往往更接近于静止土压力。
如日本的《建筑物基础结构设计规范》中既做如此规定。
至于地下连续墙被动侧的土压力就更加复杂。
由于产生被动土压力所需的位移(我国实测位移与墙高比值△/H需达到1%一5%才会达到被动土压力值)往往为设计和使用所不允许,即在正常使用情况下,基坑底面以下的被动区,地下连续墙不允许产生使静止土压力全部变为被动土压力的位移。
因而,地下连续墙被动侧的土压力也就小于被动土压力值。
目前,我国计算地下连续墙多采用竖向弹性地基梁(或板)的基床系数法,即把地下连续墙入土部分视作弹性地基梁,采用文克尔假定计算,基床系数沿深度变化。
(二)内力计算
作为支护结构的地下连续墙,其内力计算方法国内采用的有:
弹性法、塑性法、弹塑性法、经验法和有限元法。
根据我国的情况,对设有支撑的地下连续墙,可采用竖向弹性地基梁(或板)的基床系数法(m法)和弹性线法。
应优先采用前者,对一般性工程或墙体刚度不大时,亦可采用弹性线法。
此外有限元法,亦可用于地下连续墙的内力计算。
用竖向弹性地基梁的基床系数法计算时,假定墙体顶部的水平力H、弯矩M及分布荷载q1和q2作用下,产生弹性弯曲变形,坑底面以下地基土产生弹性抗力,整个墙体绕坑底面以下某点O转动(图4-2-1)、在O点上下地基土的弹性抗力的方向相反。
图4-2-1竖向弹性地基梁基床系数法计算简图
地下连续墙视为埋入地基土中的弹性杆件,假定其基床系数在坑底处为零,随深度成正比增加。
当α2h≤2.5时,假定墙体刚度为无限大,按刚性基础计算;
当α2h>2.5时,按弹性基础计算,其中变形系数
α2=
(4-2-1)
式中m——地基土的比例系数,有表可查,参阅有关地下连续墙设计与施工规程。
如流塑粘土,液性指数IL≥l,地面处最大位移达6mm时,m=300--500;
E——地下连续墙混凝土的弹性模量;
J——地下连续墙的截面惯性矩;
b——地下连续墙的计算宽度(一般取b=1m)。
根据弹性梁的挠曲微分方程,可得坑底以下墙体的表达式为:
(4-2-2)
解上述微分方程,可得各截面处的弯矩和剪力。
如地下连续墙上有支撑或拉锚时,如图4-2-2所示。
则先根据支点处水平变形等于零,用力法求出支撑或拉锚的内力Ra、Rb、Rc。
再将支撑(拉锚)内力Ra、Rb、Rc作为集中荷载作用在墙上,然后用上述方法计算墙的内力和变形。
图4-2-2有支撑(拉锚)的地下连续墙计算简图
如土方分层开挖并分层及时安设支撑,则需根据实际分层挖土情况,分别用上述方法对各个工况进行计算,其计算简图如图4-2-3所示。
如拆除支撑的方案已定,还需计算各拆撑工况的内力。
图4-2-3分层挖土和安设支撑时的计算简图
(a)分层挖土和支撑安设图;
(b)地下连续墙为悬臂墙;
(c)地下连续墙为单支撑的墙;
(d)地下连续墙为两个支撑的墙
(三)沉降计算
作为支护结构使用的地下连续墙,一般不需进行沉降计算。
如果要计算,则可按下述方法进行。
地下连续墙的底端为承受荷载的作用面,假定该作用面内的荷载为均布。
在此均布荷载q作用下产生的土中应力的竖向分量,按下式计算:
(4-2-3)
式中σz——墙底端长方形荷载面角点下离荷载面深Z(m)处的竖向应力(kN/m2);
m、n——墙底端长方形荷载面的两个边长与Z之比。
沉降量按下式计算:
s=
(4-2-4)
式中s——沉降量(cm);
z——荷载作用的深度(cm);
e1——应力等于σ1z时土的孔隙比;
e2——应力等于σ2z时土的孔隙比;
σ1z——用式(3—4)算得的地下连续墙修建前z处的有效应力(kN/m2);
σ2z——用式(3—4)算得的地下连续墙修建后z处的有效应力(kN/m2)。
(四)构造处理
I混凝土强度及保护层
现浇钢筋混凝土地下连续墙,其设计混凝土强度等级不得低于C20,考虑到在泥浆中浇筑,施工时要求提高到不得低于C25。
水泥用量不得少于370kg/m3,水灰比不大于0.6,坍落度宜为180--210mm。
混凝土保护层厚度,根据结构的重要性、骨料粒径、施工条件及工程和水文地质条件而定。
根据现浇地下连续墙是在泥浆中浇筑混凝土的特点,对于正式结构其混凝土保护层厚度不应小于70mm,对于用作支护结构的临时结构,则不应小于40mm。
II接头设计
总的来说地下连续墙的接头分为两大类:
施工接头和结构接头。
施工接头是浇筑地下连续墙时在墙的纵向连接两相邻单元墙段的接头;
结构接头是已竣工的地下连续墙在水平向与其他构件(地下连续墙和内部结构,如梁、柱、墙、板等)相连接的接头。
1.施工接头(纵向接头)
确定槽段间接头的构造设计时应考虑以下因素:
(1)对下一单元槽段的成槽施工不会造成困难。
(2)不会造成混凝土从接头下端及侧面流入背面。
(3)能承受混凝土侧压力,不致严重变形。
(4)根据结构设计的要求,传递单元槽段之间的应力,并起到伸缩接头的作用。
(5)槽段较深需将接头管分段吊入时应装拆方便。
(6)在难以准确进行测定的泥浆中能够较准确的进行施工。
(7)造价低廉。
常用的施工接头有以下几种:
(1)接头管(亦称锁口管)接头。
这是当前地下连续墙施工应用最多的一种施工接头。
施工时,待一个单元槽段土方挖好后,于槽段端部用吊车放入接头管,然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土,待浇筑的混凝土强度达到0.05--0.20MPa时(一般在混凝土浇筑后3—5h,视气温而定),开始用吊车或液压顶升架提拔接头管,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。
接头管直径一般比墙厚小50mm,可根据需要分段接长。
接头管拔出后,单元槽段的端部形成半圆形,继续施工即形成两相邻单元槽段的接头,它可以增强整体性和防水能力,其施工过程如图4-2-4所示。
此外,还有“注砂钢管接头工艺”等施工方法。
图4-2-4接头管接头的施工顺序
(a)开挖槽段;
(b)吊放接头管和钢筋笼;
(c)浇筑混凝土;
(d)拔出接头管;
(e)形成接头
1-导墙;
2-已浇筑混凝土的单元槽段;
3-开挖的槽段;
4-未开挖的槽段;
5-接头管;
6-钢筋笼;
7-正浇筑混凝土的单元槽段;
8-接头管拔出后的孔洞
(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。
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,接头箱的开口面被焊在钢筋笼端部的钢板封住,因而浇筑的混凝土不能进入接头箱。
混凝土初凝后,与接头管一样逐步吊出接头箱,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,而形成整体接头,其施工过程如图4-2-5所示。
图4-2-5接头箱接头的施工顺序
(a)插入接头箱;
(b)吊放钢筋笼;
(d)吊出接头管;
(e)吊放后一槽段的钢筋笼;
(f)浇筑后一槽段的混凝土,形成整体接头
1-接头箱;
2-接头管;
3-焊在钢筋笼上的钢板
此外,图4-2-6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。
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,以增强接头的整体性。
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。
图4-2-6U形接头管与滑板式接头箱
(a)U形接头管;
(b)滑板式接头箱;
1-接头钢板;
2-封头钢板;
3-滑板式接头箱;
4-U形接头管;
5-聚四氟乙烯滑板;
6-锦纶塑料管
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按设计确定的定值,不能任意接长,因此要求挖槽时严格控制槽底标高。
吊放U形接头管时,要紧贴半圆形槽壁,且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4-2-7所示。
图4-2-7U形接头管与滑板式接头的施工顺序
(a)单元槽段成槽;
(b)吊放U形接头管;
(c)吊放接头钢板和接头箱;
(d)吊放钢筋笼;
(e)浇筑混凝土;
(f)拔出接头箱;
(g)拔出U形接头管
1-U形接头管;
2-接头箱;
3-接头钢板;
4-封头钢板;
5-钢筋笼
(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4-2-8)。
由于隔板与槽壁之间难免有缝隙,为防止新浇筑的混凝土渗入,要在钢筋笼的两边铺贴维尼龙等化纤布。
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。
图4-2-8隔板式接头
(a)平隔板;
(b)榫形隔板;
(c)V形隔板
1-正在施工槽段的钢筋笼;
2-已浇筑混凝土槽段的钢筋笼;
3-化纤布;
4-钢隔板;
5-接头钢筋
带有接头钢筋的榫形隔板式接头,能使各单元墙段形成一个整体,是一种较好的接头方式。
但插人钢筋笼较困难,且接头处混凝土的流动亦受到阻碍,施工时要特别加以注意。
2.结构接头
地下连续墙与内部结构的楼板、柱、梁、底板等连接的结构接头,常用的有下列几种:
(1)预埋连接钢筋法。
预埋连续钢筋是应用最多的一种方法,它是在浇筑墙体混凝土之前,将加设的设计连接钢筋弯折后预埋在地下连续墙内,待内部土体开挖后露出墙体时,
凿开预埋连接钢筋处的墙面,将展出的预埋连接钢筋弯成设计形状,与后浇结构的受力钢筋连接(图4-2-9)。
为便于施工,预埋的连接钢筋的直径不宜大于22mm,且弯折时加热宜缓慢进行,以免连接筋的强度降低过多。
考虑到连接处往往是结构的薄弱处,设计时一般使连接筋有20%的富余。
(2)预埋连接钢板法。
这是一种钢筋间接连接的接头方式,在浇筑地下连续墙的混凝土之前,将预埋连接钢板放入并与钢筋笼固定。
浇筑混凝土后凿开墙面使预埋连接钢板外露,用焊接方式将后浇结构中的受力钢筋与预埋连接钢板焊接(图4-2-10)。
施工时要注意保证预埋连接钢板后面的混凝土饱满。
(3)预埋剪力连接件法。
剪力连接件的形式有多种,但以不妨碍浇筑混凝土、承压面大且形状简单的为好(图4-2-11)。
剪力连接件先预埋在地下连续墙内,然后弯折出来与后浇结构连接。
图4-2-9预埋连接钢筋法图4-2-10预埋连接钢板法图4-2-11预埋剪力连接件法
1-预埋的连接钢筋;
2-焊接法;
1-预埋的连接钢板;
1-预埋剪力连接件;
2-地下连续墙;
3-地下连续墙;
4-后浇结构中3-地下连续墙;
4-后浇结构中3-后浇结构
受力钢筋;
5-后浇结构受力钢筋;
5-后浇结构
三、地下连续墙施工
(一)施工前的准备工作
I施工现场情况调查
1.有关机械进场条件调查
除调查地形条件等之外,还需调查所要经过的道路情况,尤其是道路宽度、坡度、弯道半径、路面状况和桥梁承载能力等,以便解决挖槽机械、重型机械等进场的可能性。
2.有关给排水、供电条件的调查
地下连续墙施工需要用大量的水,挖槽机械等亦需耗用一定的电力,因而需要调查现有的供水和供电条件(电压、容量、引入现场的难易程度),如现场暂时不具备,则要设法创造条件。
地下连续墙施工时需用泥浆护壁,泥浆中又混有大量土碴,因此排出的水容易引起下水道堵塞和河流污染等公害,在这方面应给予充分的注意。
3.有关现有建(构)筑物的调查
当地下连续墙的位置靠近现有建(构)筑物时,要调查其结构及基础情况,还要了解其基础埋置深度及其以下的土质情况,以便确定地下连续墙的位置、槽段长度、挖槽方法、墙体刚度及土体开挖后墙体的支撑等。
同时还要研究现有建(构)筑物产生的侧压力是否会增大地下连续墙体的内力和影响槽壁的稳定性。
4.地下障碍物对地下连续墙施工影响的调查
埋在地下的桩、废弃的钢筋混凝土结构物、混凝土块体和各种管道等是地下连续墙施工时的主要障碍物。
应在开工前进行详细的勘查,并尽可能在地下连续墙施工之前加以排除,否则会给施工带来很大的困难。
5.噪音、振动与环境污染的调查‘
防止噪音、水体、泥浆等造成环境污染。
II水文、地质情况调查
确定钻孔位置,钻孔深度、深槽的开挖方法、决定单元槽段长度、估计挖土效率、考虑护壁泥浆的配合比和循环工艺等,都与地质情况密切有关。
如深槽用钻抓法施工,目前钻导孔所用的工程潜水电钻是正循环出土,当遇到砂土或粉砂层时,要注意不要因钻头喷浆冲刷而使钻孔直径过大,或造成局部坍方,从而影响地下连续墙的施工质量。
又如遇到卵石层,由于泥浆正循环出土不能带出卵石而使其积聚于孔底,会造成不能继续钻孔的困难。
导板抓斗的挖槽效率也与地质条件有关,由于在深槽内挖土的工作自由面比地面上挖土少,工作条件差;
另外抓斗在槽内是靠自重切入土内,以钢索或液压设备闭斗抓土,因此在土质坚硬时挖土的效率会降低,甚至会导致不能抓土。
此外,地质条件对于反循环出土的泥浆处理方法的选择亦有很大关系。
槽壁的稳定性也取决于土层的物理力学性质、地下水位高低、泥浆质量和单元槽段的长度。
在制订施工方案时,为了验算槽壁的稳定性,就需要了解各土层土的重力密度γ、内摩擦角φ、内聚力c等物理力学指标。
基坑坑底的土体稳定亦和坑底以下土的物理力学指标密切有关,在验算坑底隆起和管涌时,需要土的重力密度γ、土的单轴抗压强度qu、内摩擦角φ、内聚力с、地下水重力密度和地下水位高度等数据,这些都要求在进行地质勘探时提供。
地质勘探中应注意收集有关地下水的资料,如地下水位及水位变化情况、地下水流动速度、承压水层的分布与压力大小,必要时还需对地下水的水质进行水质分析。
另外,在研究地下连续墙施工用泥浆向地层渗透是否会污染邻近的水井等水源时,亦需利用土的渗透系数等指标参数。
根据上述分析可以清楚地看出,全面而正确地掌握施工地区的水文、地质情况,对地下连续墙施工是十分重要的。
(二)制订地下连续墙的施工方案
在详细研究了工程规模、质量要求、水文地质资料、现场周围环境是否存在施工障碍和施工作业条件等之后,应编制工程施工组织设计。
地下连续墙的施工组织设计,一般应包括下述内容:
(1)工程规模和特点,水文、地质和周围情况以及其他与施工有关条件的说明。
(2)挖掘机械等施工设备的选择。
(3)导墙设计。
(4)单元槽段划分及其施工顺序。
(5)预埋件和地下连续墙与内部结构连接的设计和施工详图。
(6)护壁泥浆的配合比、泥浆循环管路布置、泥浆处理和管理。
(7)废泥浆和土碴的处理。
(8)钢筋笼加工详图,钢筋笼加工、运输和吊放所用的设备和方法。
(9)混凝土配合比设计,混凝土供应和浇筑方法。
(10)动力供应和供水、排水设施。
(11)施工平面图布置:
包括挖掘机械运行路线;
挖掘机械和混凝土浇灌机架布置;
出土运输路线和堆土处;
泥浆制备和处理设备;
钢筋笼加工及堆放场地;
混凝土搅拌站或混凝土运输路线;
其他必要的临时设施等。
(12)工程施工进度计划,材料及劳动力等的供应计划。
(13)安全措施、质量管理措施和技术组织措施等。
(三)地下连续墙的施工工艺过程
地下连续墙按其填筑的材料,分为土质墙、混凝土墙、钢筋混凝土墙(又有现浇和预制之分)和组合墙(预制钢筋混凝土墙板和现浇混凝土的组合,或预制钢筋混凝土墙板和自凝水泥膨润土泥浆的组合);
按其成墙方式,分为桩排式、壁板式、桩壁组合式;
按其用途分为临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构一部分兼作临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙。
目前,我国建筑工程中应用最多的还是现浇的钢筋混凝土壁板式地下连续墙,多为临时挡土墙,亦有用作主体结构一部分同时又兼作临时挡土墙的地下连续墙。
在水利工程中有用作防渗墙的地下连续墙。
对于现浇钢筋混凝土壁板式地下连续墙,其施工工艺过程通常如图4-2-12所示。
其中修筑导墙、泥浆制备与处理、深槽挖掘、钢筋笼制备与吊装以及混凝土浇筑,是地下连续墙施工中主要的工序。
图4-2-12现浇钢筋混凝土地下连续墙的施工工艺过程
(四)地下连续墙施工
I修筑导墙
1.导墙的作用
(1)挡土墙。
在挖掘地下连续墙沟槽时,接近地表的土极不稳定,容易坍陷,而泥浆也不能起到护壁的作用,因此在单元槽段挖完之前,导墙就起挡土墙作用。
(2)作为测量的基准。
它规定了沟槽的位置,表明单元槽段的划分,同时亦作为测量挖槽标高、垂直度和精度的基准。
(3)作为重物的支承。
它既是挖槽机械轨道的支承,又是钢筋笼、接头管等搁置的支点,有时还承受其他施工设备的荷载。
(4)存储泥浆。
导墙可存蓄泥浆,稳定槽内泥浆液面。
泥浆液面应始终保持在导墙面以下20cm,并高于地下水位1.0m,以稳定槽壁。
此外,导墙还可防止泥浆漏失;
防止雨水等地面水流人槽内;
地下连续墙距离现有建筑物很近时,施工时还起一定的补强作用;
在路面下施工时,可起到支承横撑的水平导梁的作用。
2.导墙的形式
导墙一般为现浇的钢筋混凝结构。
但亦有钢制的或预制钢筋混凝土的装配式结构,可多次重复使用。
在确定导墙形式时,应考虑下列因素:
(1)表层土的特性。
表层土体是密实的还是松散的,是否回填土,土体的物理力学性能如何,有无地下埋设物等。
(2)荷载情况。
挖槽机的重量与组装方法,钢筋笼的重量,挖槽与浇筑混凝土时附近存在的静载与动载情况。
(3)地下连续墙施工时对邻近建(构)筑物可能产生的影响。
(4)地下水的状况。
地下水位的高低及其水位变化情况。
(5)当施工作业面在地面以下时(如在路面以下施工),对先施工的临时支护结构的影响。
图4-2-13所示是适用于各种施工条件的现浇钢筋混凝土导墙的形式:
图4-2-13各种导墙的形式
3.导墙施工
现浇钢筋混凝土导墙的施工顺序为:
平整场地→测量定位→挖槽及处理弃土→绑扎钢筋→支模板→浇筑混凝土→拆模并设置横撑→导墙外侧回填土(如无外侧模板,可不进行此项工作)。
当表土较好,在导墙施工期间能保持外侧土壁垂直自立时,则以土壁代替模板,避免回填土,以防槽外地表水渗入槽内。
如表土开挖后外侧土壁不能垂直自立,则外侧亦需设立模板。
导墙外侧的回境土应用粘土回填密实,防止地面水从导墙背后渗入槽内,引起槽段坍方。
导墙的厚度一般为0.15一0.20m,墙趾不宜小于0.20m,深度一般为1.0—2.0m。
导墙的配筋多为Φ12@200,水平钢筋必须连接起来,使导墙成为整体。
导墙施工接头位置应与地下连续墙施工接头位置错开。
导墙面应高于地面约10cm,可防止地面水流入槽内污染泥浆。
导墙的内墙面应平行于地下连续墙轴线,对轴线距离的最大允许偏差为土l0mm;
内外导墙面的净距,应为地下连续墙名义墙厚加40mm,净距的允许误差为土5mm,墙面应垂直;
导墙顶面应水平,全长范围内的高差应小于土10mm,局部高差应小于5mm。
导墙的基底应和土面密贴,以防槽内泥浆渗入导墙后面。
现浇钢筋混凝土导墙拆模以后,应沿其纵向每隔1m
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- 地下 连续 工艺 几十年来 地下工程 基础