圓筒形地下連續(xù)墻

第第頁圓筒形地下連續(xù)墻1.特點圓筒形地下連續(xù)墻多用于主體結構為圓形，或受到主體結構限制需采用無支撐大空間施工的工程。圓筒形地下連續(xù)墻圍護結構的有以下特點：(1)充分利用了土的拱效應，降低了作用在支護結構上的土壓力；(2)圓形結構具有更好的力學性能，與常規(guī)形狀的基坑不同，它可將作用在其上面的荷載基本上轉化為地下連續(xù)墻的環(huán)向壓力，可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特點，有利于控制基坑變形。(3)在工程中圓筒形地下連續(xù)墻平面形狀實際為多邊形，并非理想的圓形結構，其受力狀態(tài)以環(huán)向受壓為主，受彎為輔。2.墻體變形和內力計算方法(1)荷載圓筒形基坑工作過程中實際作用的土壓力是一種非極限狀態(tài)土壓力。相對于極限狀態(tài)，非極限狀態(tài)下的土壓力是一個更為復雜的問題，它與圍護結構的變形密切相關，圍護結構的剛度越大其變形越小，主動區(qū)作用的土壓力就越接近于靜止土壓力。由于圓筒形連續(xù)墻的水平剛度大，圍護結構變形較小，基于工程安全的考慮，在分析圓形基坑時，主動區(qū)作用的土壓力可按靜止土壓力進行計算。(2)計算方法對于圓筒形地下連續(xù)墻，可供選用的計算方法有平面豎向彈性地基梁法、空間彈性地基板法和三維連續(xù)介質有限元法三種方法。三種計算方法詳見本手冊第六章。圓筒形布置的地下連續(xù)墻理想狀態(tài)下受力以環(huán)向軸壓為主，受力性能較好。在實際工程中，考慮到土方并非理想狀態(tài)下對稱開挖、土層分布不均勻和施工荷載等因素的影響，以及“兩墻合一”地下連續(xù)墻正常使用階段可能受到的地震荷載影響，應對圓筒形布置的地下連續(xù)墻處于非均勻圍壓受力狀態(tài)下進行計算分析。a.平面豎向彈性地基梁法平面豎向彈性地基梁法已經成為目前工程界普遍采用的方法，且相關的設計軟件提供了相應的分析模塊，應用較為方便。對于空間效應明顯圓形基坑，當采用平面彈性地基梁法求解地下連續(xù)墻的變形與內力時，忽略了圓形基坑的拱效應，地下連續(xù)墻是通過豎向梁作用來受水土壓力，作為抗彎構件，其厚度（抗彎剛度）決定了變形與受力的大小。在這種未考慮圓形基坑空間拱效應的受力模式下，計算得到的連續(xù)墻變形與彎矩無疑代表了一種極端值。采用平面豎向彈性地基梁法忽略了圓形圍護結構的三維拱效應，分析結果并不合理。并且平面彈性地基梁法僅能提供地墻豎向計算內力，對于圓筒形地下連續(xù)墻環(huán)向內力無法給出。在平面分析模式下，作用在地下連續(xù)墻外側的水土壓力全部由內支撐體系和坑內土體提供的抗力來平衡，各道水平支撐皆會產生較大的軸力。b.空間彈性地基板法根據第六章的計算分析，空間彈性地基板法能反映圓筒形地墻的整體受力特性。圓筒形結構把大部分側向荷載轉移給連續(xù)墻環(huán)向拱結構，相應減輕連續(xù)墻豎向梁結構的負擔，克服平面計算中豎向應力過大的缺點，且通過環(huán)向拱作用直接提供水平抗力減小內支撐受力，達到結構整體應力分布均勻，設計趨于經濟合理。c.三維連續(xù)介質有限元法與空間彈性地基梁（板）法相比，連續(xù)介質有限元法用實體單元來模擬土體，在以下幾個方面較為合理：(a)墻土之間的作用關系得到更好模擬，可以在一個模型中解答工程所關心的諸如環(huán)境變形等問題，而非僅僅是地墻本身；(b)反映作用于樁側的土壓力隨圍護體的變形而動態(tài)改變的事實，而非極限狀態(tài)下的朗肯土壓力；(c)可以反映土體的本構關系及土與土之間的相互作用，而非彼此相互獨立的彈簧；可以反映土體與地墻之間的共同作用。綜合以上分析，由于圓筒形地下連續(xù)墻具有較強的空間效應，相對于豎向彈性地基梁法，采用空間彈性地基板法和三維連續(xù)介質有限元法更能準確反應地下連續(xù)墻的實際受力狀態(tài)。3.圓筒形地下連續(xù)墻設計(1)墻體截面及配筋在采用圓筒形布置地下連續(xù)墻的工程中，水土壓力的作用將主要轉化為環(huán)向壓力，地下連續(xù)墻表現出以環(huán)向拱受壓的為主，豎向梁受彎為輔的結構受力特點，這與常規(guī)非圓形基坑地下連續(xù)墻的受力特點完全不同，因此根據地下連續(xù)墻的受力特點，圓筒形地下連續(xù)墻的截面厚度應根據環(huán)向壓力經計算確定，墻體也按環(huán)向水平鋼筋為主，豎向鋼筋為輔的原則進行配筋。(2)施工接頭的設計與分析a.施工接頭設計圓筒形地下連續(xù)墻槽段施工接頭需承受巨大的壓應力，應選擇工字形型鋼接頭等受壓性能較好的施工接頭以利于巨大環(huán)向壓力的傳遞。工字形型鋼接頭不存在無筋區(qū)，形成的地下連續(xù)墻整體受力性能好，可適應接頭區(qū)復雜的受力要求。而且該接頭還可免除常規(guī)地下連續(xù)墻需在接頭部位設置和拔出鎖口管或接頭箱流程。b.施工接頭分析圓筒形地下連續(xù)墻通常采用一字形或L形槽段擬合，而非理想的圓形結構，而且在實際工程中，考慮到土方并非理想狀態(tài)下對稱開挖、土層分布不均勻和施工荷載等因素的影響，圓筒形地下連續(xù)墻并非處于理想的均勻環(huán)向受壓狀態(tài)，施工接頭可能同時存在彎、剪、扭受力狀態(tài)，因此需要根據施工接頭的實際受力狀態(tài)，對其進行專門的計算分析。實際工程中可采用三維有限元分析模型對接頭受力狀態(tài)進行模擬計算分析。以采用工字形型鋼接頭的世博地下變圓筒形地下連續(xù)墻為例，詳述三維有限元分析模型對接頭受力狀態(tài)進行模擬，分析型鋼接頭在多種荷載作用下的受力性能的過程。世博地下變電站圓筒形地下連續(xù)墻的直徑130m，挖深34m，施工接頭全部采用工字鋼接頭。工字形型鋼接頭見圖11-31、32。(a)計算模型為了既能反映圓筒形地下連續(xù)墻以環(huán)向受壓為主的受力性能，又能充分利用計算資源，計算平面按圓筒形墻體的實際平面形狀取近似圓形、豎向取1.5m深度范圍內的地下連續(xù)墻作為分析模型，所取的深度為地墻整體計算結果中側向位移最大值所處位置。三維有限元模型包括一期和二期槽段、兩期槽段之間的工形型鋼接頭。為反映一期槽段與二期槽段之間的薄弱段(見圖11-32)，模型中也考慮了一期與二期槽段的配筋，圖11-31與圖11-32分別為一期與二期槽段的配筋圖。圖11-33為圓筒形地下連續(xù)墻模型的局部視圖，其中地下連續(xù)墻槽段采用實體單元模擬；工字形型鋼接頭采用板單元模擬；鋼筋采用空間梁單元模擬。各部分模型見圖11-34～圖11-35。(b)荷載取值圓筒形結構所受到的水土壓力主要以環(huán)向壓力為主（如圖11-38所示），而考慮到基坑施工階段土方并非理想狀態(tài)下對稱開挖、土層分布不均勻和施工荷載等因素的影響，以及“兩墻合一”地下連續(xù)墻正常使用階段可能受到的地震荷載影響，圓筒形地下連續(xù)墻并非處于理想的均勻環(huán)向受壓狀態(tài)。因此為了模擬圓筒形地下連續(xù)墻的不均勻受荷狀態(tài)，進而分析施工接頭的復雜受力狀態(tài)，在環(huán)向水土壓力的基礎上另外考慮水平向的單側推壓荷載作用。水土壓力取為該深度處的靜止土壓力值，水平單側推壓荷載相應位置均壓荷載值的20％左右。4.施工要點由于常規(guī)成槽機只能施工一字形或轉角槽段，在槽段施工時可采用直形槽段或大角度的折線槽段擬合成近似圓筒形的形狀。因此，需根據槽段劃分形式確定導墻的平面形狀，在轉交部位將導墻向外延伸400～600mm，以確保成槽時角部泥土挖除干凈。圓筒形地下連續(xù)墻槽段接