水泥土重力式围护结构

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1、2.2.5水泥土重力式围 护结构设计计算水泥土重力式结构的特点： （1）适用于基坑开挖深度；对于软土的基坑支护， 一般支护深度不大于6m，对于非软土基坑的支护则支 护深度可达10m，做止水帷幕则受到垂直度要求的控 制。 （2）用途： （a）作为基坑开挖重力式围护结构，同 时起到隔水作用；（b）作为提高边坡抗滑稳定性加 固；（c）作为止水帷幕（独立式及联合式）；(d)与 其它桩、型钢等组成组合式结构。水泥土重力式围护结构设计计算方法按重力式 挡土墙考虑，主要包括下述计算内容：1. 初步确定挡土墙的宽度B和长度L（或插入深度d ）；2. 土压力计算（或挡土墙荷载主力、附加力及特殊 力计算）；3.

2、抗倾覆验算；4. 抗滑动验算；5. 墙体强度验算；6. 基坑抗隆起验算；7. 整体稳定性验算；8. 抗管涌验算。如果3项验算中存在不满足要求或安全度 偏高，则应调整挡土墙尺寸，重新验算，直至合格满 足规范要求，且较经济合理为止。 1. 初步确定挡土墙宽度B和长度L基坑开挖深度为H，根据地基土质情况，挡土墙 宽度B可取（0.45 0.95）H，基坑底插入深度d可取（ 0.7 1.2）H，即挡土墙长度L=（1.7 2.2）H。 2. 土压力计算 1）方法一：作用在离地面深度为h处的主动土压力密度pa为：(2.2.21)作用在离地面深度为h处的被动土压力密度pp为:(2.2.22) 式中 Ka主动土

3、压力系数，Kp被动土压力系数，关于土压力计算的几点说明：(1) 上两式是土体处于极限平衡状态下得到的，而且只考 虑挡土结构的刚性平移。实际中水泥挡土墙在土压力作用下会 产生弯曲变化，它将改变土压力按三角形分布的形状。大部分 基坑围护工程中，土体未达到极限状态。土体未达到一定量的 位移，实际主动压力要比式 2.2.21 计算值大，而被动压力要比 式2.2.22计算值小。实际设计中，常对由式2.2.22计算得到的被 动土压力值作一折减，若基坑周围建筑不允许围护结构产生较 大位移，主动土压力计算值可取静止土压力值与由式2.2.21计 算值之间。土的静止土压力系数K0值由下式计算；K0=1-sin (

4、2.2.23)为了考虑挡土结构弹性变形对土压力的影响，可采用“m” 法进行验算。在“m” 法中，作用在挡土结构上的力采用弹簧力 模拟，每只弹簧的力不仅与土的基床系数有关，而且与该点位 移有关。 关于土压力计算的几点说明：(2) 关于水土合算与水土分算的合理性在理论上尚未有明 确结论。在工程实际上，不少工程师在计算中，对渗透系数较 小的粘性土地基，采用水土合算计算土压力(包括水压力)，上 式中的重度取饱和重度，土的强度指标取总应力指标。对渗透 系数较大的砂土地基，采用水土分算，上式中的重度取有效重 度，土的强度指标取有效应力指标。同时计算作用在支挡结构 上的水压力，距地下水位距离为h处水压力值P

5、w为：Pw=wh(3) 对多层地基，计算参数可采用厚度加权平均值计算土 压力，也可分层计算土压力。2）方法二：建筑基坑支护技术规范（JGJ120-99）规定的方 法： 主动土压力计算：（a）对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土分算原则计 算主动土压力：(b)对于粘性土按水土合算原则确定主动土压力：式中 ai作用于深度zj处的竖向应力标准值；mj计算参数，当zj h时，取h；wa计算系数，当hwah时，取1，当hwah时，取零；zj计算点深度；hwa基坑外侧水深；cik第i层土粘结力，由三轴固结不排水试验确定；Kai第i层土主动土压力系数。w水的重度。 被动土压力计算： （a）对于砂性土、粉

6、土及透水性好的杂填土按水土分算原则计算 被动土压力：(b)对于粘性土按水土合算 原则确定被动土压力：符号意义同上。3. 抗倾覆验算按重力式挡土墙计算绕前趾O点（图2-2-13）的抗倾覆安 全系数。 抗倾覆力矩MR有：（a）墙前被动土压力Pp及水压力对O点力 矩；（b）水泥围护结构自重对O点力矩。 倾覆力矩Ma有：（a）墙背主动土压力Pa及水压力对O点力矩 ；（b）地面荷载对O点产生的倾覆力矩。 抗倾覆安全系数K1为：K1=MR/Ma (2.2.25) 一般要求K1值不小于1.3（按铁路路基支挡结构设计规范 2001）4. 抗滑动验算验算围护结构沿底面OA产生滑动破坏的可能性。滑动力Fa为：作用

7、在墙背上的主动压力Pa及水压力之和； 抗滑力FR为：墙前的被动土压力Pp及水压力之和FR2及OA面上 能提供的抗滑力FR1之和。 FR1为：FR1 = Wf + C0B抗滑动安全系数为：式中 W围护结构自重； BOA界面宽度；f、C0OA界面上摩擦系数及内聚力； 5.墙体强度验算按建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定：1）压应力验算：2）拉应力验算： 式中水泥土墙平均重度； W断面抗弯模量，m3 。0基坑安全等级重要性系数；fc水泥土开挖龄期抗压强度设计值；z由墙顶至计算截面的深度；M单位长度墙截面弯矩设计值，M=1.250MckNm ；Mc截面弯矩计算值。6.基坑抗隆起验算方法一（

8、按墙体极限弯矩）：如图2-2-14所示，假定软土地基沿某 圆柱面EF发生破坏和滑动，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴O转 动，其滑动力矩Ma为： 抗滑动力矩Mr为：抗隆起安全系数K3表达式为：式中 q基坑面上荷载，kPa； 土的重度，kN/m3；x,H滑动面半径和基底深度m ； Cu地基土不排水抗剪强度kPa；一般要求K3不小于1.2。7. 整体稳定性验算 建筑基坑支护技术规程建议采用圆弧滑动简单分条法计算，如 图所示：式中 ci、i最危险滑动面上第i土条滑动面上的粘聚力、内摩擦角；li第i土条的弧长；bi第i土条的宽度；Wi第i土条的重力；i弧线中点切线与水平线夹角。最危险滑动面往往在挡 土墙

9、底下0.5 1.0m处，如土 层差，还可能深一些。资料 表明，整体稳定性条件是嵌 入深度的主要控制因素。8.抗管涌验算抗管涌验算如图2-2-15所示， 基坑土体最大可能的渗透压应力f为：式中 i水力梯度；w水的重度，kN/m3。 抗管涌安全系数K5表达式为：式中 w1基底表面单元体重力w1= 1 1 1 ；F基底表面单元体受到的渗透压力F=f 1 1土的有效重度。由式2.2.35可得挡土墙插入基坑底深度d的表达式抗管涌安全系数K5一般不应小于1.5 2.5。9. 水泥土墙的变形计算 1） “m”法（注册岩土工程师复习资料）挡墙被动土压力分布如图所示。将坑底以上的墙背土压力简化 到挡墙坑底截面处

10、（为M0、H0）,坑底以下墙体视为桩头有水平力 H0和力矩M0共同作用的完全埋置桩，然后根据挡墙坑底以下墙身受 力条件，计算墙坑底截面处的水平位移Y0和转动角0。Y0=H0HH-M0HM0=H0MH-M0MM式中 HH 、HM分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的水平位移；MH 、 MM分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的转角。墙底支承于非岩石类土中且ahp2.5时，或墙底支承于基岩ahp3.5 时 墙底支承于非岩石类土中且ahp2.5时， 或墙底支承于基岩且 ahp3.5时作用在坑底处挡墙截面上的力矩M包括坑底以上的墙背上压 力产生的力矩M0和坑底以上的墙体自重产生的力矩Mw1，当M 0时 ，略去

11、力矩对位移的影响，此时 Y0=H0HH 0= H0MH墙顶位移：式中 a = mb1/EIE水泥土搅拌桩弹性模量； mv墙底土的地基系数；I挡墙截面的惯性距 I = B3b1/12b1挡墙计算单元长度，一般取 b1 =1.0m；m地基土水平抗力沿深度墙长的比例系数；A0 、 B0 、 C0无量纲系数。A、 B、 C 、D无量纲系数，按ahp查建筑桩基技术规范 （JGJ94-94）2.2.6 施工单轴、双轴深层搅拌机械，喷浆、喷粉深层搅拌法，各自都有 一定的优势。一般采用：处理低含水量地基土用喷浆，高含水量地基土（淤泥）用喷粉。 处理民用住宅的条基采用单轴比较灵活，应用于围护结构、防渗帷幕特别是

12、在搅拌形成水泥土块体时， 双轴比单轴有优势。2.2.7 质量检测高压喷射水泥水灰比宜为1.0 1.5。切割搭接宽度应符合下列规定：旋喷固结体不宜小于150mm；摆喷固结体不宜小于150mm；定喷固结体不宜小于200mm；水泥土桩应在施工一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段 检查成桩质量，若不符合设计要求，应及时调整施工工艺。水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯 数量不宜小于总桩数的2%，且不应少于5根；并应根据设计要求取 样进行单轴抗压强度试验。2.3 强夯法和强夯置换法2.3.1 概述强夯法是使用吊升设备将很重的锤（一般为100600kN） 起吊至较大高度（一般为640m

13、）后，使其自由落下，产生巨 大的冲击能量（600 10000kNm ）作用于地基，给地基以冲 击和振动，从而在一定范围内使地基的强度提高，压缩性降低 ，改善地基的受力性能。强夯法适用条件： 1. 强夯法适用于加固碎石土、砂土、低饱和度的粘性土、 素填土、杂填土、湿陷性黄土等地基。通常认为强夯法只使用 于塑性指数Ip10的土。2. 对于淤泥和淤泥质土结构强度破坏后，土体强度恢复很 慢，甚至难于恢复。土体渗透系数小，超孔隙水压力极难消散 ，故不宜采用强夯法加固。3. 强夯置换法在地基中设置碎石墩，并对地基土进行挤密 。强夯置换法使用范围较广。2.3.2强夯法和强夯置换法加固原理1. 强夯法加固基本

14、原理：土层在巨大的强夯冲击能作用下，土中产生了 很大的应力和冲击波，致使土中孔隙压缩，土体局 部液化，夯击点周围一定深度内产生裂隙形成良好 的排水通道，使土中孔隙水（气）顺利溢出，土体 迅速固结，从而降低此范围内土的压缩性，提高地 基承载力。有资料显示，经强夯的粘性土，其承载 力可增加100%300%，粉砂土可增加200%400% 。1) 饱和土的加固机理传统的饱和土固结理论为Terzaghi固结理论：认为饱和土 是二相土，假定水和土粒本身是不可压缩的，固结就是土体孔 隙体积的缩小和孔隙水的排出。饱和土在冲击荷载的作用下， 水不能及时排除，故土体积不变而只发生侧向变形，因此夯击 时饱和土造成侧

15、面隆起，重夯时形成“橡皮土”。强夯时则不同，Menard认为：饱和土并非二相土，二相土 的液体中存在一些封闭气泡，约占气体总体积的1%3%，在 夯击时，这部分体积可压缩，认为饱和土是可压缩的。他还提 出了一个新的动力固结模型。 Menard动力固结理论及模型概述 ： 饱和土的压缩性（液体的可压缩性）：强夯时土体中 封闭气泡体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体体积有所膨胀 ，孔隙水排出，液相、气相体积减小，即饱和土具有可压缩性 ，这就是强夯时土体产生瞬间压缩变形的条件。1) 饱和土的加固机理 不定比弹簧（局部液化）：强夯时土体结构被破坏，土 体被压缩，土粒周围的弱结合水由于震动和温度影响，束缚作 用降低，随着夯击能量的增大，可产生局部液化，弱结合水变 成自由水，土的强度下降到最小值。随着自由水被排出，孔隙 水压力降低，结构恢复，强度增加，因此土的压缩模量在各阶 段不断变化。 变孔径排水活塞（可变渗透系数）：由于强夯时夯击 能较大并以波的形式传播，在土体内出现裂隙，形成树枝状排 水网络，使土体渗透系数变化，孔隙水得以顺利溢出。随着孔 隙水压力消散，土颗粒重新排列，微裂缝重新闭合。 有摩擦活塞：在强夯击作用下土中含气孔隙水不能立 即消散而具有滞后的现象，气相体积