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1、地下连续墙的设计原理与关键技术地下连续墙的设计原理与关键技术第一章 地下连续墙概述地下连续墙是用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的墙体，国内外越来越多的工程中将支护结构和主体结构相结合设计，即在施工阶段采用地下连续墙作为支护结构，而在正常使用阶段地下连续墙又作为结构外墙使用，在正常使用阶段承受永久水平和竖向荷载，称为“两墙合一”。1.1地下连续墙的特点地下连续墙已被公认为是深基坑工程中最佳的挡土结构之一，它具有如下显著的优点： (1) 施工具有低噪音、低震动等优点，工程施工对环境的影响小； (2) 连续墙刚度大、整体性好，基坑开挖过程中安全性高，支护结构变形较小； (3) 墙身具有良好的抗渗
2、能力，坑内降水时对坑外的影响较小； (4) 可作为地下室结构的外墙，可配合逆作法施工，以缩短工程的工期、降低工程造价。 但地下连续墙也存在弃土和废泥浆处理、粉砂地层易引起槽壁坍塌及渗漏等问题，因而需采取相关的措施来保证连续墙施工的质量。 1.2地下连续墙的适用条件 由于受到施工机械的限制，地下连续墙的厚度具有固定的模数，因此，地下连续墙只有用在一定深度的基坑工程或其它特殊条件下才能显示其经济性和特有的优势。一般情况下地下连续墙适用于如下条件的基坑工程： (1) 深度较大的基坑工程，一般开挖深度大于10m才有较好的经济性； (2) 邻近存在保护要求较高的建、构筑物，对基坑本身的变形和防水要求较高
3、的工程； (3) 基地内空间有限，地下室外墙与红线距离极近，采用其它围护形式无法满足留设施工操作空间要求的工程； (4) 围护结构亦作为主体结构的一部分，且对防水、抗渗有较严格要求的工程； (5) 采用逆作法施工，地上和地下同步施工时，一般采用地下连续墙作为围护墙；(6) 在超深基坑中，例如30m50m的深基坑工程，采用其它围护体无法满足要求时，常采用地下连续墙作为围护体。 1.3地下连续墙的结构形式 地下连续墙的结构形式主要有壁板式、T型和形地下连续墙、格形地下连续墙、预应力或非预应力U形折板地下连续墙等几种形式。 1.壁板式 该形式又可分为直线壁板式（如图1-1（a）所示）和折线壁板式（如
4、图1-1（b）所示），折线壁板式多用于模拟弧形段和转角位置。壁板式在地下连续墙工程中应用得最多，适用于各种直线段和圆弧段墙段。 2. T 型和 形地下连续墙 T型（如图1-1（c）所示）和 形地下连续墙（如图1-1（d）所示）适用于基坑开挖深度较大、支撑竖向间距较大、受到条件限制墙厚无法增加的情况下，采用加肋的方式增加墙体的抗弯刚度。 3.格形地下连续墙 格形地下连续墙（如图11-1（e）所示）是一种将壁板式和 T 形地下连续墙两种形式组合在一起的结构形式，是靠其自身重量稳定的半重力式结构，是一种用于建（构）筑物地基开挖的无支撑空间坑壁结构。格形地下连续墙多用于船坞及特殊条件下无法设置水平支撑
5、的基坑工程。 图1-1 地下连续墙平面结构形式4.预应力或非预应力U形折板地下连续墙这是一种新形式的地下连续墙。折板是一种空间受力结构，有良好的受力特性，还具有抗侧刚度大、变形小、节省材料等特点。 第二章 地下连续墙的设计原理作为基坑围护结构，主要基于强度、变形和稳定性三个大的方面对地下连续墙进行设计和计算，强度主要指墙体的水平和竖向截面承载力、竖向地基承载力；变形主要指墙体的水平变形和作为竖向承重结构的竖向变形；稳定性主要指作为基坑围护结构的整体稳定性、抗倾覆稳定性、坑底抗隆起稳定性、抗渗流稳定性等。 2.1 墙体厚度和槽段宽度 地下连续墙厚度一般为0.51.2m，而随着挖槽设备大型化和施工
6、工艺的改进，地下连续墙厚度可达2.0m以上。在具体工程中地下连续墙的厚度应根据成槽机的规格、墙体的抗渗要求、墙体的受力和变形计算等综合确定。地下连续的常用墙厚为0.6、0.8、1.0和1.2m。 确定地下连续墙单元槽段的平面形状和成槽宽度时需考虑众多因素，如墙段的结构受力特性、槽壁稳定性、周边环境的保护要求和施工条件等，需结合各方面的因素综合确定。一般来说，壁板式一字形槽段宽度不宜大于6m，T 形、折线形槽段等槽段各肢宽度总和不宜大于6m。 2.2 地下连续墙的入土深度 一般工程中地下连续墙入土深度在1050m范围内，最大深度可达150m。在基坑工程中，地下连续墙既作为承受侧向水土压力的受力结
7、构，同时又兼有隔水的作用，因此地下连续墙的入土深度需考虑挡土和隔水两方面的要求。作为挡土结构，地下连续墙入土深度需满足各项稳定性和强度要求，作为隔水帷幕，地下连续墙入土深度需根据地下水控制要求确定。 1. 根据稳定性确定入土深度 作为挡土受力的围护体，地下连续墙底部需插入基底以下足够深度并进入较好的土层，以满足嵌固深度和基坑各项稳定性要求。在软土地层中，地下连续墙在基底以下的嵌固深度一般接近或大于开挖深度方能满足稳定性要求。在基底以下为密实的砂层或岩层等物理力学性质较好的土（岩）层时，地下连续墙在基底以下的嵌入深度可大大缩短。2. 考虑隔水作用确定入土深度 作为隔水帷幕，地下连续墙设计时需根据
8、基底以下的水文地质条件和地下水控制确定入土深度，当根据地下水控制要求需隔断地下水或增加地下水绕流路径时，地下连续墙底部需进入隔水层隔断坑内外潜水及承压水的水力联系，或插入基底以下足够深度以确保形成可靠的隔水边界。如根据隔水要求确定的地下连续墙入土深度大于受力和稳定性要求确定的入土深度时，为了减少经济投入，地下连续墙为满足隔水要求加深的部分可采用素混凝土浇筑。2.3 内力与变形计算及承载力验算 2.3.1内力和变形计算 地下连续墙作为基坑围护结构的内力和变形计算目前应用最多的是平面弹性地基梁法；而对于具有明显空间效应的深基坑工程，可采用空间弹性地基板法；对于复杂的基坑工程需采用连续介质有限元法进
9、行计算。 墙体内力和变形计算应按照主体工程地下结构的梁板布置，以及施工条件等因素，合理确定支撑标高和基坑分层开挖深度等计算工况，并按基坑内外实际状态选择计算模式，考虑基坑分层开挖与支撑进行分层设置，以及换撑拆撑等工况在时间上的先后顺序和空间上的位置不同，进行各种工况下的连续完整的设计计算。 2.3.2 承载力验算 应根据各工况内力计算包络图对地下连续墙进行截面承载力验算和配筋计算。常规的壁板式地下连续墙需进行正截面受弯、斜截面受剪承载力验算，当需承受竖向荷载时，需进行竖向受压承载力验算。对于圆筒形地下连续墙除需进行正截面受弯、斜截面受剪和竖向受压承载力验算外，尚需进行环向受压承载力验算。 当地
10、下连续墙仅用作基坑围护结构时，应按照承载能力极限状态对地下连续墙进行配筋计算，当地下连续墙在正常使用阶段又作为主体结构时，应按照正常使用极限状态根据裂缝控制要求进行配筋计算。地下连续墙正截面受弯、受压、斜截面受剪承载力及配筋设计计算应符合现行国家标准混凝土结构设计规范（GB 50010）的相关规定。 2.4 地下连续墙设计构造 2.4.1墙身混凝土 地下连续墙混凝土设计强度等级不应低于C30，水下浇筑时混凝土强度等级按相关规范要求提高。墙体和槽段接头应满足防渗设计要求，地下连续墙混凝土抗渗等级不宜小于S6级。地下连续墙主筋保护层在基坑内侧不宜小于50mm，基坑外侧不宜小于70mm。地下连续墙的
11、混凝土浇筑面宜高出设计标高以上300500mm，凿去浮浆层后的墙顶标高和墙体混凝土强度应满足设计要求。 2.4.2钢筋笼 地下连续墙钢筋笼由纵向钢筋、水平钢筋、封口钢筋和构造加强钢筋构成。纵向钢筋沿墙身均匀配置，且可按受力大小沿墙体深度分段配置。纵向钢筋宜采用HRB335级或 HRB400级钢筋，直径不宜小于16mm，钢筋的净距不宜小于75mm, 当地下连续墙纵向钢筋配筋量较大，钢筋布置无法满足净距要求时，实际工程中常采用将相邻两根钢筋合并绑扎的方法调整钢筋净距，以确保混凝土浇筑密实。纵向钢筋应尽量减少钢筋接头，并应有一半以上通长配置。水平钢筋可采用HPB235级钢筋，直径不宜小于12mm。封
12、口钢筋直径同水平钢筋，竖向间距同水平钢筋或按水平钢筋间距间隔设置。地下连续墙宜根据吊装过程中钢筋笼的整体稳定性和变形要求配置架立桁架等构造加强钢筋。 钢筋笼两侧的端部与接头管（箱）或相邻墙段混凝土接头面之间应留有不大于150mm的间隙，钢筋下端500mm 长度范围内宜按1：10收成闭合状，且钢筋笼的下端与槽底之间宜留有不小于500mm的间隙。地下连续墙钢筋笼封头钢筋形状应与施工接头相匹配。封口钢筋与水平钢筋宜采用等强焊接。 单元槽段的钢筋笼宜在加工平台上装配成一个整体，一次性整体沉放入槽。当单元槽段的钢筋笼必须分段装配沉放时，上下段钢筋笼的连接宜采用机械连接，并采取地面预拼装措施，以便于上下段
13、钢筋笼的快速连接，接头的位置宜选在受力较小处，并相互错开。 (1) 转角槽段钢筋笼转角槽段小于180度角侧水平筋锚入对边墙体内应满足锚固长度，且宜与对边水平钢筋焊接，以加强转角槽段吊装过程中的整体刚度。转角宜设置斜向构造钢筋，以加强转角槽段吊装过程中的整体刚度。 (2) T 型槽段钢筋笼 T形槽段外伸腹板宜设置在迎土面一侧，以防止影响主体结构施工。根据相关规范进行T 型槽段截面设计和配筋计算，翼板侧拉区钢筋可在腹板两侧各一倍墙厚范围内均匀布置。 2.4.3墙顶圈梁 地下连续墙顶部应设置封闭的钢筋混凝土圈梁。墙顶圈梁的高度和宽度由计算确定，且宽度不宜小于地下连续墙的厚度。地下连续墙采用分幅施工，
14、墙顶设置通长的顶圈梁有利于增强地下连续墙的整体性。墙顶圈梁宜与地下连续墙迎土面平齐，以便保留导墙，对墙顶以上土体起到挡土护坡的作用，避免对周边环境产生不利影响。地下连续墙墙顶嵌入圈梁的深度不宜小于50mm，纵向钢筋锚入圈梁内的长度宜按受拉锚固要求确定。 2.5 地下连续墙施工接头 2.5.1类型与形式 施工接头是指地下连续墙单元槽段之间的连接接头。根据受力特性地下连续墙施工接头可分为柔性接头和刚性接头。能够承受弯矩、剪力和水平拉力的施工接头称为刚性接头，反之不能承受弯矩和水平拉力的接头称为柔性接头。 2.5.2柔性接头 （1）锁口管接头 圆形（或半圆形）锁口管接头、波形管（双波管、三波管）接头
15、统称为锁口管接头，锁口管接头是地下连续墙中最常用的接头形式，锁口管在地下连续墙混凝土浇筑时作为侧模，可防止混凝土的绕流，同时在槽段端头形成半圆形或波形面，增加了槽段接缝位置地下水的渗流路径。锁口管接头构造简单，施工适应性较强，止水效果可满足一般工程的需要。 （2）钢筋混凝土预制接头 预制接头一般采用近似工字型截面，在地下连续墙施工流程中取代锁口管的位置和作用，沉放后无需顶拔，作为地下连续墙的一部分。由于预制接头无需拔除，简化了施工流程，提高了效率，有常规锁口管接头不可比拟的优点。特别适用于顶拔锁口管困难的超深地下连续墙工程。（3）工字形型钢接头 该接头形式是采用钢板拼接的工字形型钢作为施工接头
16、，型钢翼缘钢板与先行槽段水平钢筋焊接，后续槽段可设置接头钢筋深入到接头的拼接钢板区。该接头不存在无筋区，形成的地下连续墙整体性好。先后浇筑的混凝土之间由钢板隔开，加长了地下水渗透的绕流路径，止水性能良好。工字形型钢接头的施工避免了常规槽段接头施工中锁口管或接头箱拔除的过程，大大降低了施工难度，提高了施工效率。如图2-1所示。 图2-1 地下连续墙柔性施工接头形式2.5.3刚性接头 刚性接头可传递槽段之间的竖向剪力，当槽段之间需要形成刚性连接时，常采用刚性接头。在工程中应用的刚性接头主要有一字或十字穿孔钢板接头、钢筋搭接接头和十字型钢插入式接头如图2-2。 （1）十字穿孔钢板接头 十字穿孔钢板接头是以开孔钢板作为相邻槽段间的连接构件，开孔钢板
