1、2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系1单单 仁仁 亮亮2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系26.1 地下连续墙的设计地下连续墙的设计 l地连墙的设计，要使墙体具有足够的强度，以保证在荷载作用下墙体的安全；并使墙体有足够的刚度，保证不对附近地基和有关构筑物产生有害影响。对于挡土地连墙，为保证地基的稳定性和防止坑底涌水，以保证在坑底施工，则要求墙体向坑底有一定的插入深度。l前面所讲的桩墙式支护的一般计算方法也适用于地连墙的静力计算，下面再结合地连墙的特点做些补充。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系36.1.1 荷载荷载（土压力）（土压力）l假设地连墙在设置完成前土体
2、没有位移，那么在开挖之前作用在地连墙两侧的土压力就是静止土压力p0，如左图6-1(a)所示。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系4l假设在进行基坑开挖中，墙体也不产生位移，则开挖两侧的土压力如图6-1(b)所示。但是，如果是这样的话，墙体两侧的载荷就不平衡。所以，实际墙体必然要在非开挖侧（墙后）的土压力p0作用下，向墙前移动。这时作用于墙后的土压力p将因墙体位移 ，比静止土压力p0减小k，即：p=p 0-k (6-1)l同时：p pa (6-2)l同样，开挖一侧的土压力p1，应由静止土压力增加k，即：p1=p 0+k (6-3)l同时 p1 pp (6-4)2022-8-2中国矿业大
3、学（北京）土木工程系5l如果是有支撑的地连墙，在墙体产生位移之后再加设支撑，可以使墙体受到的土压力小于静止土压力；在极限情况下可到小到主动土压力。如果主动给横撑施加轴力，将地连墙推向未开挖侧，那么墙体上的土压力就会大于横撑架设之前的土压力，最大可以增加到被动土压力值。因此，对于使用横撑的地连墙，可以通过调整横撑的轴向力来减少横向位移，从而也就控制了作用在墙体上的土压力了。l如果不让墙体发生变形，就需要对横撑施加它所负担面积内的静止土压力值，当然就要按此要求设计支撑结构。如不需控制墙体的位移，则可通过调整支撑的轴向力使墙体和横撑的内力最小，获得最为经济的支护结构。但对于钢筋混凝土地连墙在开挖侧达
4、到被动土压力之前，墙体可能已经破坏了。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系6l作用在挡土桩墙上的水压力与土压力不同，它不受横撑轴向力及墙体的刚度影响。土中孔隙水压力直接作用在墙体上，其值为：pw=wh (6-5)2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系76.1.2 地基反力系数地基反力系数l地连墙作为挡土墙必受水平荷载作用，在被动受压一侧则有地基支承。工程设计可以将地基视为水平向的弹簧组成的地基模型，通过地连墙弹性曲线的计算，最后确定弯矩、剪力和地基反力。l我们在第七讲3.6.4节已经详细讲述了弹性地基梁法，包括地基反力系数的确定，这里不再赘述。2022-8-2中国矿业大学（北
5、京）土木工程系86.1.3 无撑地连墙设计无撑地连墙设计1.桩墙设计法桩墙设计法l无撑地连墙的最小插入深度、墙体的内力，其计算完全可按前面讲过的桩墙的计算，并可应用有限元程序计算。2.图解法图解法l计算步骤如下（图6-2）：（1）先根据经验初选地连墙体的插入深度t；（2）计算主动土压力和被动土压力，绘出地连墙上的土压力图形。（如图6-2b）；2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系9图6-2 无撑地连墙图解法 2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系10（3）将土压力图沿墙分成若干段(每段长0.5m1.0m)，求出各小段上土压力的等价集中力，作用点位于压力图形的形心上(如图6-2c
6、)；（4）选择适当的比例及极距，作力的矢量图(图6-2e)，并根据矢量图作力、索多边形（图6-2d）。墙体任一截面的弯矩 M 就等于极距与索多边形力矩图坐标 y 的乘数，最大力矩Mmax=ymax；（5）t 的大小由闭合线与索多边形的交点来决定。如图6-2e中原假定的深度 t 的索多边形不与AB闭合，说明插入深度不够，当AB增到AC时，索多边形闭合，此时所得 t 为所需之插入深度。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系116.1.4 有撑地连墙设计有撑地连墙设计1.单撑地连墙计算单撑地连墙计算（1）单撑地连墙的单撑地连墙的变形及土压力特征变形及土压力特征l单撑地连墙在土压力作用下，随着
7、入土深度的不同，其墙体发生不同的变形，变形的不同反过来又影响土压力的分布，不同的插入深度其土压力图形，墙体变形和弯矩图如下页图6-3所示。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系12图6-3 插入坑底深度不同的桩墙的土压力、弯矩及变形2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系1310 在插入坑底深度较小时，墙体下端犹如自由端，支撑点成为简支点，墙体被推向坑内方向，墙底位移较大，墙前被动土压力完全发挥出来，墙体主要在坑内一侧受弯（拉）。（如图6-3a所示）20 插入坑底深度增加，墙前被动土压力得不到充分发挥与利用，这时桩底端只会在原位转动一个较小的角度而不会有位移现象，桩底土压力等于零
8、，未发挥的被动土压力可以作为安全度。（如图6-3b所示）30 当插入深度较深时，墙体前后都会出现被动土压力，坑底下部墙体处于嵌固状态，犹如固定端。墙体弯矩已大大减小，分布趋于均匀，下面的嵌固负弯矩略小于上部跨间正弯矩。（如图6-3c所示）40 当插入坑底深度进一步增加时，墙前墙后的被动土压力都得不到充分发挥和利用，墙的嵌入深度已嫌过深，上部跨间弯矩几乎不再变化。（如图6-3d所示）2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系14l上述四种状态中，一般采用第三种工作状态作为设计依据，并且使坑底以上的正弯矩为坑底以下负弯矩的110115%，当然也有采用正负弯矩相等来进行设计的。虽然应用该状态设计
9、得到的桩墙较深，但因弯矩较小，可以选择较小的断面，同时由于入土较深，安全可靠。l具体计算同样可以采用前面介绍过的桩墙式支护的静力平衡法或等值梁法等，也可以下面介绍的原苏联规范法。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系15（2）原苏联规范法）原苏联规范法l由于墙体刚度小、变形大而引起主动土压力发生重分布，加之土与墙体的摩擦，使墙体跨间弯矩减小，而支撑反力增大的现象。我国上海市地基基础规范也已注意到此问题，即考虑到板桩变形后土压的重分布，可将最大弯矩乘以0.60.8作为计算弯矩，而支撑力增大40%。l原苏联规范对土压力作了如下规定（如左侧图6-4所示）：图6-4 原苏联规范土压力图2022
10、-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系16.墙后主动土压力按高度分四段：墙后主动土压力按高度分四段：10 A点，即地面处，按主动土压力计算：paA=qKa（6-14）20 B点（主动土压力极大点），当支撑到地面的高度h K=(0.2 0.35)H，将B点取在支撑处，即hB=hK；如hK 0.2H，B点取在0.2H处，即hB=0.2H，其土压力计算为：paB=(q+iHi)CB（6-15）CB：B点土压力系数，CB=1-(1-Ka)，其中查下表：hB/H0.20.250.300.350.20.30.40.5 值值 表表6-4 2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系1730 C点（主动土压
11、力极小点），即墙跨BD段的中点，hc=(1.15H-hK)/2。C点的土压力：paB=(q+iHi)KaK（6-16）l式中 K 考虑墙体变形使跨中土压力减小的系数，对于钢筋混凝土墙体，根据其相对挠度(=fc/hc)查图6-5；对于钢板桩K为0.4。40 DE段：采用主动土压力乘以0.8折减。pDE=0.8(q+iHi)Ka（6-17）.墙前被动土压力计算墙前被动土压力计算(不够完善不够完善)图6-5 土压力与墙体相 对挠度关系 2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系182.多撑地连墙设计多撑地连墙设计l多撑地连墙设计计算同样可以采用前面介绍过的桩墙式支护计算的有关方法，这里再介绍一下
12、山肩帮男近似法。l山肩帮男近似法假定：a.墙体为下端自由的弹性体；b.主动土压力在开挖面以上为 三角形，在开挖面以下为矩形；c.开挖线以下土的横向反力(Ax+B)等于被动土压力减去静止土压力。d.任意一道横撑设置后，就成为不动 支点，位于其上部地连墙的位移不变，位于其上部的支撑轴力也不发生变化；图6-6山肩帮男近似法计算简图2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系19e.开挖面以下墙体弯矩为零处可以视为一个铰，并且下部墙体对上部墙体的剪力传递可以忽略。l根据以上假定，只需铰以上水平方向满足静力平衡条件Y=0，以及该铰处M=0，即可求得入土深度和横撑的轴力：2022-8-2中国矿业大学（北
13、京）土木工程系206.1.5 地连墙的结构设计地连墙的结构设计l挡土地连墙的坍塌事故，大多是由于支撑结构出现的挡土地连墙的坍塌事故，大多是由于支撑结构出现的问题。问题。一、水平导梁一、水平导梁l水平导梁多用工字型钢，可按连续梁进行简化计算：l最大正弯矩：式中：l 横撑间距，m；w 地连墙作用于水平导梁上的线荷载。102wlM边跨142wlM中跨2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系21l最大负弯矩：l最大剪力：92wlM边跨210wlM 中跨2maxwlQ2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系22二、二、横撑横撑l横撑的轴向力就是水平导梁的支反力p：p=wl l当不设水平导梁时，可把地连墙视为无梁板，而支撑的轴力可仿无梁板计算得出。l横撑的正截面承载力计算时，应考虑在弯曲平面压屈和垂直于弯曲平面屈曲问题。2022-8-2中国矿业大学（北京）土木工程系23三、墙体三、墙体l根据前面计算求得的内力按相应的混凝土结构设计规范设计地连墙墙体的钢筋。在地连墙转折处，由于板的双向受力，在水平方向应给予一定的构造加强筋。l如果无水平导梁情况，墙体应考虑按无梁板的配筋对局部予以加强。
