某基坑地下连续墙三墙合一工程设计优化.doc

精品论文推荐某基坑地下连续墙三墙合一工程设计优化郭宏智 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京（100083） E-mail: guo.hongzhi163.com摘要：本文运用理正基坑支护设计软件对某检察院办案楼基坑支护方案进行了初步设计，并根据该工程地下连续墙作为地下室外墙的要求进行多方面的深化设计，取得了良好的使用 效果，降低了工程造价，供业界同行借鉴。关键词：地下连续墙；三墙合一 ；设计 中图分类号：TU476+.31.工程概况某检察院拟建办案技术楼位于南京市宁海路与汉口西路交叉口的西北角。该工程主楼地 上 6 层，地下三层。本工程建筑基坑近似长方形，南北长约 65.0m，东西宽约为 47.0m；变 更后的基坑平面形状较为规则。根据业主提供的地下室设计基础图揭示，本工程± 0.00 相当 于绝对标高 14.10m，未来室外地坪绝对标高 12.60m（相对± 0.00 为-1.50）。沿地下室外墙 无承台布置，地下一层板面标高为-3.10m，地下二层板面标高为-7.60m，地下三层底板面标 高为-12.35m，考虑底板及垫层厚度，取基坑开挖底面标高为-13.05m（设计计算时取-13.10）， 基坑内承台距基坑边的最小距离为距离 6.0m 左右。现场自然地面标高为-0.70，所以实际挖 深为 12.40m。2.建筑基坑工程地质条件本工程的“岩土工程勘察报告”揭示，该建筑场地位于阶地冲沟接触部位，西侧、北侧土 质条件相对较好，东侧、南侧均分布有不同厚度的软土层，相对的工程地质条件较差。涉及 基坑支护的岩土层主要有：表层层的杂填土、素填土，层粉质粘土、淤泥质粉质粘土，层粉质粘土、粉质粘土夹粉土，层强风化砂砾岩层。其中分布不均匀，详见相关的立 面展开示意图。场地标高为 12.81-13.75m(绝对标高)。水文地质条件：场地地下水为孔隙潜水，主要赋存与层填土和层软土中。除表层杂填土外，室内试验的渗透系数均在 10-6cm/s 量级，属微透水-不透水层。3.建筑基坑周边环境条件该建筑地下室周边情况较复杂，其中北侧距混合结构的七层住宅约 16.0m，西侧距混合 结构的六层住宅 8.0m，距南京师范大学幼儿园的三层教学楼约 10.0m。南侧为汉口西路、东 侧为宁海路，两条道路上均有相应的管线埋设，且距道路边的距离也很近(约 6.0m 左右，东 北角离宁海路约 4.6m)。因此本工程建筑基坑开挖对周边建筑、管线的影响将需得到充分的 重视(见图 1)。4.基坑开挖支护设计方案 根据工程场地地层分布、环境及基坑形状等条件，本工程支护结构采用刚度较大、整体性好、 防渗隔水性好、安全可靠的地下连续墙加两层钢筋混凝土支撑作为支护结构。为节省造价拟 采用三墙合一的形式，即连续墙作为地下室外墙用，并承担上部结构荷载，同时也作为基坑 支护结构。- 9 -图 1 基坑总平面图坑内积水采用明沟、集水井的方式排出。5.基坑开挖支护计算5.1 分析方法采用解析法进行计算；因基坑边长很长，计算按平面问题考虑。取单位长度墙段进行计 算，用弹性支点法，杆系有限元进行分析。把连续墙沿深度方向离散成梁单元，基坑周围土 体简化为作用在相应结点上的弹簧；土体弹簧的直线刚度用 m 法按不同土层分层计算；连 续墙上的荷载为墙背侧向土压力、水压力对墙体的推力，按朗肯土压力理论分层计算1。数 值分析法采用 m 法进行支护结构的位移计算。以上方法利用理正深基坑设计软件（5.2 版）来电算。5.2 工程地质参数根据业主提供的该工程的工程地质勘察报告（江苏地质工程勘察院 2006.04 报告编号2004542-1），各土层的基坑设计参数列如下表：表 1 各土层基坑设计参数表层号土类rkN/m3CkPa(°)K(10-6cm/s)备 注KK-1杂填土19.05.0（15）100100合算-2素填土19.430.012.011合算-1粉质粘土19.442.014.40.4660.503合算-2淤泥质粉质粘土17.918.08.61.762.86合算-3粉质粘土夹粉土19.216.014.126.22.0合算-1粉质粘土19.953.016.80.380.523合算-2粉砂夹粉土19.437.013.43050合算kkVH地下水位深 1.2m 左右。基坑重要性系数取 0 = 1.10。5.3 计算分区及计算结果该工程± 0.00 相当于绝对标高 14.10m。二层地下室（另外还有个夹层），负二层底板 面标高为-12.10m，现场自然地面标高平均值相当于绝对标高 13.40m, 室内外高差约为：14.10- 13.4 = 0.7m 左右。图 2 支护结构及地下室剖面图考虑本工程北侧为车道，东、南二侧单桩单柱、双桩承台与地下室外墙有一定距离，西侧也为车道，承台离地下室外墙也有一定距离，故计算深度从自然地面到底板(包括垫层 厚度)标高，即-13.10m，实际开挖深度为 H = 13.1 - 0.7 = 12.40m。设置两道支撑，结合未来室外地坪标高-1.50，两道支撑的标高为： 第一道支撑中心标高为-2.00m(自然地面以下 1.30m)； 第二道支撑中心标高为-8.40m.。支撑布置及地下室剖面如图 2 所示。 根据现场地质条件及周边环境条件的不同，将基坑进行计算分区，共分为四个计算区段进行计算1：AB、CD 区段：AB 区段 7 层住宅的荷载虽大，但其对支护结构的影响点已位于坑面以 下，故超载取 CD 区段 3 层幼儿园的荷载，3 层幼儿园建筑采用天然地基，超载取值 q = 3×15= 45 kPa，作用在自然地面下 1.00m 处，作用宽度为 44.4m；BC 计算区段：位于基坑西侧，有 6 层住宅（局部 7 层），外墙距地下室外墙 8.0m，住 宅基础距地下室外墙外侧的距离：S1 = 8.0 - 1.0 - 1.0 = 6.0m。超载取值 6×16 = 96 kPa，作用 在自然地面下 1.00m 处，作用宽度为 46.90m；DE、EF、FA 计算区段：无相邻地面建筑，仅为道路，超载取值 q = 20 kPa。 应用里正程序计算结果如表 2：表 2 计算结果汇总计算分区AB、CDBCDE、FAEF代表钻孔J1J3G8J5轴力计算值kN/mT18.0339.62124.7269.73T2177.99361.00281.17387.16拆撑T157.06134.80218.85150.265弯矩计算值kN-m坑内293.5473.53448.86737.52坑外471.88570.09316.42543.87拆二道撑326.856699.06913.45710.25拆一道撑61.3662.44316.31145.35纵筋配筋(HRB400)内外25150内外25100内外28100内外25100计算最大位移(mm)18.5127.4927.0630.17整体稳定性系数1.8321.8002.1611.920抗隆起稳定性(普朗德尔)15.00812.77415.22817.200抗管涌稳定性系数2.1491.9491.9292.336嵌固深度(m)7.907.007.009.206.基坑开挖支护深化设计6.1 地下连续墙纵筋配筋优化本工程地下连续墙按主体结构墙设计的竖向承载能力仍有余量。JGJ120-99 规范中规定 承载能力分项系数为 1.25，而本设计采用的里正程序计算中采用地方规范，在地下连续墙墙 身强度计算中乘以 1.350 的承载能力分项系数。这对于全高范围内均是软土的基坑安全系数 较为合适。本基坑为局部软土，全都采用 1.350 偏于保守，安全度偏大，因此理论上对于本 基坑中粉质粘土层较厚的地段可以采用介于 1.25-1.35 之间的系数较为合适2。下面仍以 1.35 的承载能力分项系数对地下连续墙纵筋的配置分段进行优化。BC 区段：Mmax =699.06 kN·m/m;M 设计值=699.06×1.1×1.35=1038.1kN·m/m地下连续墙采用 C35 砼，fc=16.7，fy=360，墙厚 h=800，b=1000，h0=765，a = M 设计值1038 ×106= 0.106sa f bh216.7 ×1000 × 76521 c0(r = 1 1 +s221 2as) = 1 (1 +61 2 × 0.106 ) = 0.944MSA =设计值 =rs f y h01038 ×100.944 × 360 × 765= 3993mm2若采用 25100,则 As=4908.7mm23393mm2；若采用 25120,则 As=4091mm23393mm2，故采用 25120。DE、FA 区段：Mmax =913.45kN·m/m;M 设计值=913.45×1.1×1.35=1356.48kN·m/m地下连续墙采用 C35 砼，fc=16.7，fy=360, 墙厚 h=800, b=1000, h0=765, a=35a = M 设计值1356.48 ×106= 0.1388sa f bh216.7 ×1000 × 76521 c0(r = 1 1 +s221 2as) = 1 (1 +1 2 × 0.1388 ) = 0.9256MSA =设计值 =rs f y h01356.48 ×100.925 × 360 × 765= 5324.85mm2若采用 28100,则 As=6157.5mm25324.9mm2；若采用 28115,则 As=5354.35mm25324.9mm2，故采用 28115。EF 区段：Mmax =710.25kN·m/m;M 设计值=710.25×1.1×1.35=1054.72kN·m/m地下连续墙采用 C35 砼，fc=16.7，fy=360, 墙厚 h=800, b=1000, h0=765, a=35a = M 设计值1054.72 ×106= 0.108sa f bh216.7 ×1000 × 76521 c0(r = 1 1 +s221 2as) = 1 (1 +1 2 × 0.108 ) = 0.943MSA =设计值 =1054.72 ×106= 4061.3mm2rs f y h00.943× 360 × 765若采用 25100,则 As=4908.7mm24061.3mm2；若采用 25120,则 As=4091mm24061.3mm2，故采用 25120。6.2 基坑支撑体系设计鉴于基坑深达 12.35 米，拟采用两层钢筋混凝土支撑系统。通常支撑的平面布置形式有 两种，一种为环形布置，一种为对撑加角撑的布置形式。环形布置虽然受力较好，但一旦局 部支撑失效，整个支撑系统受力状况突然复杂化，甚至整体崩溃，且支撑拆除时只能整体拆 除，故不宜采用。对撑加角撑的布置形式支撑目的明确，有利于基坑出现险情时进行局部加 强，且为分区进行支撑，便于主体施工时分区拆除支撑梁，有利施工。本基坑第一层混凝土支撑采用角撑间距 8.0 m，对撑间距 9.0m。立柱间距 11.3m。混凝 土等级 C35。截面尺寸为 700 × 600。支撑轴力设计值为：T1 = 218.85 kN/m。经计算，支撑 梁实配 525 的钢筋，上下两层，冠梁实配 1125 的钢筋，内外两层。第二层混凝土支撑角 撑间距 8.0 m，堆撑间距 9.0m。立柱间距 11.3m。混凝土等级 C35。截面尺寸为 850 × 750。 支撑轴力为：T2 = 387.16 kN/m。经计算，支撑梁实配 525 的钢筋，上下两层，腰梁实配1025 的钢筋，内外两层。支撑布置形式如下图所示：图 3 支撑布置平面图6.3 地下连续墙与底板、楼板、支撑梁等的连接由于本工程采用地下连续墙作为地下室的外墙，底板在整个基坑开外以后才进行施工， 底板与地下连续墙的连接成为整个地下室防水的关键和难点。底板与地下连续墙的钢筋连接 采用地连墙内预埋上下两排钢筋和接驳器的方法，上排 20150，下排 22150。两排钢 筋之间设置三道防水：最上面一道设在地下连续墙内预留的 100*100 的防水槽，槽内设置 L 形宽为 600mm 膨胀止水带，止水带上下两面均增加二布三涂聚氨酯防水涂层，并浇筑于20mm 厚防水砂浆保护层中；中间一道是基坑开挖后在地连墙上沿底板中线开槽，槽高100mm，深 50mm，角部用膨胀螺丝固定 25*25 膨胀止水条然后与底板混凝土整体浇筑；最下边一道沿地连墙一周用膨胀螺丝固定 25*25 膨胀止水条然后与底板混凝土整体浇筑。详见下图图 4 地下连续墙与底板的连接地下连续墙与各层楼板的连接采用在连续墙内预埋 212200 钢筋，上下各一排，坡 道处由于受力较大，预埋规格改为 212150。与剪力墙的连接也采用连续墙内预埋的方式。 详见下图图 5 楼板、圈梁与地下连续墙的连接地下连续墙与底板、楼板、支撑梁等的连接接触处均进行凿毛清洗，按二次浇筑原理施 工，保证连续墙与主体结构之间产生足够的摩擦力。基坑开挖后，基坑上半部分没有渗漏现象，仅在腰梁以下的槽段接头的工字钢处有多 处地连墙接头处有少量渗漏现象，水量不大，表现为渗水，无滴漏现象。这是因为浇筑的混 凝土与工字钢之间的接触面粘结不够牢固, 以及混凝土的收缩变形等原因，形成渗水通道,从而导致连续墙接头漏水。为保证此永久结构的防渗质量，本工程又在连续墙有渗漏的接头内侧采用背水反压堵漏法高压注浆堵漏。 背水反压堵漏法有注浆法和嵌缝二种方法配套施工。施工时先将工字钢与混凝土粘结处凿出一条 V 型槽，长度超出渗漏段上下各 50cm，深度 3-5cm，在槽内每隔 20cm 向渗漏方向钻一 15cm 深钻孔，并将高压灌浆针头插入孔中锁紧，然后用高压注浆机注入适量堵漏药 剂，待 1-2 小时后拆除针头并以快硬水泥封住钻孔。堵漏剂采用台湾产 SL-668 疏水性单液 性 PU 发泡止水剂。此法有效地阻止了接头处的渗漏现象，并且增加了此处的地层的刚度， 改善了接头处的受力状况。6.4 地下连续墙承重的技术处理一般地下连续墙仅作为基坑临时支护结构，而本工程地下连续墙作为结构墙，不仅要承 受来自外侧地层的土压力，还要承受上部结构的荷载，因此从增强地连墙的承载力的角度出 发，要求提高地下连续墙施工工艺，确保地连墙底端嵌入强风化砂砾岩层不少于 0.5m，并 严格控制槽底沉渣厚度不超过 10cm。为解决成槽后槽底沉渣问题，提高地连墙承载力，本 工程在连续墙施工后及时进行槽底后压浆3。在下放钢筋网片时，每个槽段网片上固定六根 压浆管，直通槽底，底口加装注浆花管，待单元槽段混凝土浇筑七天后采用压浆泵向槽底注 水泥浆液。灌注前先由一到两根注浆管向槽底注清水，等其他管中反出清水后，逐步用水泥 浆液替换清水进行注浆，注浆压力宜逐步加大，最大注浆压力控制在 1.5Mpa。7.基坑支护效果及结论与理正程序计算结果相比，虽然本基坑支护方案中地下连续墙配筋减少了，但从使用效 果上来看是成功的。在整个基坑开挖期间，基坑侧壁的位移、支护结构的内力等监测数据一 直处于规范允许的范围内，基坑处于安全状态，没有发生任何质量和安全事故。采用对撑加 角撑的支护体系使施工单位分区施工主体结构，分区拆除支撑梁的方案成为现实，大大方便 了施工单位流水作业，节约了工期。目前该工程主体结构基本竣工，地下连续墙与主体结构 结合较好，使用情况良好。参考文献1 （JGJ120-99）建筑基坑支护技术规程 S 北京：中国建筑工业出版社19992 丛蔼森地下连续墙的设计施工与应用M 北京：中国水利水电出版社2001 3 郭宏智，路德富，赵谦西钻灌注桩后压浆技术的应用J 探矿工程（岩土钻掘工程），2005年第十 期：10-13Optimizational Design to Construction of Diaphragm Wall as Retaining Structure and Basement WallGuo HongzhiChina University of Geo-sciences, Beijing (100083)AbstractA preliminary design is put forward to a foundation excavation in this article by using Lizhengprogramming software. This design is optimized by the author as this foundation excavation uses diaphragm as retaining structure, basement wall and bearing wall in a foundation excavation. Keywords: diaphragm wall ;three wall in one; design作者简介：郭宏智(1968-),男,河南灵宝人,中国地质大学（北京），博士在读，岩土工程专业， 主要从事岩土工程方面设计、施工等研究工作，时任该项目技术负责人。