理论教育 深层排(蓄)水隧道设计方法

深层排(蓄)水隧道设计方法

更新时间:2025-01-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:国内现行规范中,有关圆形地下连续墙基坑的计算方法尚不完善。国内的一些学者[8]根据国内外的工程案例实测数据、经典土力学理论和大量的分析研究,总结了一些圆形地下连续墙的设计方法。a.圆形地下连续墙偏压取值可参考5.1.2节内容。c.地下连续墙应验算竖向的斜截面承载力。当地下连续墙兼做永久结构时,还应根据主体结构设计要求进行相关验算。

特深竖井深度大,建设难度和风险很大。目前采用的圆形竖井+明挖逆作方案,按现有规范和标准进行设计,地表变形、围护墙内力和深度均过大,不符合特深竖井的受力特点。目前国内尚无类似规模案例,国外类似规模、地质的工程相对较少,可以直接借鉴的经验并不多,设计缺乏合理的分析模式和技术标准。

目前基坑规范的计算,认为基坑外侧水土压力全部由围护墙竖向弯剪承担,故围护墙内力和变形较大;对于圆形竖井基坑,通常调研结果表明其围护墙竖向变形和内力明显小于规范分析模式,这是因为基坑外部水土压力沿竖向和水平向进行分配,通过研究两个方向的分配比例,将三维的计算模式拆分成竖向、水平向两个平面模式,使计算更符合实际情况。

圆形竖井充分发挥了混凝土环向轴心受力的优点,但它容易受不均匀荷载、真圆度误差的影响,要发挥圆形竖井的受力优点,需要对外部不均匀荷载(局部超载、不均匀开挖、局部地下水渗漏等)、真圆度误差(地墙折线布置、垂直度误差、定位偏差)等因素进行定量分析。

国内现行规范中,有关圆形地下连续墙基坑的计算方法尚不完善。其中,《建筑基坑支护技术规程》没有包含圆形基坑的设计内容,而《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》和《公路桥涵地基与基础设计规范》仅提供了“考虑地墙拱效应的二维弹簧地基梁法”。该计算方法按照理想的轴对称围压进行计算,缺少偏压问题的设计方法,既未考虑地层起伏剧烈或基坑周围超载变化等造成的偏压问题,还会使得圆形地下墙偏于不安全,低估了偏压带来的风险。此外,现行规范中,有关地下连续墙环向拱刚度折减系数的取值原则也较为模糊,未考虑接头形式对墙刚度的影响,有时会过高估计了圆形地下墙的环拱效应,造成计算结果小于工程实测。

国内的一些学者[8]根据国内外的工程案例实测数据、经典土力学理论和大量的分析研究,总结了一些圆形地下连续墙的设计方法。这里做一个设计思路的介绍。

(1)荷载计算原则

①圆形基坑设计中可根据基坑变形控制标准合理选取侧压的计算方式:当墙体变形要求小于0.1H%时,应考虑采用朗肯静止土压力进行验算;当墙体变形要求小于0.3H%时,采用朗肯主动土压力计算比较合适;当墙体变形要求介于0.1H%~0.3H%时,可根据土质条件和环境特点选取土压力计算方法,从偏于安全的角度出发,宜优先选取朗肯静止土压力。当本地区有可靠且广泛的实践经验时,可采用“考虑土拱效应的土压力”计算方法。

②土压力计算中应根据土层渗透性选取合适的计算方法。当土层的水平渗透系数kh≥10-4cm/s时,该层的土压力计算应采用水土分算的方式;当土层的水平渗透系数kh<10-4cm/s时,该层的土压力计算可采用水土合算的方式。此外,计算中应根据基坑的降水和隔水设计,预估坑内外地下水的渗流状态,评估其对墙体侧压力的影响。

③应根据工程地质和环境条件合理评估偏压荷载。

a.圆形地下连续墙偏压取值可参考5.1.2节内容。

b.当地层起伏变化剧烈、基坑周边的超载明显不均匀时,应根据工程实际情况计算荷载沿环向的偏载分布。

c.考虑到岩土材料性质具有明显的离散性,在计算中尚应考虑土压力变异性的影响。

(2)计算模型的选型

①圆形基坑计算模型的选取原则。

a.当工程中存在明显的偏压作用时,应采用三维计算模型进行分析。例如,场地地层起伏变化剧烈、基坑周边超载不均匀或因场地限制不能均衡对称开挖土方等,属于明显的偏压作用,应在三维计算模型中合理模拟上述非轴对称因素产生的偏压问题。

b.如工程中不存在明显的偏压因素,可采用二维计算模型进行分析,但计算时应考虑土压力变异性的影响,土压力计算中应乘以荷载增大系数。

②当采用二维计算模型时。地下连续墙的环向拱弹簧应计入真圆度偏差和接缝缺陷的影响,弹簧刚度可根据地墙厚度、接缝厚度、单幅地下连续墙平均长度、地下连续墙及接缝填充物的弹性模量等参数进行必要的折减。

③当采用三维计算模型时。

a.计算模型宜按照地下连续墙实际分幅布置建模,采用一幅幅地下连续墙组成的正多边形来拟合基坑的实际形状。(www.daowen.com)

b.计算模型应合理考虑地下连续墙接缝的影响,应考虑真圆度偏差、接缝缺陷造成的地下连续墙环拱刚度折减。

c.三维模型应合理模拟地层起伏、超载变化、非对称开挖方式等因素造成的偏压影响。

④加劲构件的计算原则。当采用二维计算模型时,加劲构件一般分为:

a.加劲环梁、内支撑等构件。

b.“复合式”内衬墙。

c.“叠合式”内衬墙。

应根据加劲构件的结构受力特点,合理选择计算原则和计算方法。

(3)支护结构承载力及变形验算

圆形地下墙支护结构的承载力及变形验算应包含以下内容:

①竖向截面承载力验算。

a.一般情况下,地下连续墙竖向的正截面承载力可按照纯弯构件验算。

b.当圆形地下连续墙作为竖向承重构件,或存在其他直接作用在地下连续墙上的竖向荷载时,墙体竖向的正截面承载力应该按照压弯构件验算。

c.地下连续墙应验算竖向的斜截面承载力。

②环向截面承载力验算。

a.地下连续墙的环向正截面承载力应按照压弯构件进行验算。

b.环梁或内衬墙应按照压弯构件进行验算。

③墙体最大变形验算。墙体最大变形应满足基坑变形控制标准。

④其他验算内容。当地下连续墙兼做永久结构时,还应根据主体结构设计要求进行相关验算。

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