CN102031770B - 地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑工程技术领域的地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法。包括：充分收集工作区已有地质资料，掌握场地土质情况，确定土质的粘聚力c、内摩擦角

、容重γ、每层土体的厚度h′_n；确定泥浆的容重γ_w，每层土体到泥浆表面的距离h_n；把各参数代入到槽壁局部安全系数公式，确定槽壁的局部安全系数；根据槽壁局部安全系数的大小，判断槽壁局部稳定性，调整泥浆容重，直至槽壁局部安全系数大于1。本发明具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了确定地下连续墙成槽施工中槽壁局部稳定性及泥浆容重的精度和效率，具有较强的实用性，工程应用方便，确定量小，结果可靠，应用前景广泛。

Description

地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法。

背景技术

地下连续墙施工方法，就是利用成槽机械，采用泥浆进行护壁，向地下钻挖具有一定长度和深度的沟槽，然后在槽段内放入预制的钢筋笼，灌注水下砼筑成一段钢筋砼墙段，并逐段连接起来形成一道连续封闭的地下墙体。地下连续墙由于其整体性好、墙体刚度大，支护结构变形较小；墙身具有良好的抗渗能力；可作为地下结构外墙；可用于多种地质条件下施工等诸多特点，是基坑围护工程中普遍使用的围护型式。在地下连续墙成槽施工全过程中泥浆需始终充满槽段，起着液体支撑、保持槽壁土体的稳定等作用，使墙体在筑成之前不会出现槽壁坍塌的危险。

经对现有国内外技术文献的检索，徐殿祥在《中国土木工程学会第三届年会论文集》1986，No11，pp.12-16上发表的“论地下连续墙施工中槽壁稳定与泥浆”，研究了泥浆、地下水、土压力三者的相互作用，通过力的平衡，分析了槽壁的整体稳定性。刘建航、侯学渊主编的《基坑工程手册》(1997)，介绍了抛物线圆柱体法、梅耶霍夫经验公式法以及非粘性土的经验公式法。抛物线圆柱体法是利用极限平衡方法，假设滑动体为抛物线圆柱体，通过力的平衡，得出槽壁的安全系数。梅耶霍夫经验公式法是根据现场试验获得的公式。以上三种方法都是整体失稳模式。

Filz G M，等，在《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》2004，No130(9)，pp.915-921上发表的“Stability of long trenches in sand supported by bentonite-water slurry”，该文介绍了用槽壁面上(竖向)土粒间的摩擦力与土粒有效容重的比值来定义局部失稳的方法，也是通过力的平衡建立起来的公式。

在进一步文献的检索中，尚没发现类似本发明的方法来解决地下连续墙成槽过程中槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法的文献。

发明内容

本发明针对现有槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法中存在的不足，提出了一种地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重确定方法。该方法具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了确定地下连续墙成槽施工中槽壁局部稳定性及泥浆容重的精度和效率，具有较强的实用性。

本发明通过以下技术方案实现的，

本发明包括以下步骤：

第一步，充分收集工作区已有地质资料，掌握场地土质情况，确定土质的粘聚力c、内摩擦角

容重γ、每层土体的厚度h′_n；

第二步，确定泥浆的容重γ_w，每层土体到泥浆表面的距离h_n；

第三步，把各参数代入到槽壁局部失稳安全系数公式；

第四步，根据安全系数的大小，判断槽壁的局部稳定性，如果安全系数小于1，调整泥浆容重，直至槽壁局部安全系数大于1。

二、一种地下连续墙成槽过程中槽壁局部稳定性的确定方法，其特征是通过地质资料以及试验资料，确定工作区的土体参数，通过施工方案，确定槽段及泥浆参数，通过确定公式以及确定方法，求出地下连续墙成槽过程中槽壁局部失稳安全系数，并作出槽壁局部稳定性的判断。

所述的地质资料，充分收集工作区地质资料，分析资料的可利用程度，重点对钻孔资料进行分类整理和分析研究，重视对钻孔资料的分层和岩性描述研究。

所述的土体参数，通过取样试验或原位试验，测定出土的内摩擦角

和粘聚力c，通过环刀法等测定土容重试验，测定出土的容重γ，根据工作区地质资料，确定每层土体的厚度h′_n。

所述的成槽参数，根据制定的连续墙施工方案，确定泥浆的容重γ_w，每层土体到泥浆表面的距离h_n。

所述的确定公式，为下面确定各层土体安全系数F_n的公式

式中：c——土的粘聚力(kPa)；

——土的内摩擦角(度)；

γ——土体的容重(kN/m³)；

γ_w——泥浆的容重(kN/m³)；

h′_n——第n层土体厚度(m)；

h_n——第n层土到泥浆面的距离(m)；

以及相邻多层土体参数求解公式

$c_m=\underset{n=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n^{\′}}{H}{c}_n,$

${\mathrm{\γ}}_m=\underset{n=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n^{\′}}{H}{\mathrm{\γ}}_n---\left(2\right)$

式中：c_m——相邻多层土体的粘聚力(kPa)；

c_n——第n层土体的粘聚力(kPa)；

——相邻多层土体的内摩擦角(度)；

—第n层土体的内摩擦角(度)；

γ_m——相邻多层土体的容重(kN/m³)；

γ_n——第n层土体的容重(kN/m³)；

h′_n——第n层土体厚度(m)；

H——相邻多层土体厚度(m)；

把相邻多层土体的参数代入公式(1)，求出相邻多层土体的安全系数F_m，比较各层土体及相邻组合土体的安全系数大小，最小值F即为地下连续墙成槽过程中槽壁局部失稳的安全系数。

所述的稳定性判断方法，如果F大于1，说明槽壁处于稳定状态，不会发生局部失稳现象，如果F小于1，说明槽壁处于不稳定状态，会发生局部失稳现象，调整泥浆容重，直至槽壁局部安全系数大于1。

本发明具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了确定地下连续墙成槽施工中槽壁局部稳定性及泥浆容重的精度和效率，具有较强的实用性，工程应用方便，确定量小，结果可靠，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明槽壁局部失稳示意图

图2为本发明的实施例当c＝20kPa、γ＝17.5kN/m³、h_n＝10m、h′_n＝4m时F随γ_w/γ变化关系曲线

图3为本发明的实施例当

γ＝17.5kN/m³、h_n＝10m、h′_n＝4m时F随γ_w/γ变化关系曲线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

以上海市某地区综合改造(一期)工程实例。该工程的施工场地东侧为黄浦江防汛墙，防汛墙为20世纪70年代建设，并于90年代初期经过加高加固。场地西侧为交通繁忙的马路，且有地下管线分布，新建临时防汛墙已将施工区域和管线、道路有效隔离。

本工程陆域范围建筑物的基坑工程分为A、B、C和D共4个施工区，围护结构采用800mm厚、27m～28m深地下连续墙，坑内采用三道水平钢筋混凝土支撑，基坑开挖方式为常规顺作施工，基坑开挖深度13.5m，基坑总延长1200m，属一级基坑，基坑变形控制标准严格。

为检查地下连续墙的成槽过程中槽壁局部稳定性，采用如图1所示的三棱柱体局部失稳滑动模型。具体方法及步骤如下：

1)充分收集工作区地质资料，对钻孔资料的分层和岩性描述研究，工程各区段浅部填土的填料成分复杂，差异较大。水域表部分布有近期沉积的厚薄不等的淤泥，土质不均，其厚度约为0.2～7.2m；陆域浅部杂填土普遍较厚，其组成成分复杂；拟建场地近黄浦江现有防汛墙区域，均有抛石分布，其厚度不均，抛石最厚处约6.0m左右，其宽度约18.0m左右。

2)通过取样试验或原位试验，测定出第二层土体粘聚力c＝10kPa，内摩擦角

土的容重γ＝18kN/m³，第三层土体粘聚力c＝13kPa，内摩擦角

土的容重γ＝18.2kN/m³

3)根据工程项目地下连续墙设计深度及施工方案，泥浆的容重γ_w＝12kN/m³，根据工作区地质资料，第二层土体的厚度h′_n＝7m，到泥浆表面的距离h_n＝3m，第三层土体的厚度h′_n＝16m，到泥浆表面的距离h_n＝10m，。

4)把各参数代入到由槽壁局部失稳推导出的求解安全系数公式(1)。求得第二层土体安全系数F₂＝2.635，第三层土体安全系数F₃＝3.089。由公式(2)求出第二、三层土体的参数，c_2，3＝12.086，

γ_2，3＝18.139，由公式(1)求出相邻两层土体的安全系数F_2，3＝1.996。由于F_2，3＜F₂＜F₃，所以F＝1.996

5)由于F大于1，说明槽壁处于稳定状态，不会发生局部失稳现象。

为便于进行确定结果的对比和分析，分别制作图2和图3。图2为当c＝20kPa、γ＝17.5kN/m³、h_n＝1m、h′_n＝19m时F随γ_w/γ变化关系曲线，由图可以看出，安全系数F随泥浆容重与土体容重之比γ_w/γ的增加而增加，随土体内摩擦角的增加而加。

图3为当

γ＝17.5kN/m³、h_n＝1m、h′_n＝19m时F随γ_w/γ变化关系曲线，由图可以看出，安全系数F随泥浆容重与土体容重之比γ_w/γ的增加而增加，随土体粘聚力的增加而增加。

由实施例可以看出，槽壁局部安全系数与各层土体的粘聚力、内摩擦角、容重、厚度、到泥浆表面的距离以及泥浆的容重有关，通过调整以上各参数，可以控制槽壁稳定，确定泥浆的配置容重。

本实施例提高的了确定地下连续墙成槽施工中槽壁局部稳定性及泥浆容重的精度和效率，工程应用方便，确定量小，结果可靠。

Claims (3)

1.一种地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，充分收集工作区已有地质资料，掌握场地土质情况，确定土质的粘聚力c、内摩擦角

容重γ、每层土体的厚度h′_n；

第二步，确定泥浆的容重γ_w，每层土体到泥浆表面的距离h_n；

第三步，把各参数代入到槽壁局部安全系数公式，确定槽壁的局部安全系数；

所述的槽壁局部安全系数公式如下：

式中：c——土体粘聚力(kPa)；——土体内摩擦角(度)；γ——土体容重(kN/m³)；γ_w——泥浆容重(kN/m³)；h′_n——第n层土体厚度(m)；h_n——第n层土到泥浆面距离(m)；

求出各层土体的安全系数F_n，

相邻多层土体的参数由以下公式求得

$c_m=\underset{n=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n^{\′}}{H}{c}_n,$ ${\mathrm{\γ}}_m=\underset{n=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n^{\′}}{H}{\mathrm{\γ}}_n---\left(2\right)$

式中：c_m——相邻多层土体的粘聚力(kPa)；c_n——第n层土体的粘聚力(kPa)；

——相邻多层土体的内摩擦角(度)；

第n层土体的内摩擦角(度)；γ_m——相邻多层土体的容重(kN/m³)；γ_n——第n层土体的容重(kN/m³)；h′_n——第n层土体厚度(m)；H——相邻多层土体厚度(m)；

把相邻多层土体的参数代入公式(1)，求出相邻多层土体的安全系数F_m，比较各层土体及相邻组合土体的安全系数大小，最小值F即为地下连续墙成槽过程中槽壁局部失稳的安全系数；

第四步，根据槽壁局部安全系数的大小，判断槽壁局部稳定性，调整泥浆容重，直至槽壁局部安全系数大于1。

2.如权利要求1所述的地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重的确定方法，其特征是，第一步中，充分收集工作区地质资料，分析资料的可利用程度，重点对钻孔资料进行分类整理和分析，通过取样试验或原位试验，测定出土的内摩擦角和粘聚力c，通过环刀法试验测定土体容重γ，根据工作区地质资料，确定每层土体的厚度h′_n。

3.如权利要求1所述的地下连续墙槽壁局部稳定性及泥浆容重的确定方法，其特征是，第四步中，如果F大于1，说明槽壁处于稳定状态，不会发生局部失稳现象，如果F小于1，说明槽壁处于不稳定状态，会发生局部失稳现象，调整泥浆容重，直至槽壁局部安全系数大于1。

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