CN102031791B - 地下连续墙槽壁整体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整体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；确定泥浆的容重γ_w、槽深h、槽宽B、泥浆表面到地面的距离h_w；把各参数代入到槽壁整体失稳安全系数公式，利用搜索法确定槽壁整体安全系数的最小值；根据安全系数的大小，判断槽壁整体稳定性，调整泥浆容重，直至槽壁整体安全系数大于1。本发明具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了地下连续墙成槽施工中槽壁整体稳定性及泥浆容重分析的精度和效率，具有较强的实用性，工程应用方便，结果可靠，应用前景广泛。

Description

地下连续墙槽壁整体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整体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。

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整体稳定性及泥浆容重确定方法的文献。

发明内容

本发明针对现有确定方法中存在的不足，提出了一种地下连续墙槽壁整体稳定性及泥浆容重确定方法。本发明大大提高的了地下连续墙成槽施工中槽壁整体稳定性及泥浆容重分析的精度和效率，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；

第二步，确定泥浆的容重γ_w、槽深h、槽宽B、泥浆表面到地面的距离h_w；

第三步，把各参数代入到槽壁整体失稳安全系数公式，利用搜索法确定安全系数的最小值；

第四步，根据安全系数的大小，判断槽壁的整体稳定性，调整泥浆容重，直至槽壁整体安全系数大于1。

二、一种地下连续墙成槽过程中槽壁整体稳定性的确定方法，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整体失稳安全系数，并作出槽壁稳定性的判断。

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。

所述的成槽参数，根据工程项目地下连续墙设计深度，确定槽深h、槽宽B，根据制定的连续墙施工方案，确定泥浆的容重γ_w、泥浆表面到地面的距离h_w。

所述的确定公式，为下面的确定安全系数公式

式中：c——土的粘聚力(kPa)；

——土的内摩擦角(kPa)；

γ——土体的容重(kN/m³)；

γ_w——泥浆的容重(kN/m³)；

h——槽深(m)；

B——槽宽(m)；

h_w——泥浆表面到导墙表面的距离(m)；

θ₀、θ_h——中间变量，可通过

求得。

θ₁、θ₂、f₀、f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆、f₇、r′₀/r₀分别由以下式子确定

$r=r_0{e}^{\left({\mathrm{\θ}-\mathrm{\θ}}_0\right)\tan \mathrm{\φ}},$ $r^{\′}=r_0^{\′}{e}^{-\left({\mathrm{\θ}-\mathrm{\θ}}_0\right)\tan \mathrm{\φ}},$ $r_m=\frac{{r+r}^{\′}}{2},$ $R=\frac{{r-r}^{\′}}{2},$

$r_0=\frac{2h\sqrt{R^2-d^2}}{B[\sin {\mathrm{\θ}}_h{e}^{({\mathrm{\θ}}_h-{\mathrm{\θ}}_0)\tan \mathrm{\φ}}-\sin {\mathrm{\θ}}_0]},$ $x_1=\sqrt{R^2-a^2},$ $x_2=\sqrt{R^2-d^2},$ $y_1=\sqrt{R^2-x^2},$

$a=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\sin \mathrm{\θ}}{r}_0-r_m,$ $d=\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_h}{\cos \mathrm{\θ}}{r}_0{e}^{({\mathrm{\θ}}_h-{\mathrm{\θ}}_0)\tan \mathrm{\φ}}-r_m,$

$f_0=\frac{h}{h_w}\frac{1}{\sin {\mathrm{\θ}}_h{e}^{({\mathrm{\θ}}_h-{\mathrm{\θ}}_0)\tan \mathrm{\φ}}-\sin {\mathrm{\θ}}_0},$ $f_1=2\sqrt{R^2-d^2},$

$f_3={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_1}^{{\mathrm{\θ}}_h}\frac{\tan \mathrm{\θ}(\tan \mathrm{\θ}-{\tan \mathrm{\θ}}_1)}{{\cos }^2\mathrm{\θ}}{f}_1\mathrm{d\θ},$ $f_4={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_2}^{{\mathrm{\θ}}_h}\frac{\mathrm{din\θ}}{{\cos }^3\mathrm{\θ}}{x}_2\mathrm{d\θ},$ $f_5={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_0}^{{\mathrm{\θ}}_2}\frac{\cos \mathrm{\θ}}{{\sin }^3\mathrm{\θ}}{x}_1\mathrm{d\θ}$

$f_6={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_0}^{{\mathrm{\θ}}_2}{\∫}_0^{x_1}{\∫}_a^{y_1}{(r_m+y)}^2\cos \mathrm{\θdydxd\θ},$ $f_7={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_2}^{{\mathrm{\θ}}_h}{\∫}_0^{x_2}{\∫}_d^{y_1}{(r_m+y)}^2\cos \mathrm{\θdydxd\θ}$

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{f_0\cot {\mathrm{\θ}}_2\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\sqrt{1+f_0\sin {\mathrm{\θ}}_0(2+f_0{\csc }^2{\mathrm{\θ}}_2\sin {\mathrm{\θ}}_0)}},$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan \frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\cos {\mathrm{\θ}}_h{e}^{({\mathrm{\θ}}_h-{\mathrm{\θ}}_0)\tan \mathrm{\φ}}}$

通过变化θ₀、θ_h，搜索出安全系数F的最小值，即为地下连续墙成槽过程中槽壁整体失稳安全系数。

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，不会发生整体失稳现象，如果F小于1，说明槽壁处于不稳定状态，会发生整体失稳现象，调整泥浆容重，直至槽壁整体安全系数大于1。

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

附图说明

图1为本发明对数螺旋曲面整体滑动示意图

图2为本发明的实施例当c＝20kPa、γ＝17.5kN/m³、h_w＝1m、h＝20m、B＝300m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_w＝1m、h＝20m、B＝300m时F随γ_w/γ变化关系曲线

图4为本发明的实施例中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。

结合本发明的技术方案提供以下实施例：

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整体稳定性，采用如图1所示的对数螺旋曲面整体滑动模型。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，测定出土的内摩擦角

粘聚力c＝20kPa，土的容重γ＝17.5kN/m³。

3)根据工程项目地下连续墙设计深度及施工方案，确定槽深h＝27m、槽宽B＝4m，泥浆的容重γ_w＝12kN/m³，泥浆到导墙表面的距离h_w＝1m。

4)把各参数代入到由槽壁整体失稳推导出的求解安全系数公式(1)，通过变化θ₀、θ_h，搜索出安全系数最小值F＝2.105。

5)由于F大于1，说明槽壁处于稳定状态，不会发生整体失稳现象。

为便于进行确定结果的对比和分析，分别制作图2、图3和图4。图2为当c＝20kPa、γ＝17.5kN/m³、h_w＝1m、h＝20m、B＝6m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_w＝1m、h＝20m、B＝6m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。

图4为当c＝20kPa、

γ＝17.5kN/m³、h_w＝1m、h＝20m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，随土体槽壁宽度的增加而减小。

由实施例可以看出，槽壁整体安全系数与土体的粘聚力、土的内摩擦角、土体的容重、泥浆的容重、泥浆到导墙表面的距离有关，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。

本实施例大大提高的了地下连续墙成槽施工中槽壁整体稳定性及泥浆容重分析的精度和效率，具有较强的实用性。工程应用方便，结果可靠。

Claims (4)

1.一种地下连续墙成槽壁整体稳定性及泥浆容重确定方法，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；

第二步，确定泥浆的容重γ_w、槽深h、槽宽B、泥浆表面到导墙表面的距离h_w；

第三步，把各参数代入到槽壁整体失稳安全系数公式，该槽壁整体失稳安全系数公式如下：

式中：F——安全系数；

c——土的粘聚力(kPa)；

——土的内摩擦角(kPa)；

γ——土体的容重(kN/m3)；

γ_w——泥浆的容重(kN/m3)；

h——槽深(m)；

B——槽宽(m)；

h_w——泥浆表面到导墙表面的距离(m)；

θ₀、θ_h——中间变量，通过

求得；

θ₁、θ₂、f₀、f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆、f₇、r′₀/r₀分别由以下式子确定

$r_m=\frac{{r+r}^{\′}}{2},$ $R=\frac{{r+r}^{\′}}{2},$

$x_1=\sqrt{R^2-a^2},$ $x_2=\sqrt{R^2-d^2},$ $y_1=\sqrt{R^2-x^2},$

$a=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\sin \mathrm{\θ}}{r}_0-r_m,$

$f_1=2\sqrt{R^2-d^2},$

$f_3={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_1}^{{\mathrm{\θ}}_h}\frac{\tan \mathrm{\θ}(\tan \mathrm{\θ}-\tan {\mathrm{\θ}}_1)}{{\cos }^2\mathrm{\θ}}{f}_1\mathrm{d\θ},$ $f_4={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_2}^{{\mathrm{\θ}}_h}\frac{\sin \mathrm{\θ}}{{\cos }^3\mathrm{\θ}}{x}_2\mathrm{d\θ},$ $f_5={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_0}^{{\mathrm{\θ}}_2}\frac{\cos \mathrm{\θ}}{{\sin }^3\mathrm{\θ}}{x}_1\mathrm{d\θ},$

$f_6={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_0}^{{\mathrm{\θ}}_2}{\∫}_0^{x_1}{\∫}_a^{y_1}{(r_m+y)}^2\cos \mathrm{\θdydxd\θ},$ $f_7={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_2}^{{\mathrm{\θ}}_h}{\∫}_0^{x_2}{\∫}_d^{y_1}{(r_m+y)}^2\cos \mathrm{\θdydxd\θ},$

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{f_0\cot {\mathrm{\θ}}_2\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\sqrt{1+f_0\sin {\mathrm{\θ}}_0(2+f_0{\csc }^2{\mathrm{\θ}}_2\sin {\mathrm{\θ}}_0)}},$

利用数值分析求最值方法，通过变化θ₀、θ_h，搜索出安全系数F的最小值，即为地下连续墙成槽过程中槽壁整体失稳安全系数的最小值；

第四步，根据安全系数的大小，判断槽壁整体稳定性，调整泥浆容重，直至槽壁整体安全系数大于1。

2.权利要求1所述的地下连续墙槽壁整体稳定性及泥浆容重确定方法，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研究，重视对钻孔资料的分层和岩性描述研究，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，通过环刀法测定土容重试验，测定出土的容重γ。

3.权利要求1所述的地下连续墙槽壁整体稳定性及泥浆容重确定方法，其特征是，第二步中，根据工程项目地下连续墙设计深度，确定槽深h、槽宽B，根据制定的连续墙施工方案，确定泥浆的容重γ_w、泥浆表面到地面的距离h_w。

4.权利要求1所述的地下连续墙槽壁整体稳定性及泥浆容重确定方法，其特征是，第四步中，如果F大于1，说明槽壁处于稳定状态，不会发生整体失稳现象，如果F小于1，说明槽壁处于不稳定状态，会发生整体失稳现象，调整泥浆容重，直至槽壁整体安全系数大于1。

Images