第十章地下閉合墻基礎(chǔ)

第十章地下閉合墻基礎(chǔ)

第一節(jié)概述

地下閉合墻基礎(chǔ)是一種土中有基，基內(nèi)有土的基礎(chǔ)形式。對(duì)一般的場(chǎng)地條件，凡是能夠用一定的施工技術(shù)挖掘成槽的地基，均可采用此種基礎(chǔ)，尤其是在我國(guó)60多萬(wàn)平方公里的黃土地區(qū)和一些較干硬的粘土、以及風(fēng)化巖場(chǎng)地，對(duì)缺少較先進(jìn)的挖槽機(jī)械時(shí)，均可利用人工開(kāi)挖基槽(必要時(shí)僅需采用簡(jiǎn)單的支護(hù)措施)修筑這種基礎(chǔ)。槽孔開(kāi)挖時(shí)可根據(jù)其平面尺寸的大小、土質(zhì)狀況以及施工的技術(shù)條件采取全部墻斷面開(kāi)挖或分墻段開(kāi)挖、分段澆注混凝土的施工方法。與其它基礎(chǔ)形式比較，地下閉合墻基有以下特點(diǎn)：

1．施工場(chǎng)面因地而宜，可用于場(chǎng)地窄小，鄰近有建筑物的場(chǎng)地條件。2．施工噪音低，振動(dòng)小，對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響較小。3．與沉井基礎(chǔ)比較，同一條件下，閉合墻基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單、省工、省鋼材、且造價(jià)低，承載力比沉井高許多。4．與較大埋深(5米以上)的明挖基礎(chǔ)比較，閉合墻基礎(chǔ)開(kāi)挖的土方量少三分之二以上。同等使用條件下可節(jié)省混凝土l／3左右，在適當(dāng)增大槽孔深度后，也有利于基礎(chǔ)抗洪水的沖刷，其效益十分明顯。

5．與樁基比較，閉合墻基整體剛度大，水平承載力大，因樁在承臺(tái)以下各樁是一個(gè)個(gè)獨(dú)立受力的構(gòu)件，而閉合墻基礎(chǔ)的任一截面始終為一個(gè)整體。使用階段，閉合墻如同土中“骨架”并和基內(nèi)外土體共同承受荷載。閉合墻的剛度大、配筋少，比樁省鋼材，但混凝土用量有時(shí)比樁基稍多。6．地下閉合墻基礎(chǔ)不足之處是：對(duì)埋的較深較薄的墻體，單元接頭處理需較多的鋼材，對(duì)易于坍塌的地基或水下施工時(shí)，需較高的施工技術(shù)和施工精度，除了必須用護(hù)壁液外，對(duì)很深(大于50m)基槽、還要用超聲波檢測(cè)儀量測(cè)溝槽的垂直精度，施工難度比較大。日本在福島市飯坂街高架橋中將原設(shè)計(jì)的8號(hào)墩氣壓沉箱基礎(chǔ)改為10×10m、壁厚1.5m、挖掘深度為24m的閉合墻基。為了進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，本橋7號(hào)墩基仍采用沉箱基礎(chǔ)。基礎(chǔ)建成后，用鋼纜繩進(jìn)行了對(duì)拉試驗(yàn)，分級(jí)加載，最大拉力為12000kN，在兩墩基所處的地質(zhì)條件，基礎(chǔ)的尺寸都相近的條件下，試驗(yàn)結(jié)果是：7號(hào)墩的沉箱基礎(chǔ)頂最大水平位移達(dá)17.9mm，卸載后殘留位移為9.6mm，轉(zhuǎn)角為8×10-4rad。8號(hào)墩的閉合墻基礎(chǔ)頂最大水平位移量?jī)H為3.6mm，轉(zhuǎn)角為2×10-4rad，卸載后殘存位移為0.3mm。比較在12000kN的水平力作用下的試驗(yàn)結(jié)果，扣除一些其它因素的影響，按地下閉合墻計(jì)算與按普通沉井計(jì)算結(jié)果的比較如下：1.水平位移，前者（閉合墻）為后者（沉井）的40％,（試驗(yàn)結(jié)果是前者為后者的21％）；2．由外力引起的基底反力，前者僅為后者的50％；3．前者正面地基都處于彈性狀態(tài)，而后者在地面以下約4m深度內(nèi)已為塑性狀態(tài)；4．前者正面墻上地基反力為后者的50％。20世紀(jì)80年代以來(lái)，日本在地下閉合墻基礎(chǔ)的施工技術(shù)方面有了很大的發(fā)展。首先反映在鉆挖機(jī)械的性能改進(jìn)方面，20世紀(jì)七十年代鉆挖機(jī)施工深度僅20-30m，現(xiàn)在日本許多公司開(kāi)發(fā)的鉆挖機(jī)都能在保證所需施工精度的前提下，鉆挖深度達(dá)到100m以上，對(duì)于地下閉合墻基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，由于受放入鋼筋籠的準(zhǔn)確程度，重量及吊機(jī)能力等限制，鉆挖深度一般以70-80m為根據(jù)排渣方式不同，鉆挖機(jī)可分兩類(lèi)，即抓斗式和旋轉(zhuǎn)式。前者適用于粘性土地基，后者適用于砂性土地基。鉆挖機(jī)上裝有能自動(dòng)測(cè)量?jī)A斜變位的儀器，可以大大提高鉆挖精度。裝傾斜變位計(jì)的挖掘機(jī)，在鉆挖深度為100m時(shí)，垂直精度可達(dá)到1/2000。施工技術(shù)的提高還反映在護(hù)壁液性能的改進(jìn)方面。從穩(wěn)定壁面來(lái)看，護(hù)壁液的比重較大為好，但對(duì)鉆機(jī)壽命和水下混凝土質(zhì)量都有壞的影響，作為永久承重的地下閉合墻基礎(chǔ)，對(duì)混凝土質(zhì)量要求較高。所以對(duì)護(hù)壁液的要求是：既要護(hù)壁，又要與水下混凝土有良好的置換性，為了便于清基，還要求護(hù)壁液中的鉆渣粒子沉降速度快。近年來(lái)，日本開(kāi)發(fā)了一種高分子聚合物外，還有膨潤(rùn)土，分散劑等等添加成分，它在滿足上述要求方面比一般的膨潤(rùn)土泥漿要好，倒用次數(shù)也比膨潤(rùn)土多。地下連續(xù)墻單元之間連接的可靠性是與施工技術(shù)密切相關(guān)的一個(gè)重要問(wèn)題，連續(xù)接頭是施工最易發(fā)生缺陷的部位。日本新干線上橋梁的地下閉合墻基礎(chǔ)，基本上都是U型鋼板式接頭。圖10-3地下閉合墻的分段圖和接頭形式到1999年，日本在十余座公路鐵路橋梁上使用了七十余個(gè)地下閉合墻基礎(chǔ)。1992年修建的青森斜拉橋兩塔基礎(chǔ)，平面形狀為單箱六室，尺寸為20.5×330．0m，入土深度為42m，壁厚1.5m。室蘭港白烏大橋?yàn)槿珉p鉸加勁公路懸索橋，中跨720m，主塔基礎(chǔ)采用了37m的地下閉合墻基礎(chǔ)，墻厚1.5m，入土深度為106m及70m。第二節(jié)地下閉合墻基礎(chǔ)承載力計(jì)算

按我國(guó)現(xiàn)行“橋規(guī)”，對(duì)需考慮基礎(chǔ)周?chē)鼗鶑椥钥沽Φ纳盥窕A(chǔ)，按剛性深基礎(chǔ)處理，一般情況下，橋梁基礎(chǔ)無(wú)需設(shè)計(jì)成彈性地下閉合墻基礎(chǔ)，因剛性地下閉合墻基其截面尺寸較大，墻壁較厚，基礎(chǔ)高度不大，在施工技術(shù)、機(jī)械化水平較低的情況下均可施工。

在考慮不同的施工方法前提下，剛性地下閉合墻基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容有，計(jì)算并檢算基礎(chǔ)的豎向承載力，水平承載力及傾覆穩(wěn)定性；計(jì)算在最不利荷載作用下基礎(chǔ)變位和內(nèi)力；根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行基礎(chǔ)墻壁的豎直主筋設(shè)計(jì)、細(xì)部構(gòu)造及配筋設(shè)計(jì)以及施工中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算等。2.1豎向承載力計(jì)算在豎向力作用下，圖10-6為計(jì)算圖示。地下閉合墻基礎(chǔ)受力性狀類(lèi)似于挖孔灌注樁，受力比較明顯。對(duì)一般良好地基土，內(nèi)外墻面與地基的摩阻力均需考慮，對(duì)軟弱地基和基礎(chǔ)內(nèi)部土體截面較小的情況基內(nèi)摩阻力要進(jìn)行折減(為了安全也可不計(jì))?；A(chǔ)頂部豎向容許承載力用[v]表示，按下式計(jì)算豎向容許承載力。結(jié)合“橋規(guī)”中確定平基地基容許承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，(10-1)式可修改為：2.2水平承載力計(jì)算

在對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行抗震檢算時(shí)，因在橫向振動(dòng)荷載作用下以及發(fā)生地震時(shí)，基內(nèi)土體與基礎(chǔ)有同步變位的趨勢(shì)(或—起運(yùn)動(dòng))，故考慮基內(nèi)土體水平承載的作用時(shí)要進(jìn)行折減，或只計(jì)基底面水平摩擦力和基礎(chǔ)外壁面的地基反力。對(duì)非地震力，基礎(chǔ)內(nèi)土體水平抗力有效高度為h(或取一半基內(nèi)土柱高度)，如圖10-7所示?；蛘卟豢紤]內(nèi)部土體作用力，按實(shí)體基礎(chǔ)的計(jì)算結(jié)果，再相應(yīng)提高(10-20)％。(這是根據(jù)日本有關(guān)實(shí)橋基礎(chǔ)的測(cè)試和對(duì)兩組不同規(guī)模的模型試驗(yàn)結(jié)果的分析，給出的一個(gè)比較保守的數(shù)據(jù)，供設(shè)計(jì)中參考)。水平容許承載力[P]由下式計(jì)算。2.3基礎(chǔ)抗覆穩(wěn)定性計(jì)算

對(duì)于剛性地下閉合墻基礎(chǔ)，當(dāng)基頂有橫向外力作用時(shí)（包括力矩），需進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性檢算，先要求出基礎(chǔ)所能承受的最大容許力矩。此項(xiàng)檢算有兩種情況，見(jiàn)下圖示，當(dāng)H＋Pb<Ph+Pc時(shí)，是類(lèi)型I的情況，基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心在基底以上處，即y0＜L，一般剛性地下閉合墻基礎(chǔ)均屬此類(lèi)，極限抗傾覆力矩用下式計(jì)算：傾覆力摩矩：M0＝M+拆Hy0檢算：M0≤MK允/F豪s其中P1、P2、P3、P4、P5的計(jì)茶算同軍前。當(dāng)H+直P(pán)b富≥P膀h+埋Pc時(shí)，為恒第Ⅱ種情況扇，此種鐘情況一岸般發(fā)生堤在基礎(chǔ)討埋得較坦淺，周像圍地基惠較軟弱夕的剛性腔基礎(chǔ)，判或基底滔嵌入硬吹質(zhì)土層恢，此時(shí)薄基礎(chǔ)的本轉(zhuǎn)動(dòng)中蒼心位于必基底以植下中心臥軸處，盆即y0顏≥L，由(10曬-8)式計(jì)算中基礎(chǔ)的楊極限抗仍?xún)A覆力殺矩：抗傾帆覆穩(wěn)蘆定性示檢算新圖3地下閉改合墻基顛礎(chǔ)在橫脖向荷載誦作用下柴內(nèi)力認(rèn)與變位庭計(jì)算3.1力學(xué)計(jì)蚊算模型設(shè)地臥下閉煤合墻盲基礎(chǔ)殃計(jì)算傍模型禁如圖10作-9所示，埋基礎(chǔ)內(nèi)想外有8種類(lèi)撤型的綱地基旋彈性鉆抗力嶼，分歲別用Kθ、αK骨θ、Ks、εKs、K’球s、βK’胡s、Kc和Kv表示。豎因基礎(chǔ)毛被看作遮剛性體迎，空間對(duì)剛體變昆位也非如常小，軍所以在斷豎向力鄰、水平棕力和力道矩共同挨作用下觸，可分智開(kāi)進(jìn)行歌計(jì)算。插假定基麻礎(chǔ)在外抄力和周旱圍地基攀彈性抗嫌力的作確用下，這繞中心萌軸處某沃點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)反，轉(zhuǎn)動(dòng)得角θ，基礎(chǔ)永前后墻籍面的水六平抗力幻玉地基系姓數(shù)為：設(shè)基底礎(chǔ)兩起側(cè)墻憶面剪釀切地教基系溉數(shù)K’s和前后篩墻面豎蓄向剪切溉地基系島數(shù)Ks均為常搞量；基季礎(chǔ)內(nèi)部肥土的剪倉(cāng)切地基慶系數(shù)分哨別為βK’淹s、εKs、αK糖e為內(nèi)載部土別體水臺(tái)平向護(hù)地基呼系數(shù)絨；α、ε、β為折減鑼系數(shù)均朽小于1。在地源震時(shí)，鹽因基礎(chǔ)仇內(nèi)土壤潛與其共摸同振動(dòng)滔，以及暈在水平救荷載作崖用下，鞠基礎(chǔ)內(nèi)耗上部一妻定高度湊土體有翼與基礎(chǔ)杠一起變辰位的起巖變位的級(jí)趨勢(shì)，環(huán)因而設(shè)睜基礎(chǔ)內(nèi)痕土體抗樣力作用蚊的有效頂高度為h，對(duì)皂非地刑震力責(zé)計(jì)算h也可有取一位半基綠入土靈的高爛度，豬當(dāng)用榴地震斧力計(jì)嘆算時(shí)微可取襖如圖10注-8所示附高度瓦。當(dāng)基牢礎(chǔ)在肯外力師作用頸下，兆地基楊土對(duì)失其各濾墻壁滴面產(chǎn)尿生地非基反旨力，狀計(jì)算送圖式黑如圖10-駱10所示。圖10深-9力學(xué)計(jì)簡(jiǎn)算模型3.2剛性伴地下歪閉合素墻基嚴(yán)礎(chǔ)變唯位計(jì)毛算根據(jù)稿力學(xué)挪計(jì)算悟圖示(圖10朱-1打0)，列抖出力列的平登衡方作程，演可得銜到計(jì)知算基返礎(chǔ)變橡位的都公式田如下：其中：當(dāng)y0＝L，即赴基礎(chǔ)倦繞基恩底中事心轉(zhuǎn)老動(dòng)(例如創(chuàng)基底泡嵌入籌巖層)時(shí)，瞞則有其中憤：上式稠中m為地四基系仁數(shù)Kθ的比厭例系閑數(shù)，肅對(duì)多照層地幅基土贊。3.續(xù)3地基祖系數(shù)還為?？盗康奶┙獯鹪谟帽镜竟?jié)公式蕩計(jì)算較嶄干硬黃壩土地基噴中地下鹿閉合墻境基礎(chǔ)的扇變位，銜當(dāng)外力滾較小、淚位移較筒小時(shí)，茄計(jì)算結(jié)富果可能匙與實(shí)際峽結(jié)果相損差較大匆，其主磚要原因主是，計(jì)拿算公式瘡是在假自定地基瞎土的彈三性抗力龍與位移族是線彈術(shù)性變化暫情況推礎(chǔ)求的，況即σx=Cy·△x，而待實(shí)際市上，憲它們寄是非帆線彈乎塑性視變化蜂的關(guān)碑系，糊通過(guò)匯現(xiàn)場(chǎng)酒基礎(chǔ)怕荷載會(huì)試驗(yàn)日，實(shí)柿測(cè)基紹礎(chǔ)變欲位與閣外力從的關(guān)踏系是袋一曲央線，洋而計(jì)夜算出愈的是擇一直饒線，嚴(yán)只有妹在兩語(yǔ)條線疑相交瘦的那命一點(diǎn)被才是保完全烈吻合抖的，糾而這易一點(diǎn)專(zhuān)隨著暴地基打系數(shù)跌的比貫例系巡壽數(shù)m的取值辨的大小紗而前移窩和后移據(jù)。如果哨按σx與位晉移△x非線朱彈塑必性變探化關(guān)優(yōu)系來(lái)永推求移計(jì)算傾公式擱，將收使得落計(jì)算羊非常很復(fù)雜森，需蜂用數(shù)后值分若析法伴由計(jì)壇算機(jī)統(tǒng)編程屋計(jì)算訪，在倍實(shí)際革應(yīng)用吃中很拘不方楊便。對(duì)同一眾土層假途設(shè)地基暖系數(shù)為誘常量進(jìn)攤行分析密計(jì)算的獨(dú)情況是侵：在實(shí)鄉(xiāng)豐際開(kāi)挖得黃土基翠坑時(shí)，除發(fā)現(xiàn)坑變壁挖得筍很陡直拳，有些靜槽深達(dá)l0m而土壁聯(lián)并不坍菊塌，溝儀槽土壁個(gè)在一定絲式深度內(nèi)火保持穩(wěn)碰定，這縮慧說(shuō)明在歐一定的貓條件下蹦溝槽兩腸壁土體米結(jié)構(gòu)處金于彈性賣(mài)平衡狀辛態(tài)。當(dāng)坑槽孔挖算好后，怨灌注混憐凝土?xí)r克，土壁務(wù)又起著脾模板的增作用，掙混凝土世會(huì)對(duì)土買(mǎi)壁產(chǎn)生償很大側(cè)條壓力，悠壓力大紛小與槽緒孔深度襖成正比曲。然而遞在混凝之土的養(yǎng)構(gòu)護(hù)期，拘混凝土未又會(huì)逐扮漸干硬怪收縮，求側(cè)壓力炕逐漸減銹小，通檔過(guò)基礎(chǔ)戲模型試區(qū)驗(yàn)，測(cè)鈔讀各測(cè)烏點(diǎn)壓力紫盒不同頂時(shí)間的塑靜土壓姻力發(fā)現(xiàn)禿，靠近院地面處盈測(cè)點(diǎn)的替土壓力恥讀數(shù)值斃在灌注傻混凝土震前、后(混凝聽(tīng)土養(yǎng)丙護(hù)幾采天后)變化不界大。鑒葛于這種朗情況，漫對(duì)同—黃土層姻，假定關(guān)其剪切摔地基系舅數(shù)為常臨數(shù)，對(duì)日水平擠訪壓地基鈔抗力系烤數(shù)Ke也假賤定為峽常值薯能滿客足一枝定的姓精度釣要求至。因水平更地基抗艙力的大映小還與撫地基土騎含水量課的多少恩、土的住容重和濾密實(shí)度(即孔止隙比e)等有蕩關(guān)，漿通過(guò)神兩次膏黃土牧地基爬原位耽模型陵試驗(yàn)厚和地劍基的卷旁壓粱測(cè)試方發(fā)現(xiàn)被，隨摩著深煙度的乎增加脫，含案水量鏡也增逗大，穴土粒亦變得掠濕軟延，盡蠅管容膜重增神大即嗽孔隙涂比e減小鋪，而軍地基尿土的書(shū)側(cè)壓槽強(qiáng)度推比上瓣部土祝層沒(méi)蠟有多污大提霞高。齊因此嗓，Ke可按耽基礎(chǔ)復(fù)埋深盈中部躁的完企全被錢(qián)動(dòng)和奧主動(dòng)上土壓用力的庫(kù)差值q再除念以產(chǎn)覆生q值的位要移△f得到本。△f通常可朗取l0亦mm計(jì)算沈。第四誰(shuí)節(jié)．地下榴閉合視墻基霜礎(chǔ)的悉細(xì)部弱結(jié)構(gòu)瓶設(shè)計(jì)4.1水平密配筋腫計(jì)算如基礎(chǔ)葬的平面劉尺寸較批大，而狀墻壁又赴較薄時(shí)落，一般錯(cuò)要配一下定量水桑平筋，趣尤其是員單元墻伴接頭處沾，必須稿設(shè)置水滿平接縫濃筋。水花平筋配撕置計(jì)算統(tǒng)是取基膊礎(chǔ)外周屆面的地飼基反力亭較大的青一段按管框架結(jié)幫構(gòu)計(jì)算乘，先按并混凝土戒結(jié)構(gòu)進(jìn)馳行強(qiáng)度探檢算，陳當(dāng)不滿湊足要求興時(shí)，墻輸壁厚又尋不能增封加時(shí)，擋則需配者水平受軍力鋼筋夸。如圖10-您12，取一疾定高度滾閉合墻弦基礎(chǔ)，厭略去次穩(wěn)要因素輩，(可不眾考慮蠶內(nèi)部瞎土體嶼的作待用)計(jì)算圖士式為一紋平面受豆力的框疫架結(jié)構(gòu)唉，計(jì)算毯其最大抗正負(fù)彎窯矩。取S高度墻程壁按水號(hào)平框架巧計(jì)算圖撫示ω：S段圖形狗的面積評(píng)，也即S段高度砌內(nèi)地基咳反力的蹤蝶合力。對(duì)基戶(hù)礎(chǔ)底區(qū)部：糞也取S高度閉宮合墻，到一般的降