地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算實(shí)例分析

□黃秋風(fēng) □李雪艷 □孫 熙(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司)

地下連續(xù)墻在城市建設(shè)中作為基坑支護(hù)形式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，在水利建設(shè)中的應(yīng)用多為防滲墻，起截水止漏的作用。

某水庫(kù)泄洪閘尾水渠，斷面呈“U”型，底寬約250 m，渠底平坦開(kāi)闊，經(jīng)過(guò)幾次汛期洪水沖刷，再加上人為采砂破壞，渠底沖出一個(gè)大坑，并且沖坑面積和深度不斷擴(kuò)大。沖坑上游約200 m處有一生產(chǎn)橋，若沖坑不斷向上游擴(kuò)展將危及橋墩安全，經(jīng)過(guò)幾個(gè)加固方案的比選，最終確定，在尾水渠上設(shè)置一道地下連續(xù)墻，既可以阻止沖坑的進(jìn)一步向上游發(fā)展，同時(shí)又可以保護(hù)橋墩基礎(chǔ)不被破壞。

1.連續(xù)墻工程概況

1.1 工程地質(zhì)及水文概況

工程區(qū)地層主要分布有第4系土層、砂層、砂礫石層、砂卵石層及第三系粘土巖。由老至新分述如下：①粘土巖（N1L）：淺棕紅色、棕黃色雜灰綠色泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，微裂隙發(fā)育成網(wǎng)狀，沿裂面有鐵錳質(zhì)膜充填，局部富含鈣質(zhì)，呈結(jié)核狀。②砂卵石（alQ4）：卵石成分以石英砂巖、石英巖為主，少量灰?guī)r，含量60%左右，粒徑4～10 cm，次圓形，充填物多為礫石粗砂，中、細(xì)砂次之，較密實(shí)。③砂礫石（alQ4）：中密，礫、卵石成分多為石英砂巖、石英巖，卵石塊徑2～6 cm，次圓形，該層上部為礫砂，下部為礫石。④中砂（alQ4）：灰黃色，中密，成分為長(zhǎng)石、石英，局部夾中粉質(zhì)壤土。⑤重粉質(zhì)壤土（alQ4）：黃色、褐黃色，可塑、中硬，粘粒含量不均，局部為輕粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土或中、重壤土。

地下水類型為第4系孔隙潛水，表層為重粉質(zhì)壤土，弱透水，下部砂、礫、卵石層透水性強(qiáng)，水位接近地表。

1.2 地下連續(xù)墻方案選擇

根據(jù)地質(zhì)情況，設(shè)置兩道地下連續(xù)墻，兩道連續(xù)墻之間通過(guò)聯(lián)系梁連接，下游連續(xù)墻厚度采用800 mm，作為主要擋土和受力結(jié)構(gòu)，上游連續(xù)墻厚度采用600 mm，上下游連續(xù)墻的插入深度需通過(guò)計(jì)算確定。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

2.地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算分析

2.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)布置形式，將其簡(jiǎn)化為圖2所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖，由于AC為聯(lián)系梁，其剛度小于上下游連續(xù)墻剛度，可將其視為連桿，僅傳遞軸向拉力，上游連續(xù)墻CD可視為錨釘，對(duì)下游連續(xù)墻起到錨固作用。

圖2 地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.2 地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算

地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性包括土體滑移失穩(wěn)、坑底隆起管涌。

2.2.1 整體滑移失穩(wěn)計(jì)算

對(duì)于本結(jié)構(gòu)，如果有足夠的錨固長(zhǎng)度，一般不會(huì)發(fā)生整體滑動(dòng)失穩(wěn)?？紤]可能的沖刷深度和人工采砂最深應(yīng)該到達(dá)連續(xù)墻下游中砂層底部，因此連續(xù)墻上、下游差值h取值取至中砂層底部，綜合考慮各種因素，本次計(jì)算采用8.2 m。

2.2.1.1 AB最小嵌固深度計(jì)算

將AC視為拉桿，CD視為錨釘，根據(jù)力矩平衡可求得支護(hù)結(jié)構(gòu)AB墻的最小入土深度Dmin。由AB墻兩側(cè)主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力相互抵消，即∑MA=0可求得Dmin，計(jì)算值增加20%作為實(shí)際入土深度，則AB總長(zhǎng)度為：

根據(jù)實(shí)際地下水位情況和運(yùn)行情況，計(jì)算分為兩種工況：一上游地下水位81.5 m，下游81m；二上、下游水位92.6 m。

兩種工況計(jì)算Dmin分別為4.78 m、3.71 m，根據(jù)Dmin計(jì)算值，L取14.2 m。

2.2.1.2 AC內(nèi)力求解

對(duì)AB墻的B端取矩，根據(jù)力矩平衡∑MB=0可求得拉桿AC拉力，這里忽略AC拉梁的端部彎矩。兩種工況下AC內(nèi)力分別為113.55 kN，48.56 kN。

2.2.1.3 CD最小嵌固深度計(jì)算

CD桿可視為懸臂柔性支擋結(jié)構(gòu)，為AC拉桿提供錨固；CD墻兩側(cè)填土高程相同，地下水位相同，在此條件下，采用靜力平衡法求出需要插入土層深度。由對(duì)D端的力矩平衡彎矩平衡由∑MD=0，可求得有效嵌固深度t。考慮在AC桿拉力作用下，下游側(cè)土壓力可能未達(dá)到極限狀態(tài)，被動(dòng)土壓力系數(shù)取其一半考慮。

兩種工況計(jì)算t分別為5.5 m、4.7 m。

2.2.2 整體滑移失穩(wěn)驗(yàn)算

若地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)背后的土體重力超過(guò)墻前坑底面以下地基的承載力時(shí)，地基的平衡狀態(tài)就會(huì)破壞，從而發(fā)生坑壁土流動(dòng)、坑頂下陷、坑底隆起的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，需要驗(yàn)算地基是否會(huì)隆起，常用的驗(yàn)算方法有兩種：地基穩(wěn)定性驗(yàn)算法和地基承載力公式驗(yàn)算法。此處，采用地基承載力公式驗(yàn)算法，驗(yàn)算公式為：

式中:γ—土的容重；q—底面荷載;Nc、Nq—地基承載力系數(shù)。

采用普朗特爾（Prandtl）公式，Nc、Nq按下式計(jì)算：

式中：φ—內(nèi)摩擦角。

兩種工況計(jì)算分別為5.4、6.2，滿足規(guī)范>1.6的要求。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程地下連續(xù)墻穩(wěn)定計(jì)算實(shí)例，得出以下結(jié)論：

本工程不同于懸臂式和多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，由于其頂部有水平聯(lián)系梁的拉接作用，在進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)，對(duì)頂端錨固作用力加以考慮。由于上游連續(xù)墻插入土層較深，因此，計(jì)算時(shí)認(rèn)為下游連續(xù)墻頂端不發(fā)生位移，這種假定更接近實(shí)際情況。

本工程運(yùn)行至今已經(jīng)一年半，狀況良好，說(shuō)明此計(jì)算方法能夠滿足工程要求，可以做為類似工程的參考和前期估算的依據(jù)。