新型接头超深地下连续墙施工过程分析及工程应用研究

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新型“Ⅱ”型接头地下连续墙是在南京河西复杂地质的基坑工程中提出的,主要应用于地质条件复杂且超深连续墙工程中,作“两墙合一”地下连续墙使用。由于在质量控制、施工效益等方面的诸多优点,新型“Ⅱ”型接头地下连续墙已经在多个基坑工程中得到应用。在“Ⅱ”型接头地下连续墙的工程中,最被关注的是施工过程中地下连续墙施工质量、接头力学性能、开挖槽段稳定性能、地下连续墙受力变形特性等问题,目前在该方面的理论研究严重滞后于工程实践。鉴于此,依赖于软土地区的工程实践,结合理论研究、原位试验、现场监测、数值分析等手段全面研究“Ⅱ”型接头地下连续墙施工全过程中接头及槽段施工质量、接头受力、槽段稳定、软土地区深基坑地下连续墙最大侧向变形计算方法、深基坑开挖中渗流作用对基坑变形影响及“Ⅱ”型接头嵌岩地下连续墙渗漏等情况,为“Ⅱ”型接头地下连续墙的设计和施工提供参考。主要研究内容包括以下几个方面:1.对“Ⅱ”型接头垂直度及槽段成槽质量(深层水平位移、地面沉降)进行了超声波监测,并对监测结果进行了分析。监测结果表明“Ⅱ”型接头垂直度偏差均小于0.17%,满足设计要求;槽段槽宽及槽壁的垂直度偏差均满足设计要求,槽段剖面的成槽质量合格。对地下连续墙试验墙段施工过程引起的深层土体水平位移及地面沉降进行监测,监测结果表明:槽段的开挖阶段土体深层水平位移最大值(8.63mm)小于设计值,满足设计要求,土体深层水平位移变化速率除了深度6m以上的几个测点外基本都小于警戒值变化速率1 mm/d。在监测结果分析的基础上给出了“Ⅱ”型接头地下连续墙施工方法施工期间易遇到困难的解决方式;最后通过与其它地下连续墙主要施工方法的比较对该方法进行了4项指标的评估。2.对“Ⅱ”型接头在地下连续墙槽段施工过程中的力学性能进行分析,通过运用极限平衡理论及公式推导,提出了“Ⅱ”型地下连续墙接头的内力及变形计算公式。结合背景工程,建立了分析“Ⅱ”型地下连续墙接头施工过程的三维有限元模型,通过有限单元法计算的理论值与公式计算的计算值进行对比,表明计算值具有一定的可靠度,可为该类新型接头施工过程中受力的变形控制提供理论计算依据;通过对接头上端两种约束形式进行计算,发现上端两种不同的约束形式对接头的力学性能影响较小,但是相比于上端铰接连接形式,采用上端刚接约束时接头内力分布更趋均匀,材料利用率更高。3.通过Coulom楔体力平衡理论对泥浆护壁地下连续墙开挖槽段的稳定性进行了分析,并给出了二维、三维模型的稳定安全系数和临界破坏角的解析计算公式。公式考虑了地表面倾斜角度、槽段长度、槽段深度、泥浆深度、临时荷载、有效粘聚应力及地下水平面深度等参数对槽段稳定的影响,公式的正确性通过Rankin主动土压力理论得到验证。运用推出的理论计算公式分别对地表面倾斜角度、槽段长度、有效粘聚应力及地下水平面深度等参数对稳定安全系数和临界破坏角的影响进行了分析。4.采用有限单元法,研究主要参数对软土地区地下连续墙最大侧向变形的影响。针对基坑开挖深度H、基坑开挖宽度B、单位宽度地下连续墙系统刚度S、支撑结构的轴向刚度Sa黏土归一化的不排水抗剪强度Su/σv’(Su为不排水抗剪强度,《为有效垂直应力)等5个参数进行分析研究,根据研究的结果,通过回归分析,给出地下连续墙最大侧向变形的简易计算方法。利用得到的计算方法,计算实际工程中基坑案例的地下连续墙最大侧向变形,与现场监测结果进行对比,验证了计算方法的准确性,可为以后预估软土地区地下连续墙最大侧向变形及检查设计提供参考。5.结合南京某基坑工程实际案例,建立考虑渗流影响基坑开挖三维有限元模型,通过与实际监测数据对比验证其正确性。运用考虑渗流影响的基准模型对不同施工阶段、地下连续墙深度及土体参数(渗透系数、孔隙比及回弹系数)等对基坑变形特性的影响进行研究,给出各参数变化下基坑侧向位移、坑外土体沉降位移和基坑底部隆起位移变化曲线,并对工程中防止或减小渗流的工程措施进行有限元分析,具体分析地下连续墙嵌入基岩不透水层及基坑外设置回灌井两种措施进对基坑变形的影响。6.对南京地区实际工程中“Ⅱ”型接头地下连续墙渗漏监测方案进行设计,结合工程中渗漏监测数据(包括渗漏量,渗漏流速,渗透系数及渗漏流向),分析了“Ⅱ”型接头处渗漏的情况,并对可能造成“Ⅱ”型接头处发生渗漏的原因进行分析,分析对象包括:接头防渗性能设计合理性分析、造成槽段及接头垂直度偏差超限的原因分析、接头清理不到位导致的渗漏问题分析。在分析的基础上给出了“Ⅱ”型接头防渗漏的相应方法。
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