修改--第3讲-重力式挡墙.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,挡土结构与基坑工程,木林隆 博士,岩土大楼,820,室,65982005,mulinlong,第,三,讲 水泥土围护结构的设计和施工,概述,水泥土围护结构的特点和断面型式,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,水泥土围护墙的施工要点,重力式水泥土挡墙案例,概述,水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。（,DMM,）,水泥土重力式围护墙的概念,定义,常用的施工机械,概述,双轴水泥土搅拌机,三轴水泥土搅拌机,高压喷射注浆机,水泥土的发展与现状,搅拌法原是我国及古罗马、古埃及等文明古国，以石灰为拌合材料，应用最早而且流传最广泛的一种加固地基土的方法。例如，我国房屋或道路建设中传统的灰土垫层,(,或面层,),，就是将石灰与土按一定比例拌合、铺筑、碾压或夯实而成；又如万里长城和西藏佛塔以及古罗马的加普亚军用大道、古埃及的金字塔和尼罗河的河堤等，都是用灰土加固地基的范例。,应用水泥土较早的一些国家，如日本约始于,1915,年，美国约始于,1917,年。随后，许多国家纷纷将水泥土用于道路、水利等工程。,搅拌桩最早于本世纪,50,年代初问世于美国。我国自,1977,年开始研究搅拌桩机械。,概述,搅拌桩在我国应用的头,10,年中，其主要用途是加固软土，构成复合地基以支承建筑物或结构物。将搅拌桩用于基坑工程，虽在其发展初期已有成功的实例，但大量应用则是,90,年代初随着我国各地高层建筑和地下设施大量兴建而迅速兴起的，其中尤以上海及沿海各地为最多。大功率的三轴搅拌机加固深度可达到,2530m,。,水泥土重力式围护墙的应用,概述,搅拌轴数：搅拌桩的截面主要有双轴和三轴,加筋：加筋和非加筋,复合形式：水泥土结合钢筋混凝土预制板桩、钻孔灌注桩、型钢、斜向或竖向土锚等结构形,水泥土重力式围护墙的类型与适用范围,水泥土围护结构的特点和断面型式,水泥土重力式围护墙的类型,平面布置：满膛布置、格栅型布置和宽窄结合的锯齿形布置,按竖向布置：等断面布置、台阶形布置,水泥土重力式围护墙的布置,无支撑自立式挡土墙，依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体。,变形主要表现为墙体水平平移、墙顶前倾、墙底前滑以及几种变形的叠加。,水泥土重力式围护墙的特点,水泥土围护结构的特点和断面型式,开挖深度：,不宜,超出,7m,，在基坑周边环境保护要求较高的情况下，基坑深度应控制在,5m,范围以内,土质条件：,水泥土搅拌桩和高压喷射注浆均适用于加固淤泥质土、含水量较高而地基承载力小于,120kPa,的粘土、粉土、砂土等软土地基，当土中含高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿物时，加固效果较好；土中含伊里石、氯化物和水铝英石等矿物时，加固效果较差，土的原始抗剪强度小于,20,30kPa,时，加固效果也较差。,环境条件：,在基坑周边距离,12,倍开挖深度范围内存在对沉降和变形较敏感的建（构）筑物时，应慎重选用水泥土重力式围护墙。,水泥土重力式围护墙的适用条件,水泥土围护结构的特点和断面型式,水泥土重度室内试验结果表明，当水泥掺入比为,5%,20%,、水灰比,=0.45,0.5,时，水泥土较被加固的土体重度增加约,1%,3%,左右。,天然软土含水量越大或水泥掺入比越大，则水泥土加固体的含水量降低幅度越大。,不同含水量的软土用不同的水泥掺入比加固后，其液限将稍有降低，而其塑限则有较大提高。,水泥土的物理特性,水泥土围护结构的特点和断面型式,加固土的物理力学特性,水泥土的无侧限抗压强度在,0.3,4.0MPa,之间，大约比天然软土强度提高数十倍到数百倍（土质，龄期，水泥掺入比，土的含水量，土的化学性质,-PH,值，水泥品种与标号，外掺剂）,水泥土的抗剪强度,Cu,与其法向应力有关。设计时如做较保守之考虑，可取,u,为零时的抗剪强度,f0,作为桩体不排水抗剪强度设计值。,f0,与无侧限抗压强度的比例介于,1/2,1/5,之间。水泥土的抗剪强度随抗压强度的增大而提高，但随着抗压强度增大，两者的比值减小。一般地说，当无侧限抗压强度,q,u,=0.54.0 MPa,时，其粘聚力,c,u,=0.11.1MPa,，内摩擦角,约在,20,30,之间。水泥土的抗拉强度,t,与无侧限抗压强度,q,u,的关系：当,q,u,1.5MPa,时，,t,约等于,0.2MPa,。,水泥土的力学特性,水泥土围护结构的特点和断面型式,加固土的物理力学特性,水泥土无侧限抗压强度愈大，破坏应变量愈小。当,q,u,=0.54.0MPa,时，,E=(100150)q,u,。,它的抗渗性能明显改善。,负温一般并不影响水泥搅拌桩施工，但它会使水泥土化学反应停滞而推迟搅拌桩强度的发展。,现场桩体强度,/,室内试块强度的比值约为,0.6,0.75,。,加固土的物理力学特性,水泥土的力学特性,水泥土围护结构的特点和断面型式,设计方案比选,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,1,施工时无振动、噪声小、无泥浆废水污染；,2,施工操作简便、成桩工期较短，造价较低；,3,基坑开挖时一般不需要支撑、拉锚；,4,隔水防渗性能良好；,5,基坑内空间宽敞，方便土方开挖和后期结构施工；,6,挡墙顶面可设置路面行驶施工车辆，而路面结构又可增加挡墙刚度；,7,同一墙体可设计成变截面、变深度、变强度；,8,有利于缩短综合工期；,9,可就近利用一部分粉煤灰等工业废料作为固化剂的外掺剂。,优点,设计方案比选,1,对有机质含量高、,pH,值低（,7,）、初始抗剪强度甚低（,2,3kPa,）的土，或土中含伊里石、氯化物、水铝石英等矿物及地下水具有侵蚀性时，加固效果差；,2,贯穿地面或地下硬土或其它障碍物有困难，有时可用冲水或注水下沉解决，有时难以解决；,3,根据国内现有设备，目前常用的支挡高度为,4,7m,；一般情况下，当采用湿法,(,喷浆,),施工时，开挖深度不超过,7m,；当支挡高度较大或工程量较大时，可能不经济；,4,墙体占地面积大，水泥土搅拌桩按格栅形布置，墙宽约,0,7,1,0,倍开挖深度，桩插入基坑底深度约,0,8,1,4,倍开挖深度；,5,水泥用量较大，以一般软土中,10m,深的墙体,(,包括插入坑底部分,),为例，每,100,延长米墙体约需水泥,500,600t,；,6,成桩后需要,28,天以上的养护期，一般不能立即开挖土方；,7,与有支撑支护结构相比，重力式围护基坑周围地基变形较大，对邻近建筑物或地下设施影响较大。,缺点,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,设计计算内容,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,1,水、土压力的计算,2,稳定性验算,3,墙体应力验算,4,格栅截面验算,5,墙体变形计算,水、土压力计算,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,整体稳定性分析,瑞典圆弧法,该法假定滑动面是一个圆弧面，并认为条块间的作用力对边坡的整体稳定性影响不大，可以忽略；,这种假定在两个土条之间并不满足，对安全系数的计算结果，这样所造成的误差有时可高达,60%,以上；,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,不排水条件下抗隆起稳定,极限平衡法,一般是在指定的破坏面上进行验算，分析计算时还可能会作一些假定,Terzaghi(1943),抗隆起分析模式,H,/,S,u,为稳定系数,5.7,即为考虑基地完全粗糙时的地基承载力系数,N,c,值,Terzaghi(1943),的抗隆起分析模式适用于比较浅或宽的基坑抗隆起分析问题，也即适用于,H,/,B,1.0,的情况,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,抗倾覆、抗滑移稳定性分析,抗倾覆,抗滑移,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,抗渗流稳定性分析,渗流破坏主要表现为管涌、流土,(,俗称流砂,),在渗流出口处,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,抗承压水稳定性分析,承压水破坏主要表现为突涌,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,墙体应力验算,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,格栅截面验算,水泥土重力式围护墙结构加固体平面通常呈格栅型布置，每个格子的土体面积,A,应满足,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,式中：u-格子的周长(m),分项系数，对砂土和粉质砂土取1.0，粘土取2.0,墙体变形计算,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,水泥土重力式围护墙的平面布置,三轴搅拌桩,水泥土重力式围护墙的构造要求,水泥土重力式围护墙的平面布置,双轴搅拌桩,水泥土重力式围护墙的构造要求,水泥土重力式围护墙的平面布置,高压旋喷注浆,水泥土重力式围护墙的构造要求,水泥土重力式围护墙的竖向布置,水泥土重力式围护墙的构造要求,水泥土重力式围护墙坑底以下的插入深度,D,一般可取开挖深度,h0,的,0.81.4,倍，断面布置有等断面布置、台阶形布置等。,水泥土重力式围护墙加固体技术要求,1,水泥土水泥掺合量以每立方加固体所拌和的水泥重量计，常用掺合量为双轴水泥土搅拌桩,1215%,，三轴水泥土搅拌桩,1822%,，高压喷射注浆不少于,25%,。,2,水泥土加固体的强度以龄期,28,天的无侧限抗压强度,qu,为标准，,qu,应不低于,0.8MPa,。,3,水泥土加固体的渗透系数不大于,10-7cm/sec,，水泥土围护墙兼作隔水帷幕。,4,水泥土重力式围护墙搅拌桩搭接长度应不小于,200mm,。墙体宽度大于等于,3.2m,时，前后墙厚度不宜小于,1.2m,。在墙体圆弧段或折角处，搭接长度宜适当加大。水泥土加固体在习惯上称为搅拌桩，相邻桩搭接部分的截面积为双弧形，搭接长度,200mm,指搅拌转轴中心连线位置的最大搭接长度。,5,水泥土重力式围护墙转角及两侧剪力较大的部位应采用搅拌桩满打、加宽或加深墙体等措施对围护墙进行加强。,6,当基坑开挖深度有变化，围护墙体宽度和深度变化较大的断面附近应当对墙体进行加强。,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,水泥土重力式围护墙压顶板及联结的构造,1,水泥土重力式围护墙结构顶部需设置,150,200mm,厚的钢筋混凝土压顶板，压顶板应设置双向配筋，钢筋直径不小于,8,，间距不大于,200mm,。墙顶现浇的混凝土压顶板是水泥土重力式围护墙的一个组成部分，不但有利于墙体整体性，防止因坑外地表水从墙顶渗入挡墙格栅而损坏墙体，也有利于施工场地的利用。,2,水泥土重力式围护墙内、外排加固体中宜插入钢管、毛竹等加强构件。加强构件上端应进入压顶板，下端宜进入开挖面以下。目前常用的方法是内排或内外排搅拌体内插钢管，深度至开挖面以下，对开挖较浅的基坑，可以插毛竹，毛竹直径不小于,50mm,。,3,水泥土加固体与压顶板之间应设置连接钢筋。连接钢筋上端应锚入压顶板，下端应插入水泥土加固体中,1,2,米，间隔梅花形布置。,水泥土围护墙的计算分析方法和设计,双轴水泥土搅拌机,水泥土围护墙的施工,双轴水泥土搅拌机,配套设备,1,灰浆泵,2,灰浆搅拌机,3,灰浆集料斗,4,桩架,施工准备,水泥土围护墙的施工,1,技术准备,进行加固土室内配合比试验，依据设计施工图和环境调查与分析，编制施工组织设计，安排好围护搅拌桩的施工顺序，通过试成桩，选择最佳水泥掺量，确定水泥土搅拌桩施工工艺参数。,2,材料准备,水泥进场，按每一袋装水泥或散装水泥出厂编号进行取样、送检。搭设水泥棚，布置浆液拌站，面积宜大于,40m2,，一般泵送距离不宜大于,100m,。,3,场地准备,清表及原地面整平。沟槽开挖。桩位放样。,4,设备准备,设备进场。桩机就位。,施工工艺,水泥土围护墙的施工,双轴施工要点,水泥土围护墙的施工,工艺试成桩,试成桩的目的是确定各项施工技术参数,a.,搅拌机钻进深度、桩底、桩顶或喷、停浆面标高；,b.,搅拌机提升速度与浆泵流量的匹配；,c.,每,m,桩长或每根桩的送浆量、浆液到达喷浆口的时间；,d.,双轴搅拌机单位时间（,min,）内，固化剂浆液的喷出量,q,（,KN,），取决于搅拌头叶片直径、固化剂掺入比及搅拌机钻头提升速度。,双轴施工要点,水泥土围护墙的施工,施工参数与质量标准,水泥土搅拌桩采用,PO42.5,新鲜普通硅酸盐水泥，单幅桩断面一般,700500,双头搭接,200mm,，常用水泥掺入比为被加固湿土重的,12%,15%,，在暗浜区水泥掺量应再适当提高，水灰比,0.45,0.55,。搅拌桩垂直度偏差不得小于,1%,，桩位偏差不得大于,50mm,，桩径偏差不得大于,4%,。,双轴施工要点,水泥土围护墙的施工,施工浆液拌制及管理,水泥浆液应按预定配合比拌制，每根桩所需水泥浆液一次单独拌制完成；制备好的泥浆不得离析，停置时间不得超过,2h,，否则予以废弃，浆液倒入时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。供浆必须连续，搅拌均匀。一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使搅拌机钻头下沉至停浆面以下,1.0m,，待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过,3h,，应先拆卸输浆管路，清洗后备用，以防止浆液结硬堵管。泵送水泥浆前管路应保持湿润，以便输浆。应定期拆卸清洗浆泵，注意保持齿轮减速箱内润滑油的清洗。,双轴施工要点,水泥土围护墙的施工,施工技术,搅拌桩施工必须坚持两喷三搅的操作顺序，且喷浆搅拌时，搅拌头提升速度不宜大于,0.5m/min,，钻头每转一圈提升（或下降）量以,1.0,1.5cm,为宜，最后一次提升搅拌宜采用慢速提升，当喷浆口达桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。,对于双轴水泥重力式围护墙内套打钻孔灌注围护桩时，钻孔桩待重力式围护墙施工结束，未完成形成强度之前套打施工。,双轴施工要点,水泥土围护墙的施工,施工安全,当发现搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水；发生卡钻，蹩车等现象时应切断电源，并将搅拌机强制提升出地面，然后再重新启动电机。当电网电压低于,350V,时，应暂停施工，以保护电机。,施工环境保护,水泥土围护墙的施工,减少挤土效应,（,1,）适当的降低注浆压力和减少流量，控制下沉（提升）速度。,（,2,）在靠近需保护建筑物和管线一侧，先施工单排水泥土搅拌桩封隔墙，再由近向远逐步向反向施工。,（,3,）限制每日水泥土搅拌桩墙体的施工总量，必要时采取跳打的方式。,（,4,）在被保护建筑物与水泥土搅拌桩墙体之间，设置应力释放孔或防挤沟。,（,5,）将浅部的重要管线开挖暴露并使其处于悬吊自由状态。,（,6,）三轴水泥土搅拌机通过螺旋叶片连续提升，因此挤土量较小，建议在环境保护要求高、有条件的地区，优先选择三轴搅拌桩施工。,泥浆处理,重力式水泥土挡墙案例,重力式水泥土挡墙案例,