２０１２年第３期 （第４０卷） 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｎｏ．３．２０１２ （Ｔｏｄａｌ Ｎｏ．４０） 文章编号：１００７—７５９６（２０１２）０３—００７０—０３ 山肩邦男法在地下连续墙设计中的应用 赵玉杰 ，赵善国 （１．中国水电基础局有限公司，天津３０１７００；２．黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨１５００８０） 摘 要：结合某工程实例，介绍了山肩邦男弹塑性法在地下连续墙设计中的应用，并用等值梁法和理正深基坑支护软件给予了验证 说明山肩邦男弹塑性法在指导工程实践上是值得信赖的一种方法。 关键词：地下连续墙；工程地质；基坑支护；土压力；山肩邦男法；内力；弯矩；位移 中图分类号：ＴＶ５４３．８ 文献标识码：Ｂ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｙａｍａ Ｍａｙｏ Ｈｏｄａｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｌｌ ＺＨＡＯ Ｙｕ－ｊｉｅ ａｎｄ ＺＨＡＯ Ｓｈａｎ．ｇｕｏ （１．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｆｏｕｎｄｍｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０１７００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ＆Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｙａｍａ Ｍａｙｏ Ｈｏｄａｎ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｌｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｂｅａｍ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏ￣ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｌｉｚｈｅｎｇ，ａｎｄ ｉｔ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎ￣ｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｌｌ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ；ｓｕｐｐｏ￣ｏｆ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｙａｍａ Ｍａｙｏ Ｈｏｄａｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ；ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ １ 工程概述 该工程为郑州市某下穿式隧道工程，拟建场地周围均为 压水，据调查近２０ ａ最高水位埋深０．５ ｍ左右。属第四系松 散岩类孔隙潜水，地下水的补给主要为大气降水，场地环境 类别属Ｉ类。地下水经取样分析对混凝土无腐蚀性。 高层建筑物，基坑周边环境较为复杂。工程本身包含隧道引 坡和下穿式隧道两部分，隧道及引坡净宽ｌ５．５ ｍ，隧道长 ２８６ ｍ，引坡两侧各１８５ ｍ。基坑最大埋深约１２ ｍ，引坡段Ｕ 型槽底设抗拔桩，桩长４—２０ ｍ。下穿式隧道部分采用地下 连续墙和钢管支撑。 ３基坑支护方案选择 表１地层物理力学性质参数表 ２工程地质及水文地质 ２．１工程地质 拟建工程在地貌上属黄河冲积平原东部泛滥平原区，地 形较平坦，地貌单一。表层为０．３ ｍ厚水泥地坪，下至约 ２．０ ｍ为填土；２．０ ｍ一３２．０ ｍ为第四纪全新世冲积形成的地 层，以粉土、粉质黏土、粉细砂为主；３２．０ ｍ以下为第四纪晚 更新世冲积形成的地层，以粉质黏土为主。 ２．２水文地质 本场地勘察期间地下水位埋深３．０ ｍ左右（标高约 ８８．７１ ｍ左右），年变幅约１．０ ｍ左右，在第七层粉细砂具有承 ［收稿日期］２０１２—０３—２３ ［作者简介］赵玉杰（１９７２一），男，天津人，工程师；赵善国（１９７３一），男，黑龙江林句人，高级工程师。 ７０— 赵玉杰，等：山肩邦男法诬地下连续墙设计中的应用 第３期 表２支护结构选型表 结构选型 适用条件 适用于基坑侧壁安全等级为ｌ、２、３级； 排桩或地下连续墙 悬臂式结构在软土场地中≤５ｍ； 当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下 连续墙 基坑侧壁安全等级为２、３级； 水泥土墙 水泥土桩施工范围内地基土承载力《１５０ＭＰａ； 基坑深度不宜大于６ｍ 基坑侧壁安全等级为２、３级的非软土场地； 土钉墙 基坑深度≤１２ｍ； 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水或者截水措施 基坑侧壁安全等级为２、３级； 淤泥和淤泥质场地不宜采用； 逆作拱墙 拱墙轴线的矢跨比≥１／８； 基坑深度≤１２ｍ； 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水或者截水措施 基坑侧壁安全等级为３级； 放坡 等 霎警 萋麓螽暮 用； 当地下水位高于基坑底面时，应采用降水措施 该工程周围建筑物较多，场地比较狭窄，基坑开挖深度 大，地下水位较浅，地下管线较多，因此不适于用放坡、土钉 和桩锚支护。 地下连续墙刚度大，挡土结构变形小，整体性较好，止水 效果好，适应于开挖深度大、地质条件差且复杂的基坑，是支 护结构中最强的支护形式。它除了挡土、防水、止渗外，还能 承重作为结构一部分及地下室的外墙。该基坑开挖范围内 土层主要为新近沉积的稍密一中密状态的粉土，可塑的粉质 黏土，土质条件较差，且拟建场地内埋藏有较多地下管线，掩 埋土质均为组成极不均匀的杂填土。经分析论证，下穿隧道 外墙应该采用地下连续墙。该方案地下室外墙与建筑物红 线重合，不占用红线外用地，既可保证隧道上部竖向荷载的 有效传递，同时也可保证隧道内部使用空间不受影响，满足 隧道的使用要求。施工开挖阶段，地下连续墙为施工支护结 构，用于挡土、截水；使用阶段为地下室外墙兼挡土墙。此方 案完全满足规划和建筑设计要求，故采用地下连续墙作为该 基坑的支护方案。 ４地下连续墙基坑支护设计 地下连续墙的计算理论是从古典的假定土压力为已知， 不考虑墙体变形，不考虑横撑变形，逐渐发展到考虑墙体变 形，考虑横撑变形，直至考虑土体与结构的共同作用，土压力 随墙体变化而变化，主要计算方法见表３。 本文计算采用山肩邦男近似解法进行地下连续墙内力 计算，其基本假定为： １）在黏土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹 性体。 ２）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下 取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）。 ３）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中（ＷＸ ＋ ）为被动土压力减去静止土压力（ ）后的数值。 ４）横撑设置后，即作为不动支点。 ５）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不 变，而且下道横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置。 ６）开挖面以下墙体弯矩Ｍ：Ｏ的那点，假想为一个铰，而 且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。 表３土压力计算方法 ｑ Ｎｌｌ＿一．． 。： ： 主动土压力 ＋ Ｎ ＝ ●一 Ｎ＝：： ＝ ｉ ＝二匕＝ ＝二土二二 ＝年二二 水、土压力 ・－－－－。。。。－。‘ ‘ 。。。。。。一 ● Ｎ ｋ 一 ＝二 ＝二二 ：砒 ．．．．．．．．．．—－＾－－—————— ．． 气 ＝—＝——＝ 。： ’ 二。Ｅ。 ’。二。‘ ：‘二 ＝ ‘ —’— ， 、 ， ／ 、、 ／ 、 ， ／ ／ ＼／ １ Ｉ Ａ 一！ 型 图１ 山肩邦男近似解计算简图 近似解只需应用两个静力平衡方程式： ∑Ｙ＝０ ∑ＭＡ＝０ 由∑Ｙ＝０，得 ＾ ＋ １＝ 叩ｎ ２一 １ ２ｍ一 一扣 １似２ （１） 利用∑ ＝０，以及式（１），经化简后得： ÷（ 一ａ） ｍ３一‘ １…ｈ 一 １一 １ 一扣。 ） 一（ｎｈ 一 一 。 ）矗 一【手Ⅳｌ一［ｋ手－ＩⅣｌ＾ “莘 ＋ｋ莘－１ ＋１ ９ｒ ｈｌｈ２ｏｋ（ｈ 一 “一 １ ）】＝ｏ（Ｊ ｏ（２）２’ 近似解法的计算步骤如下： 第一阶段开挖后，式Ｉ、２的下标ｋ＝１，而且Ｍ取为零， 一７】一 ２０１２年第３期 （第４０卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．３．２０１２ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｄａｌ Ｎｏ．４０） 从式２中求出 ｍ，然后代人式１求出Ⅳ１。 第二阶段开挖后，式１和２的下标ｋ＝２，而且Ｍ只有一 ５地下连续墙嵌固深度计算 由《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７－－２００２）可知，假 设地下连续墙的临界嵌固深度为 ，则在这一嵌固深度处， 个Ⅳ１是已知值。从式２求出 ｍ，然后代入式１求出Ｎ２。 第三阶段开挖后，ｋ＝３，Ｎｉ有两个，即ＮＩ、Ｎ２作为已知 值，由式２求得 ｍ，然后代入式１，求出们。 土压力和支撑轴力对这点的力矩和应为０，即： 以此类推，求得各道支撑轴力后，可进一步求出墙体 内力。 × （ ＋ ＋ ： 本文在具体计算时，选取了一段面进行内力计算，该处 Ⅳ１（ｈ１ ＋ｈｄ）＋Ⅳ２（ｈ２ ＋ｈｄ）＋Ⅳ３（ｈ ＋ｈｄ） 采用３道，０６００钢管内支撑。并与等值梁法计算结果进行了 ｈｄ ｗｈｄ一口 ，ｈｄ 对比，对比结果见表４。 ＋ ｄ× 一＋—厂× ｄ× 表４计算结果对比 代入相关数据有ｈ ＝１１．４８ ｍ 嵌固深度设计值ｈｄ：１．２ｈｄ＝１．２×１１ ｉｎ＝１３．２ ｎｌ 所以最终取嵌固深度为ｈ ＝１３ ｍ ６ 利用《深基坑支护结构设计软件Ｆ—ＳＰＷ）进行计算 地下连续墙最大内力、弯矩和位移图见图２。 Ｉ况７一一开挖（１１ ００ｎ） 包络图 Ｌ ７０９Ｓ９州 ５ｌ ７ ｆ ／， ７７２ Ｎ ， 仉： ３９● 洲 ｌ５６８．９１ｋＮ 一，ｊ ２｝ ｌ ～ Ｉ ：：、 ） ， ， 支反力／ＫＮ 位移／ｍｍ 弯矩／ＫＮ—ｍ 剪力／ＫＮ （－４１ ９８）－－一（０．Ｏ０） （一１１６１．１４）…（１２５１．７５） （一６４２．６７）一一一（３１５．０９） （０．００）－－－（０．００）（－７８１。ｔ９）－－－（７６２．９１） （一３７８｜５５）…（２９６．５８） 图２最大内力、弯矩和位移图 利用里正深基坑支护软件，简化计算，选取１４个标准墙 投资等显著优点得到广泛应用。在对称设计中可适当提高 幅长度，即１４×６ ｍ。按开挖工况及３层 ５ｏ９×１４钢支撑依 其设计轴力，但在斜撑段受力比较复杂，易设置钢筋混凝土 次进行网线布置、支护布置、内撑布置，最后进行协同计算， 牛腿，让斜撑转化为轴向受力构件。可采用杆件标准化、制 可得出各开挖工况墙体弯矩和内撑力。其最大弯矩为 作工厂化以及安装维修一体化来提高安装速度和保证节点 一１２８７．８４ ｋＮ・ｍ，最大剪力为６２３．４５ ｋＮ，最大位移２９ ｍｍ。 质量。 ７地下连续墙接头 ３）地下连续墙工字钢板接头是一种较好的接头形式，已 在部分地区深基坑工程的地下连续墙接头中得到广泛应用， 地下连续墙接头有多种形式，不是止水效果差，就是施 并取得了较好的效果。 工工艺复杂；工字钢板接头，是由钢板焊成，能有效地传递基 坑外水土压力和竖向力，整体性好，施工方便，止水效果好， 参考文献： 故本工程采用工字钢板接头。 ［１］高大钊．深基坑工程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９：４６． ８ 结束语 ［２］朱合华．地下建筑结构［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００５： ３２—３４． １）山肩邦男弹塑性法较古典的理论考虑墙体变形，亦可 ［３］黄强．深基坑支护工程设计技术［Ｍ］．北京：中国建材工业出版 采用手算进行内力计算，简便实用。 社，１９９５：２３—２５． ２）钢管支撑具有可循环利用，安装便捷，性能稳定、节约 ［４］秦四清．深基坑工程优化设计［Ｍ］．北京：地震出版社，１９９８：４２—４３． 一７２—