地下連續(xù)墻穩(wěn)定計算實例分析

□黃秋風 □李雪艷 □孫 熙(河南省水利勘測設計研究有限公司)

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

某水庫泄洪閘尾水渠，斷面呈“U”型，底寬約250 m，渠底平坦開闊，經(jīng)過幾次汛期洪水沖刷，再加上人為采砂破壞，渠底沖出一個大坑，并且沖坑面積和深度不斷擴大。沖坑上游約200 m處有一生產(chǎn)橋，若沖坑不斷向上游擴展將危及橋墩安全，經(jīng)過幾個加固方案的比選，最終確定，在尾水渠上設置一道地下連續(xù)墻，既可以阻止沖坑的進一步向上游發(fā)展，同時又可以保護橋墩基礎不被破壞。

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、細砂次之，較密實。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，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，設置兩道地下連續(xù)墻，兩道連續(xù)墻之間通過聯(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計算確定。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)定計算分析

2.1 計算簡圖

根據(jù)連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)布置形式，將其簡化為圖2所示的計算簡圖，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，對下游連續(xù)墻起到錨固作用。

圖2 地下連續(xù)墻穩(wěn)定計算簡圖

2.2 地下連續(xù)墻穩(wěn)定計算

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)計算

對于本結(jié)構(gòu)，如果有足夠的錨固長度，一般不會發(fā)生整體滑動失穩(wěn)。考慮可能的沖刷深度和人工采砂最深應該到達連續(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，本次計算采用8.2 m。

2.2.1.1 AB最小嵌固深度計算

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

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

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

2.2.1.2 AC內(nèi)力求解

對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)土壓力可能未達到極限狀態(tài)，被動土壓力系數(shù)取其一半考慮。

兩種工況計算t分別為5.5 m、4.7 m。

2.2.2 整體滑移失穩(wěn)驗算

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

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按下式計算：

式中：φ—內(nèi)摩擦角。

兩種工況計算分別為5.4、6.2，滿足規(guī)范>1.6的要求。

3.結(jié)語

通過本工程地下連續(xù)墻穩(wěn)定計算實例，得出以下結(jié)論：

本工程不同于懸臂式和多點支撐結(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，在進行穩(wěn)定計算時應考慮結(jié)構(gòu)這一點，對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，計算時認為下游連續(xù)墻頂端不發(fā)生位移，這種假定更接近實際情況。

本工程運行至今已經(jīng)一年半，狀況良好，說明此計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)。