SMW支護結構分析

第21卷第12期巖石力學(xué)與工程學(xué)報.21(12): 1877~18802002年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringDec., 2002SMW支護結構分析*錢(qián)玉林1緒伯通2陳濱2聞明生3阮鋼鋼2孫赤2(河海大學(xué)巖土工程研究所南京210098) ? 鎮江市給排水總公司鎮江212003) e 鎮江市基礎工程總公司鎮江212003)摘要SMW 支護結構具有防滲性能好,構造簡(jiǎn)單,施工速度快,不影響周?chē)h(huán)境,工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。根據多層支撐擋墻結構的常用分析方法,結合鎮江市新河橋泵站基坑支護工程,論述了各種分析方法對SMW支護結構的適應性。關(guān)鍵詞SMW 支護結構,攪拌樁, H型鋼,等值梁法,彈性梁法分類(lèi)號TU311.4 .文獻標識碼A文章編號1000-6915(2003)12-1877-04等值梁法的基本原理是假定墻后土體完全處于1引言Rankine主動(dòng)狀態(tài)，坑底以下墻前土體處于Rankine被動(dòng)狀態(tài)，將主動(dòng)和被動(dòng)土壓力疊加后為零的點(diǎn)或SMW(soil mixing wal)是從日本引進(jìn)的工法，彎矩為零的點(diǎn)簡(jiǎn)化為鉸支座，并以支撐點(diǎn)作為支該法是利用特制的攪拌機械，以水泥漿作固化劑,座，按連續梁求解墻體的彎矩和支承點(diǎn)的反力。對在土層中強行與土體拌和，使被加固土體硬結成水于設置多層支撐的擋土墻，也可采用“分段等值梁泥土柱。然后，按一定形式將H型鋼插入攪拌樁疊加法”進(jìn)行計算。即對每一階段的開(kāi)挖，撤去開(kāi)中，從而形成一種勁性復合圍護結構"。挖段墻前的被動(dòng)土壓力，保留墻后的主動(dòng)土壓力，SMW支護結構的設計內容主要包括攪拌樁的并將該段.上方的支撐點(diǎn)至下部入土段的墻段作為新入土深度、樁徑、水泥摻入比、H型鋼的入土深度增加的受力跨，并按單跨梁進(jìn)行計算。然后將各段和截面布置形式等。SMW支護結構施工前應先進(jìn)計算結果加以疊加，求得墻體的彎矩包絡(luò )圖和撓曲行場(chǎng)地平整和樁位探測，如發(fā)現淺埋障礙物應予以線(xiàn)!2。 其計算步驟如下:清除。然后，開(kāi)挖導溝，待樁機就位后，進(jìn)行垂直(1)按照土的參數計算土壓力系數(δ≠0)。根度校正，保證垂直度誤差不超過(guò)1.0%。 施工中應據樁長(cháng)和場(chǎng)地土強度指標的加權平均值，等值內摩注意兩樁間的搭接，通常情況下，鄰樁的施工間隔擦角φ?？砂聪率接嬎阌嬎?，從而計算主動(dòng)和被動(dòng)不超過(guò)24 h,以確保墻體的防滲效果。 攪拌樁施工土壓力系數。.完畢后，應在12h內插入H型鋼。H型鋼插入前，必須涂刷減摩劑，以保證H型鋼的拔出。tan| 45°_9s2SMW支護結構的結構計算方法|yH2 tan2 4590 _中- 4cHtan 45°_P +22γ(1)γH2對于多層支撐擋墻結構，工程中常采用等值梁法、逐層開(kāi)挖支撐支承力不變法和彈性梁法等進(jìn)行式中: γ為場(chǎng)地土重度的加權平均數; H為樁長(cháng);計算.c, φ為場(chǎng)地士的強度指標。2.1 等值梁法(2)零彎點(diǎn)至坑底的距離。根據下式按照最值2001年11月12日收到初稿，2002 年1月10日收到修改稿。*江蘇省教委科研基金資助項目(98KB117000)。中國煤化工作者錢(qián)玉林簡(jiǎn)介:男，1962 年生, 1984 年畢業(yè)于河海大學(xué)工程地質(zhì)水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，現任揚州大,YHCN M H G海大學(xué)巖士工程專(zhuān)業(yè)博士研究生，主要從事土與結構物的相互作用研究。.●1878●巖石力學(xué)與工程學(xué)報2002年挖深的情況，可計算出零彎點(diǎn)至坑底的距離:計算簡(jiǎn)圖求出x后，以1.2x作為插入深度。eq+e。(2γ(Kp- K)式中: eq， e。 分別為地面超載和墻后土體引起的主動(dòng)土壓力強度; K, Kp 分別為主動(dòng)土壓力和被動(dòng)士壓力系數; γ為場(chǎng)地土重度的加權平均數。(3)分段計算梁的固端彎矩。對于多層支撐擋土墻，采用“分段等值梁疊加法”進(jìn)行計算。(4)彎矩分配。采用彎矩分配法來(lái)平衡支點(diǎn)彎/ Y(K- K2x矩，從而可求得最大彎矩。(5)支點(diǎn)反力計算和核算。分段計算各支點(diǎn)的圖1土壓力計算簡(jiǎn)圖Figl Distribution of earth pressure反力，并核算反力與荷載是否相等。(6) H型鋼的插入深度。根據下式可計算H型2.3彈性梁法鋼的插入深度:彈性梁法是將擋土墻視作彈性地基中的豎直6R(3梁，坑底以下墻后土壓力按主動(dòng)土壓力計算，墻體Vy(K,-KJ)入土深度部分常采用文克勒假定來(lái)表達土與墻體之，式中: R為零彎點(diǎn)處的反力，其余符號意義同上。間的側向位移與側向土體抗力的關(guān)系，然后選用差(7) H型鋼的強度校核。以最大彎矩核算型鋼的分法、有限元法或傳遞矩陣法求解梁的撓曲微分方強度。程，或以結構力學(xué)方法對其計算簡(jiǎn)圖進(jìn)行求解2。(8) H型鋼的變形。樁頂的變形fi可按下式計算:3工程實(shí)例3.1 工程概況(1 lq + 4q)H*(4鎮江市新河橋泵站為雨污合建泵站。雨水部分120EI由原立新泵站、貽成泵站和民主街泵站合并后重建式中:q，q2分別為作用在樁側的矩形荷載和三而成，雨水就近提升至運糧河;污水部分為污水截角形荷載的大小; H為樁長(cháng); EI 為樁的剛度。流工程中繼提升泵站之- -，自控要求較高。該泵站2.2逐層開(kāi)挖支撐支承力不變法.位于老城區，泵池設計長(cháng)為23 m,寬為14.7 m;逐層開(kāi)挖支撐支承力不變法是根據實(shí)際施工順開(kāi)挖深度為6.3~8.5 m,地面平面高程為v 5.7 m(黃序，即認為當第1層支撐后第2層開(kāi)挖時(shí)，支撐結.海高程，下同)。 東邊為一排老式民房，南臨一幢構的變形不再變化，即每層支撐受力后不因下階段二層樓民房，距泵池4.5 m,西距運糧河約15 m,開(kāi)挖及支撐設置而改變鋼支撐的軸力。其計算步驟北接新河路。如下:按照污水截流工程的要求，目前污水為截流污(1)確定第1層支撐處承受的水平力(支撐點(diǎn)按水，2010 年后為分流污水。雨污分流后，雨污泵簡(jiǎn)支考慮)。第1支撐點(diǎn)處承受的水平力是在挖土至站分別運行。截流狀態(tài)下，旱季時(shí)，污水泵站運行;第2支撐點(diǎn)而第2支撐點(diǎn)尚未施工的情況下確定的。降雨時(shí)，開(kāi)啟雨水泵。當污水池水位超過(guò)2.3 m后,(2)確定第2層支撐處承受的水平力。按照同關(guān)閉污水泵站進(jìn)水閘、污水格柵及污水泵。樣的方法，分別求出各 支撐點(diǎn)處的水平力第2層支3.2場(chǎng)地工程水文地質(zhì)條件撐處承受的水平力。根據鎮江市勘察測繪院提供的工程地質(zhì)勘察報(3)求各斷面處的彎矩及最大彎矩。將樁視為告，場(chǎng)地土層自上而下可分為6層:連續梁，求各斷面處的彎矩及最大彎矩。第①層:素填土，以粉質(zhì)粘土和粉土為主，含(4) H型鋼的插入深度。對于多層支撐擋土墻,少量碎磚、炭屑等雜質(zhì),。松散，局部稍密， 飽和狀假定主動(dòng)土壓力在坑底面以上為三角形分布，坑底態(tài)，層厚2.0~MH中國煤化工面以下為矩形分布，采用盾恩近似法按圖1所示的第②層:.CN MH G粉砂，流塑，..第21卷第12期錢(qián)玉林等. SMW支護結構分析●1879.飽和狀態(tài)，層厚8.5~12.5 m;*209k 300x單位: mm .第②-1層:粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑，斗二飽和狀態(tài)，層厚0~4.8 m不等;第③層:粉土，可塑，局部硬塑、 流塑，飽和狀態(tài)，局部夾可塑狀粉質(zhì)粘土，并夾砂質(zhì)粉土，層厚2.0~5.4 m;第④層:粉質(zhì)粘土，可塑，飽和狀態(tài)，局部夾圖2 SMW 擋墻平面布置粉土，層厚2.2~7.5 m;Fig2 Plane arrangement of SMW retaining wall第⑤層:粉質(zhì)粘土，可塑，飽和狀態(tài)，局部見(jiàn)m少量木屑，該層底板局部未揭穿，底板揭穿最大厚4.45 m素填支撐度為7.9 m;雙排70dt項圈梁第⑥層:粉土，可塑，局部軟塑~流塑，飽和深攪桕180H型鋼狀態(tài)，含少量細小角礫，并夾粉質(zhì)粘土薄層，該層頂板局部未揭穿，最大揭穿厚度為5.3 mo第二道圈梁場(chǎng)地地下水類(lèi)型屬潛水，埋深位于地面以下1.1~1.4 m地下水對混凝土無(wú)侵蝕性。場(chǎng)地土類(lèi)粉土型為軟弱土，場(chǎng)地類(lèi)別為II類(lèi)。表1列出了場(chǎng)地土粉質(zhì)粘土的物理力學(xué)性質(zhì)指標。圖3支護結構剖面圖3.3 SMW支護結構設計計算參數Fig3 Section of retaining structure根據新河橋泵站場(chǎng)地的周?chē)h(huán)境、工程要求和單位: mm__里場(chǎng)地土的工程水文地質(zhì)條件，決定采用SMW支護結構對新河橋泵站進(jìn)行基坑支護，以提高施工速度，降低工程造價(jià)[3]。10按照泵站設施布設的需要，基坑各處的開(kāi)挖深度不等，基坑底標高為v -0.6~-2.8 m攪拌樁的入土深度分別為14和16 m樁徑為中700,水泥摻入比為15%， H型鋼的入土深度分別為12 m300和14 m截面采用半位“1隔1”布置形式，如圖圖4 H 型鋼的剖面尺寸2所示。為確?；拥陌踩_(kāi)挖和臨近建筑物的安Fig4 Section sizes of H-profiled bar全，分別于標高v 4.45 m和1.80 m處設置兩道支表2計算參數撐，圖3為支護結構剖面圖，圖4繪出了H型鋼Table 2 Calculating parameters的剖面尺寸。根據場(chǎng)地土的工程水文地質(zhì)條件和施y/kN.m7 c/kPa_ φ1O中。O) q1kPa K.Kp工機械情況，表2列出了計算參數。18.4_20.0 ___ 11.5 __ 31.4 35.0 0.313.18表1場(chǎng)地土的物理力學(xué)性質(zhì)指標Table 1 Physical and mechanical parameters of soils in site_土層0/%γ/ KN.m~3s,1%_1c/ kPaφ/0)E1 MPa人/KPaD34.118.60.95496.51.269.20.416.54.08(》6.11.419.910.35②1190國24.59.70.70793.18.549.920.61819.60.78997.70.4113.212.8170B29.519.40.81498.30.6712.5中國煤化工16024.620.00.68597.0 .0.68.3MYHC NMH G-.巖石力學(xué)與工程學(xué)報2002年表33 種方法的計算結果Table 3 Calculating results of three ways支撐處水平力KN . m-IH型鋼零彎點(diǎn)下計算方法H型鋼長(cháng)度/m攪拌樁長(cháng)度/m開(kāi)挖深度/m第1道第2道Mmx /kN.m●m~的入土深度/m6.39.7396.0432.82等值梁法4-37.12204.95126.853.16逐層開(kāi)挖支撐支承6.31.3858.4287.562.09力不變法8.1 10.68356.00118.60225.241.95彈性梁法68.5-40.04199.65428.62_3.203.4計算結果及其分析(1) SMW支護結構具有防滲性能好，構造簡(jiǎn)根據上述計算參數，計算中采用水土合算，矩單，施工速度快，不影響周?chē)h(huán)境，工程造價(jià)低等形土壓力模式，并考慮了最小挖深和最大挖深兩種優(yōu)點(diǎn)。當場(chǎng)地周?chē)h(huán)境受到限制和場(chǎng)地土質(zhì)較差情況。分別采用等值梁法、逐層開(kāi)挖支撐支承力不時(shí)，可以選用合適的SMW支護形式進(jìn)行基坑支變法和彈性梁法對泵站支護結構體系進(jìn)行受力分護。析，其中彈性梁法的計算過(guò)程由程序實(shí)現。表3列(2)根據等值梁法、逐層開(kāi)挖支撐支承力不變出了3種方法的計算結果。法和彈性梁法對SMW支護結構的計算結果，逐層3種方法的計算結果表明:等值梁和彈性梁法開(kāi)挖支撐支承力不變法的計算結果比較符合實(shí)際施所求得的水平支承力相差不多，求得的第-層支撐工狀況。處的水平力較小，甚至出現了拉力。逐層開(kāi)挖支撐(3)施工中應嚴格控制H型鋼插入的垂直度,支承力不變法在求解第1層支撐處的水平力時(shí)，除以免造成H型鋼的偏斜，從而使得H型鋼難以拔計算懸臂部分外，還將第2層支撐尚未支撐時(shí)的土起，降低鋼材的回收量。壓力由第-層支撐來(lái)承受，比較符合實(shí)際施工狀況。等值梁法和逐層開(kāi)挖支撐支承力不變法求得的參考文獻H型鋼的入土深度較為一致。 3種方法算得的兩種情況下的H型鋼的入土深度比較一致，由于H型余志成，施文華.深基坑支護設計與施工[M].北京:中國建筑工鋼零彎點(diǎn)下的實(shí)際入土深度為2.88和4.65 m,故業(yè)出版社，1997H型鋼的入土深度可以減小1 m左右。湘興.建筑地基基礎M].廣州:華南理工大學(xué)出版社，1997,379- -3824結語(yǔ)張璞， 柳榮華. SMW工法在深基坑工程中的應用I]巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2000，19(增): 1 104-1 107ANALYSIS ON SMW RETAINING STRUCTUREQian Yulin', Xu Botong2, Chen Bin2, Weng Mingsheng', Ruan Ganggang2, Sun Chi?2(' Research Institute of Geotechnical Engineering , Hohai University. Nangjing 210098 China)(Water Supply and Sewerage General Company of Zhenjiang Citys Zhenjiang 212003 China)(Foundation Engineering General Company of Zhenjiang City, Zhenjiang 212003 China)Abstract SMW retaining structure is of many good properties, such as good characteristics in watertight,simplicity in structure quick construction; no effect on environment, low cost, and so on. According to the caseof Xianhe bridge pump station in Zhenjiang. three structur al analysis methods including the equivalence girder, thefixed supporting force of excavation and brace layer by layer and the elastic girder calculating method; are firstintroduced, and their fitness are then discussed. According to the calculating results; the fixed supporting force ofexcavation and brace layer by layer calculating method are comparatively suitable for practical construction.Key words SMW retaining structure, mixing pile, H-profiled bar, equiv中國煤化工3thod, elasticgirder calculating methodfYHCNMH G.