基于槽壁整体稳定性的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地下工程领域，具体涉及一种富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆 参数设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市地铁建设的蓬勃发展，地下连续墙得到了广泛应用，并成为了重要的基 坑围护手段。地下连续墙施工主要是利用成槽机械在泥浆护壁的条件下开挖一条狭长的深 槽，当开挖结束后形成一个单元段，然后插入制作好的钢筋笼，以导管法灌注混凝土完成一 个单元槽段，各槽段之间以特定的接口方式进行连接形成一道壁式地下连续墙。为防止富 水砂卵地层地下连续墙槽壁出现突水坍塌，通常采用泥浆护壁等措施。然而，目前国内外对 于泥浆参数的设计主要还是在经验的基础上按工程类比法进行，对于采用的泥浆参数是否 完全能够保证地下连续墙槽壁安全施工的需要，或者是否过于保守，包括工程师自己都无 法确定。总体来说，地下连续墙成槽施工泥浆参数的设计目前还停留在经验阶段，无法满足 我国地下连续墙建设快速发展的需要。因此，研制一种富水砂卵地层地下连续墙成槽施工 泥浆参数的设计方法是当前亟待解决的技术问题之一。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种基于槽壁整体稳定性的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥 浆参数设计方法，使分析模型更加贴近实际，计算结果更加准确。
[0004] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
[0005] 一种基于槽壁整体稳定性的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数设计方 法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一：根据工程实际的地质、水文条件，建立富水砂卵地层地下连续墙槽壁整体 失稳分析模型，以计算滑动体即槽壁失稳土体的下滑力Tg以及抗滑力Ts;
[0007] 步骤二：基于极限平衡理论，计算得到保证富水砂卵层地下连续墙槽壁整体稳定 的最小泥浆重度即得到泥浆参数。其中泥浆参数就是泥浆重度，由于连续墙槽壁开挖稳定 与否，仅取决于泥浆重度，故本发明的目的是对泥浆重度进行准确的计算。
[0008] 所述的方法，所述的步骤一中，计算滑动体下滑力的步骤包括：
[0009] 步骤1 :首先计算滑动体体积，然后根据滑动体体积计算滑动体自重；
[0010] 步骤2:计算地面超载；
[0011] 步骤3 :根据滑动体自重和地面超载计算地下连续墙槽壁滑动体的下滑力Tg。
[0012] 所述的方法，所述的步骤1中计算滑动体自重的过程为：
[0013] 首先计算地下水以上部分滑动体体积Vu:
[0014] Vu=BLHW
[0015] 式中，L为开挖槽段的长度、Hw为地下水距离地表的距离、B为滑动体宽度，其表达 式为B= (H-Ht)cota，其中，Ht为砂卵层埋深、H为滑动体的深度、滑动面与水平面的夹角a= 45° +p/2,其中炉为土体的内摩擦角；
[0016] 然后计算地下水以下部分滑动体体积Vd:
[0017]
【主权项】
1. 一种基于槽壁整体稳定性的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数设计方法， 其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：根据工程实际的地质、水文条件，建立富水砂卵地层地下连续墙槽壁整体失稳 分析模型，以计算滑动体即槽壁失稳土体的下滑力Tg以及抗滑力Ts; 步骤二：基于极限平衡理论，计算得到保证富水砂卵层地下连续墙槽壁整体稳定的最 小泥浆重度即得到泥浆参数。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，计算滑动体下滑力的步 骤包括： 步骤1 :首先计算滑动体体积，然后根据滑动体体积计算滑动体自重； 步骤2 :计算地面超载； 步骤3 :根据滑动体自重和地面超载计算地下连续墙槽壁滑动体的下滑力Tg。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中计算滑动体自重的过程 为： 首先计算地下水以上部分滑动体体积Vu: Vu=blhw 式中，L为开挖槽段的长度、Hw为地下水距离地表的距离、B为滑动体宽度，其表达式 为B= (H_Ht)cota，其中，Ht为砂卵层埋深、H为滑动体的深度、滑动面与水平面的夹角 ? = 45° +p/2 ,其中供为土体的内摩擦角； 然后计算地下水以下部分滑动体体积Vd:
则滑动体自重W为：
式中，Y为地下水以上土的平均重度、Ysat为地下水以下土的饱和重度、Y"为水的重 度； 所述的步骤2中计算地面超载的过程为： 地面超载Q为： Q=qL(H~Ht)cota 式中，q为基坑周围建筑物等效荷载； 所述的步骤3中计算地下连续墙槽壁滑动体的下滑力的过程为： 地下连续墙槽壁滑动体的下滑力1；为： Tg= (W+Q) sin a。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，计算滑动体抗滑力的步 骤包括： 步骤1):计算泥浆和地下水对槽壁的合力； 步骤2):计算土体的水平主动土压力； 步骤3):计算作用在滑动面上的抗剪力； 步骤4):计算作用在槽壁侧面上粘聚力； 步骤5):根据步骤1)-4)所得到的各作用力计算地下连续墙槽壁滑动体的抗滑力Ts。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)中，计算泥浆和地下水对槽 壁的合力的过程为： 作用在槽壁上泥浆压力Ps和地下水压力Pw的合力AP为：
式中，Ys为泥浆重度，Hs为泥浆液面距地表的距离，L为开挖槽段的长度，yw为水的 重度，H为滑动体的深度，Hw为地下水距离地表的距离； 所述的步骤2)中，计算土体的水平主动土压力的过程为： 土体的水平主动土压力Pa，根据朗肯土压力理论计算
式中，YaSz深度范围内土的平均有效重度、c为土体的平均粘聚力、Ka为主动土压力 系数，
、q为基坑周围建筑物等效荷载； 所述的步骤3)中，计算作用在滑动面上的抗剪力的过程为： 作用在滑动面上的抗剪力1\为：
式中，K为滑动面法向反力，表达式为N1= (W+Q)C〇Sa+(AP-Pa)sina ;Si为滑动面的 面积，表达式为
所述的步骤4)中，计算作用在槽壁侧面上粘聚力的过程为： 作用在槽壁侧面上粘聚力合力T2为： T2=cAc (8) 式中，A。为竖向侧面acog、bdeh的面积，其表达式为Ae= (H+Ht)(H_Ht)cota;c为土 体的平均粘聚力； 所述的步骤5)中，计算地下连续墙槽壁滑动体的抗滑力的过程为： 地下连续墙槽壁滑动体的抗滑力八为： Ts= (AP-Pa)cosa+TJ+T2〇
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中，在计算最小泥浆重度 前，首先引入并计算安全系数Fs，将安全系数Fs定义为滑动体的抗滑力与下滑力的比值，即
7. 根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，计算保证富水砂卵层地下连续墙 槽壁整体稳定的最小泥浆重度Ys为：
式中，允许最小安全系数Fsmin取1. 5,地下水距离地表的距离Hw、砂卵层埋深Ht、滑动体 的深度H、地下水以上土的平均重度y、地下水以下土的饱和重度ysat、水的重度yw、土体 粘聚力c、摩擦角z深度范围内土的平均有效重度ya根据地质勘探报告得到。
【专利摘要】本发明公开了一种基于槽壁整体失稳的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：首先根据工程实际的地质、水文条件，建立富水砂卵地层地下连续墙槽壁整体失稳模型，并计算滑动体的下滑力以及抗滑力；然后，基于极限平衡理论，计算得到保证富水砂卵层地下连续墙槽壁整体稳定的最小泥浆重度。本发明考虑了富水砂卵地层的地质、水文特征，特别是考虑了基坑周边的建筑物荷载对槽壁的稳定性影响，建立的分析模型更为贴近工程实际，计算的结果更为可靠，实现了复杂周边条件下富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数的定量设计。
【IPC分类】G06F19-00, E02D17-08
【公开号】CN104573319
【申请号】CN201410723487
【发明人】雷明锋, 彭立敏, 曹成勇, 施成华
【申请人】中南大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月3日