支腿式地下连续墙受力特性研究*
哈军，姜天鹤”，龚晓南”
（1.浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014；2.浙江省建设投资集团有限公司，浙江杭州310012；3.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310029）
【摘要】在基岩理深较浅或频角大时，为了保证基坑稳定，地下连续增要人岩.人岩方法有嵌岩式和支腿式，前者抗剪强度大，后者具有防水好、薄工成本低、时间短、施工工艺成熟等优点，但其支腿受力特点尚未明确.采用理论分析发现文题式地下连续增承受弯、扭、剪、压等儿种综合作用产生变形，然后针对某工程进行数值模拟和现场监测分析，比较不同尺寸下支腿变形与敬坏模式，得到支腿最佳宽度为1=；研究不网岩层倾角对支腿受力影响，发现 倾角超过20°时，支题式地下连续墙破坏.
【关键调】地下工程：地下连续墙；数值分析：监测
[中图分类号]TU763[文献标识码]A [文章编号]1002-8498（2014)01-0041-04
Research on Mechanical Characteristics of Outrigger Diaphragm Wall
Yu Jun' Jiang Tianhe² Gong Xiaonan
(1.Collge of Cinil Engineering and Archiecture Zhjiang Uniseriy of Techology langhou Zhejiang310014 Chins;3. College of Cil Engineerng and Archiaecare Zhejiang Unisersity Hngzhos Zhejisng 310029 China) 2. Zhejiang Centruetion Ierestment Group Co. Lad. Hangzhow Zhrjiang 310012 Chins;
Abstract; In order to ensure the stability of foundation excavation diaphragm walls often enter the basiesocketed and outrigger diaphragm. The rock-socketed diaphragm has the characteristics with anti-shear shallow buried rock or big angle rock. There are two methods to be used to realize the goal that is rock-high construction ceat and long construction time. The outrigger diaphragm has the characteristics withbetler waterproof low construction cost and short construction time and mature construction technology.Bat its mechanical characteristic can’ : yet be explicit. In the paper the outrigger diaphrngm wasanalyzed through theory analyis with the actin of cure wist shear presure.At the same tim it different width was analyzed through numerical simulation and site monitoring. It is found that the bestwidth is one meter. The influenee of dip angle of basic rock to the outriggers was analyzed. And it isfound that the outriger was easily destroyed as the angle beyond twenty degree.
改进和优化，形成了支题式地下连续墙. 了适应不同的地质条件，对地下连续墙的形式进行了
随着城市化进程的加速，带来了城市地下空间的支题式地下连续墙，但前者成本高，施工时间长]；快速发展，超深、超大基坑不断出现，基坑开挖对周围后者成本低，截水、抗渗等性能好，对环境影响小.环境的影响越来越受到关注.地下连续墙因其具为此，姜天鹤等提出了新型支护结构体系一支腿有较好的挡土防渗抗变形的优势而备受青.为式地下连续墙，作为承重与水久围护结构，以大大增强建筑物的整体承载能力和防渗效果，并于2009和国家级施工工法，其施工技术已经成熟，但 年6月10日申请了发明专利（ZL200710306591.5）其受力机制和适用条件尚未清楚，本文拟从这两方面进行研究.
当岩层较浅且倾角较大时，地下连续墙不能满足其抗水平位移或抗倾覆的要求，可采用嵌岩式或
续墙施工技术基础上进行创新面成，通过在地下连 支题式地下连续墙施工工法是在常规地下连
续墙墙底处增设钻孔灌注桩，使钻孔灌注桩脚落到 特定持力层上，并使之受力，通过支腿与地下连续墙联合作用，可达到满足承重、嵌岩、抗渗、截水、挡土等功能，成功地解决嵌岩、承载不均匀、抗位移、抗倾覆等技术难题，具有性价比高、社会环境影响小等优点.
适用于地块岩面较浅、高差不一、基坑挖土较深而基坑底的被动土（强风化岩层）较浅情况时，一般地下连续墙施工方案不能满足位移、抗倾覆等要求.该技术在杭州黄龙饭店改扩建工程中成功应用，其优点是能明显降低施工成本，缩短施工工期，社会和经济效益显著，具有推广应用前景，可广泛 应用于高层建筑物的地下室、地下停车场、地铁车站等大型深基坑工程建设.
图2支题式地下连续墙受力示意Fig.2 Outrigger diaphragm wall under force
(3)
剪切力；
施工工艺流程如下（见图1）：确定各个轴线控制点一导墙施工一泥浆配制槽壁用泥浆进行护壁，保证槽壁稳定→成槽施工→支腿施工→地下连续 墙钢筋笼制作、加工→支腿钢筋笼制作，与地下连续墙钢筋笼对位和连接一钢筋笼安放一接头选择、安放接头及浇筑水下混凝土导管、清孔→水下混凝土浇筑→顶拔接头管→墙底注浆.
(4)
式中：f为混凝土的剪切强度（kPa）；l b分别为支腿的长度和宽度（m）.
由受力分析有：
(5)
衡，受到的力矩有主动土压力力矩、被动土压力力 若以地下连续墙顶部为不动点，分析其力矩平矩、内支撑力力矩、支腿的剪切力力矩，由力矩平衡，有：
(6)
式中：h，h，h，h分别为F，F，F ，F.作用点距离 地下连续墙顶部的垂直距离.
3实例验证
3.1工程概况
杭州黄龙饭店改造扩建工程位于杭州市体育场路和杭大路的交汇口，体育场路北面，杭大路东 侧.本工程新建部分由2幢塔楼和会议裙房组成，其中沿杭大路一侧7号楼为新建14层客房，东北角8号楼为9层公寓式酒店，下附3层会议中心.新建部分工程下设3层整体地下室，桩基础，工程桩采用钻孔灌注桩，地下室抗浮采用土（岩）层锚杆.基 坑平面形状为不规则长条形，基坑尺寸约176m×62m.自然地坪标高相当于黄海高程5.860m.地下室的地下1层楼板标高-6.550m（相对标高，余同），地下2层楼板面标高为-10.350m，地下3层楼板面标高为-14.150m，底板面标高为 -17.900m.综合考虑地下室基础及垫层厚度后，该基坑开挖深度为19.400m，深、浅坑最大高差为3.65m
图1支腿式地下连续墙成槽工艺Fig.1Tank process of outrigger diaphragm wall
2支腿式地下连续墙受力分析
作用在地下连续墙水平方向的荷载有：主动土压力、被动土压力、支撑轴力.作用在支腿上的作用力有支腿的剪切力、支腿受压、支腿受扭、支腿受 弯，如图2所示.
根据朗肯土压力公式可知，主动土压力：
(1)
被动土压力：
F=1/2（∑h’×K 2c√K）h’（2)
3.2工程地质条件
①层为杂填土和素填土，层厚2m：②~层为
支撑轴力：
万方数据
黏土和粉质黏土，厚度为15m，土体参数沿竖向按照厚度加权等效处理，如表1所示.层为风化凝灰岩，层厚7m.中风化基岩层顶面和基坑底面距离为2-4m，采用带支腿式地下连续墙方案（墙身配筋、支撑等相应调整），即在地下连续墙墙底下设2个 支腿，支腿进人中风化基岩层2m，岩土体参数如表1所示.
表1岩土体力学参数
Table 1 Mechanical parameters of rock and soll
Fig.4 The curve between shear stress 图4支腿剪切应力随宽度变化曲线and width of outrigger diaphragm
等效处理后土体参数 岩体(kNm) 重度/ 黏案力/内摩擦角/ kPa () (kNm²) 重度/弹性模量/泊松 MPa 比18 25 30 23 20 0.3
同上，改变不同岩层倾角，选用10° 20° 30°，45°.支腿受到的剪应力如图5所示，由图可知，在支腿的上部存在应力集中现象，其应力较其他部位大.基岩倾角与支腿剪切应力的关系曲线如图6所示.
3.3数值分析
计算每幅地下连续墙为4m时支腿长度为1m，1.5m时，计算支腿的受力和变形及塑性区分布情 厚度0.8m，模拟水平方向宽度分别为0.5，1.0，况，以便确定最佳宽度.
地下连续墙的参数：弹性模量为210GPa，泊松比为0.2，密度为2600kg/m²，C30混凝土（钢筋与混摄土等效的模量、泊松比及密度）.
支腿进人中等风化岩，弹性模量为20MPa，泊松比为0.3，密度为2000kg/m²，采用D-P本构关系，得到每幅地下连续墙（4m）支腿受到的剪切应力值，某幅支腿式地下连续墙有限元网格如图3所示.支腿剪切应力随宽度变化曲线如图4所示.
Fig.5 The drawing of shear stress of 图5支腿受到的剪应力云图outrigger diaphragm wall
图3支腿式地下连续墙有限元网格Fig.3 Nets of FEM of outrigger dinphragm wall
图6基岩倾角与支腿剪切应力的关系曲线Fig.6The curve between shear stres of outriggerdiaphragm wall and incline angle
由图4可知，当地下连续墙混凝土强度等级为C30，其剪切强度为2.8MPa.由模拟可知，当支腿宽度为1.0m时，平均剪应力为2.56MPa，满足要时，满足条件，但是不够经济，所以选用支腿宽度 求；当支腿宽度为0.5m时，不满足条件：当为1.5m为1.0m
从图6可以看出，随着基岩倾角的增大，支腿的剪应力增大，当倾角>30°时，剪应力为3.0MPa，而C30混凝土的抗剪强度为2.8MPa，不满足要求；当 基岩倾角为20°时，剪应力为2.7MPa，满足要求，所以选用基岩倾角为20°.
3.4现场监测验证
然后再选定支腿宽度为1.0m，厚度为0.8m，C30混凝土为地下连续墙参数，模拟不同基岩倾角条件下支腿受到的剪应力，以便验证支腿式地下连 续墙对基岩倾角的适应性.几何参数和力学参数
基坑西南侧位置，中风化基岩距离基坑地面约10m，给地下连续墙的施工带来很大难度.设计要 求地下连续墙须进人中风化基岩层≥1.8m，若不进
人中风化岩层，开挖深约20m的基坑，地下连续墙4结语
的插人深度仅10m，支腿尺寸1.0mx0.8m，对整个基坑的稳定和安全极为不利.在地下连续墙内侧撑有关，若这些条件确定，其支腿宽度存在临界值，和外侧布置压力盒，分别监测主动土压力和被动土本文实例中支腿临界宽度为1m.压力，在内支撑和支腿处布置钢筋计，监测其内力的变化，监测点布置如图7所示.
1)支式地下连续墙的受力与其深度和内支
2）基岩的倾角对支的剪切应力影响较大，超过20°支题式地下连续墙不再适用.
3）支腿式地下连续墙与嵌岩式地下连续墙相比而言，较适用于浅基坑.
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图7支腿式地下连墙监测点布置示意Fig.7 Layont ef monitoring points ofn mleqdep an
从墙顶到墙底12个断面，每个断面埋设2只钢弦式钢第计：界面土压力测点12个.由于带支腿处地下连续墙钢筋笼下放时对绑扎在墙外侧的土压 力计影响太大，地下连续墙支腿受力采用另埋设钢筋计测量.
3.5监测受力分析
轴力和支受力：F，=69828N，F =-28681N， 对黄龙饭店二期现场监测，得到土压力、支撑F=-15000N，F=26146N，代人式（5），（6），满足要求.支题剪应力随开挖深度变化曲线如图8所示.
（上接第25页）
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Fig.8The curve for the shear stress of outrigger 图8支题剪应力随开挖深度变化曲线diaphragm wall with escavation depth
从图8可知，随着基坑开挖深度的增加，支腿的剪应力呈阶梯式增加，15m以内变化速度较小，当>15m时变化速度较大，所以在深基坑围护结构使用支腿式地下连续墙时，应加强支龍的混凝土强度和配筋，防止剪切破坏.
