SMW支护结构分析

第21卷第12期岩石力学与工程学报.21(12): 1877~18802002年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringDec., 2002SMW支护结构分析*钱玉林1绪伯通2陈滨2闻明生3阮钢钢2孙赤2(河海大学岩土工程研究所南京210098) ? 镇江市给排水总公司镇江212003) e 镇江市基础工程总公司镇江212003)摘要SMW 支护结构具有防渗性能好,构造简单,施工速度快,不影响周围环境,工程造价低等优点。根据多层支撑挡墙结构的常用分析方法,结合镇江市新河桥泵站基坑支护工程,论述了各种分析方法对SMW支护结构的适应性。关键词SMW 支护结构,搅拌桩, H型钢,等值梁法,弹性梁法分类号TU311.4 .文献标识码A文章编号1000-6915(2003)12-1877-04等值梁法的基本原理是假定墙后土体完全处于1引言Rankine主动状态，坑底以下墙前土体处于Rankine被动状态，将主动和被动土压力叠加后为零的点或SMW(soil mixing wal)是从日本引进的工法，弯矩为零的点简化为铰支座，并以支撑点作为支该法是利用特制的搅拌机械，以水泥浆作固化剂,座，按连续梁求解墙体的弯矩和支承点的反力。对在土层中强行与土体拌和，使被加固土体硬结成水于设置多层支撑的挡土墙，也可采用“分段等值梁泥土柱。然后，按一定形式将H型钢插入搅拌桩叠加法”进行计算。即对每一阶段的开挖，撤去开中，从而形成一种劲性复合围护结构"。挖段墙前的被动土压力，保留墙后的主动土压力，SMW支护结构的设计内容主要包括搅拌桩的并将该段.上方的支撑点至下部入土段的墙段作为新入土深度、桩径、水泥掺入比、H型钢的入土深度增加的受力跨，并按单跨梁进行计算。然后将各段和截面布置形式等。SMW支护结构施工前应先进计算结果加以叠加，求得墙体的弯矩包络图和挠曲行场地平整和桩位探测，如发现浅埋障碍物应予以线!2。 其计算步骤如下:清除。然后，开挖导沟，待桩机就位后，进行垂直(1)按照土的参数计算土压力系数(δ≠0)。根度校正，保证垂直度误差不超过1.0%。 施工中应据桩长和场地土强度指标的加权平均值，等值内摩注意两桩间的搭接，通常情况下，邻桩的施工间隔擦角φ。可按下式计算计算，从而计算主动和被动不超过24 h,以确保墙体的防渗效果。 搅拌桩施工土压力系数。.完毕后，应在12h内插入H型钢。H型钢插入前，必须涂刷减摩剂，以保证H型钢的拔出。tan| 45°_9s2SMW支护结构的结构计算方法|yH2 tan2 4590 _中- 4cHtan 45°_P +22γ(1)γH2对于多层支撑挡墙结构，工程中常采用等值梁法、逐层开挖支撑支承力不变法和弹性梁法等进行式中: γ为场地土重度的加权平均数; H为桩长;计算.c, φ为场地士的强度指标。2.1 等值梁法(2)零弯点至坑底的距离。根据下式按照最值2001年11月12日收到初稿，2002 年1月10日收到修改稿。*江苏省教委科研基金资助项目(98KB117000)。中国煤化工作者钱玉林简介:男，1962 年生, 1984 年毕业于河海大学工程地质水文地质专业，现任扬州大,YHCN M H G海大学岩士工程专业博士研究生，主要从事土与结构物的相互作用研究。.●1878●岩石力学与工程学报2002年挖深的情况，可计算出零弯点至坑底的距离:计算简图求出x后，以1.2x作为插入深度。eq+e。(2γ(Kp- K)式中: eq， e。 分别为地面超载和墙后土体引起的主动土压力强度; K, Kp 分别为主动土压力和被动士压力系数; γ为场地土重度的加权平均数。(3)分段计算梁的固端弯矩。对于多层支撑挡土墙，采用“分段等值梁叠加法”进行计算。(4)弯矩分配。采用弯矩分配法来平衡支点弯/ Y(K- K2x矩，从而可求得最大弯矩。(5)支点反力计算和核算。分段计算各支点的图1土压力计算简图Figl Distribution of earth pressure反力，并核算反力与荷载是否相等。(6) H型钢的插入深度。根据下式可计算H型2.3弹性梁法钢的插入深度:弹性梁法是将挡土墙视作弹性地基中的竖直6R(3梁，坑底以下墙后土压力按主动土压力计算，墙体Vy(K,-KJ)入土深度部分常采用文克勒假定来表达土与墙体之，式中: R为零弯点处的反力，其余符号意义同上。间的侧向位移与侧向土体抗力的关系，然后选用差(7) H型钢的强度校核。以最大弯矩核算型钢的分法、有限元法或传递矩阵法求解梁的挠曲微分方强度。程，或以结构力学方法对其计算简图进行求解2。(8) H型钢的变形。桩顶的变形fi可按下式计算:3工程实例3.1 工程概况(1 lq + 4q)H*(4镇江市新河桥泵站为雨污合建泵站。雨水部分120EI由原立新泵站、贻成泵站和民主街泵站合并后重建式中:q，q2分别为作用在桩侧的矩形荷载和三而成，雨水就近提升至运粮河;污水部分为污水截角形荷载的大小; H为桩长; EI 为桩的刚度。流工程中继提升泵站之- -，自控要求较高。该泵站2.2逐层开挖支撑支承力不变法.位于老城区，泵池设计长为23 m,宽为14.7 m;逐层开挖支撑支承力不变法是根据实际施工顺开挖深度为6.3~8.5 m,地面平面高程为v 5.7 m(黄序，即认为当第1层支撑后第2层开挖时，支撑结.海高程，下同)。 东边为一排老式民房，南临一幢构的变形不再变化，即每层支撑受力后不因下阶段二层楼民房，距泵池4.5 m,西距运粮河约15 m,开挖及支撑设置而改变钢支撑的轴力。其计算步骤北接新河路。如下:按照污水截流工程的要求，目前污水为截流污(1)确定第1层支撑处承受的水平力(支撑点按水，2010 年后为分流污水。雨污分流后，雨污泵简支考虑)。第1支撑点处承受的水平力是在挖土至站分别运行。截流状态下，旱季时，污水泵站运行;第2支撑点而第2支撑点尚未施工的情况下确定的。降雨时，开启雨水泵。当污水池水位超过2.3 m后,(2)确定第2层支撑处承受的水平力。按照同关闭污水泵站进水闸、污水格栅及污水泵。样的方法，分别求出各 支撑点处的水平力第2层支3.2场地工程水文地质条件撑处承受的水平力。根据镇江市勘察测绘院提供的工程地质勘察报(3)求各断面处的弯矩及最大弯矩。将桩视为告，场地土层自上而下可分为6层:连续梁，求各断面处的弯矩及最大弯矩。第①层:素填土，以粉质粘土和粉土为主，含(4) H型钢的插入深度。对于多层支撑挡土墙,少量碎砖、炭屑等杂质,。松散，局部稍密， 饱和状假定主动土压力在坑底面以上为三角形分布，坑底态，层厚2.0~MH中国煤化工面以下为矩形分布，采用盾恩近似法按图1所示的第②层:.CN MH G粉砂，流塑，..第21卷第12期钱玉林等. SMW支护结构分析●1879.饱和状态，层厚8.5~12.5 m;*209k 300x单位: mm .第②-1层:粉土夹淤泥质粉质粘土，流塑，斗二饱和状态，层厚0~4.8 m不等;第③层:粉土，可塑，局部硬塑、 流塑，饱和状态，局部夹可塑状粉质粘土，并夹砂质粉土，层厚2.0~5.4 m;第④层:粉质粘土，可塑，饱和状态，局部夹图2 SMW 挡墙平面布置粉土，层厚2.2~7.5 m;Fig2 Plane arrangement of SMW retaining wall第⑤层:粉质粘土，可塑，饱和状态，局部见m少量木屑，该层底板局部未揭穿，底板揭穿最大厚4.45 m素填支撑度为7.9 m;双排70dt项圈梁第⑥层:粉土，可塑，局部软塑~流塑，饱和深搅桕180H型钢状态，含少量细小角砾，并夹粉质粘土薄层，该层顶板局部未揭穿，最大揭穿厚度为5.3 mo第二道圈梁场地地下水类型属潜水，埋深位于地面以下1.1~1.4 m地下水对混凝土无侵蚀性。场地土类粉土型为软弱土，场地类别为II类。表1列出了场地土粉质粘土的物理力学性质指标。图3支护结构剖面图3.3 SMW支护结构设计计算参数Fig3 Section of retaining structure根据新河桥泵站场地的周围环境、工程要求和单位: mm__里场地土的工程水文地质条件，决定采用SMW支护结构对新河桥泵站进行基坑支护，以提高施工速度，降低工程造价[3]。10按照泵站设施布设的需要，基坑各处的开挖深度不等，基坑底标高为v -0.6~-2.8 m搅拌桩的入土深度分别为14和16 m桩径为中700,水泥掺入比为15%， H型钢的入土深度分别为12 m300和14 m截面采用半位“1隔1”布置形式，如图图4 H 型钢的剖面尺寸2所示。为确保基坑的安全开挖和临近建筑物的安Fig4 Section sizes of H-profiled bar全，分别于标高v 4.45 m和1.80 m处设置两道支表2计算参数撑，图3为支护结构剖面图，图4绘出了H型钢Table 2 Calculating parameters的剖面尺寸。根据场地土的工程水文地质条件和施y/kN.m7 c/kPa_ φ1O中。O) q1kPa K.Kp工机械情况，表2列出了计算参数。18.4_20.0 ___ 11.5 __ 31.4 35.0 0.313.18表1场地土的物理力学性质指标Table 1 Physical and mechanical parameters of soils in site_土层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国24.59.70.70793.18.549.920.61819.60.78997.70.4113.212.8170B29.519.40.81498.30.6712.5中国煤化工16024.620.00.68597.0 .0.68.3MYHC NMH G-.岩石力学与工程学报2002年表33 种方法的计算结果Table 3 Calculating results of three ways支撑处水平力KN . m-IH型钢零弯点下计算方法H型钢长度/m搅拌桩长度/m开挖深度/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逐层开挖支撑支承6.31.3858.4287.562.09力不变法8.1 10.68356.00118.60225.241.95弹性梁法68.5-40.04199.65428.62_3.203.4计算结果及其分析(1) SMW支护结构具有防渗性能好，构造简根据上述计算参数，计算中采用水土合算，矩单，施工速度快，不影响周围环境，工程造价低等形土压力模式，并考虑了最小挖深和最大挖深两种优点。当场地周围环境受到限制和场地土质较差情况。分别采用等值梁法、逐层开挖支撑支承力不时，可以选用合适的SMW支护形式进行基坑支变法和弹性梁法对泵站支护结构体系进行受力分护。析，其中弹性梁法的计算过程由程序实现。表3列(2)根据等值梁法、逐层开挖支撑支承力不变出了3种方法的计算结果。法和弹性梁法对SMW支护结构的计算结果，逐层3种方法的计算结果表明:等值梁和弹性梁法开挖支撑支承力不变法的计算结果比较符合实际施所求得的水平支承力相差不多，求得的第-层支撑工状况。处的水平力较小，甚至出现了拉力。逐层开挖支撑(3)施工中应严格控制H型钢插入的垂直度,支承力不变法在求解第1层支撑处的水平力时，除以免造成H型钢的偏斜，从而使得H型钢难以拔计算悬臂部分外，还将第2层支撑尚未支撑时的土起，降低钢材的回收量。压力由第-层支撑来承受，比较符合实际施工状况。等值梁法和逐层开挖支撑支承力不变法求得的参考文献H型钢的入土深度较为一致。 3种方法算得的两种情况下的H型钢的入土深度比较一致，由于H型余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工钢零弯点下的实际入土深度为2.88和4.65 m,故业出版社，1997H型钢的入土深度可以减小1 m左右。湘兴.建筑地基基础M].广州:华南理工大学出版社，1997,379- -3824结语张璞， 柳荣华. SMW工法在深基坑工程中的应用I]岩石力学与工程学报，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中国煤化工3thod, elasticgirder calculating methodfYHCNMH G.