第21卷第12期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).21(12): 1877~18802002年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringDec., 2002SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)分析*錢玉林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(zhèn)江市給排水總公司鎮(zhèn)江212003) e 鎮(zhèn)江市基礎(chǔ)工程總公司鎮(zhèn)江212003)摘要SMW 支護(hù)結(jié)構(gòu)具有防滲性能好,構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工速度快,不影響周圍環(huán)境,工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)多層支撐擋墻結(jié)構(gòu)的常用分析方法,結(jié)合鎮(zhèn)江市新河橋泵站基坑支護(hù)工程,論述了各種分析方法對(duì)SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。關(guān)鍵詞SMW 支護(hù)結(jié)構(gòu),攪拌樁, H型鋼,等值梁法,彈性梁法分類號(hào)TU311.4 .文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)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(jī)械，以水泥漿作固化劑,座，按連續(xù)梁求解墻體的彎矩和支承點(diǎn)的反力。對(duì)在土層中強(qiáng)行與土體拌和，使被加固土體硬結(jié)成水于設(shè)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(jì)算。即對(duì)每一階段的開(kāi)挖，撤去開(kāi)中，從而形成一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)"。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(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)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(jì)算。然后將各段和截面布置形式等。SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)先進(jìn)計(jì)算結(jié)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(cè)，如發(fā)現(xiàn)淺埋障礙物應(yīng)予以線!2。 其計(jì)算步驟如下:清除。然后，開(kāi)挖導(dǎo)溝，待樁機(jī)就位后，進(jìn)行垂直(1)按照土的參數(shù)計(jì)算土壓力系數(shù)(δ≠0)。根度校正，保證垂直度誤差不超過(guò)1.0%。 施工中應(yīng)據(jù)樁長(zhǎng)和場(chǎng)地土強(qiáng)度指標(biāo)的加權(quán)平均值，等值內(nèi)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?jì)算計(jì)算，從而計(jì)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(shù)。.完畢后，應(yīng)在12h內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法|yH2 tan2 4590 _中- 4cHtan 45°_P +22γ(1)γH2對(duì)于多層支撐擋墻結(jié)構(gòu)，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(quán)平均數(shù); H為樁長(zhǎng);計(jì)算.c, φ為場(chǎng)地士的強(qiáng)度指標(biāo)。2.1 等值梁法(2)零彎點(diǎn)至坑底的距離。根據(jù)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(xiàng)目(98KB117000)。中國(guó)煤化工作者錢玉林簡(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)專業(yè)，現(xiàn)任揚(yáng)州大,YHCN M H G海大學(xué)巖士工程專業(yè)博士研究生，主要從事土與結(jié)構(gòu)物的相互作用研究。.●1878●巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2002年挖深的情況，可計(jì)算出零彎點(diǎn)至坑底的距離:計(jì)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(qiáng)度; K, Kp 分別為主動(dòng)土壓力和被動(dòng)士壓力系數(shù); γ為場(chǎng)地土重度的加權(quán)平均數(shù)。(3)分段計(jì)算梁的固端彎矩。對(duì)于多層支撐擋土墻，采用“分段等值梁疊加法”進(jìn)行計(jì)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(jì)算和核算。分段計(jì)算各支點(diǎn)的圖1土壓力計(jì)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(jù)下式可計(jì)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(jì)算，墻體Vy(K,-KJ)入土深度部分常采用文克勒假定來(lái)表達(dá)土與墻體之，式中: R為零彎點(diǎn)處的反力，其余符號(hào)意義同上。間的側(cè)向位移與側(cè)向土體抗力的關(guān)系，然后選用差(7) H型鋼的強(qiáng)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(qiáng)度。程，或以結(jié)構(gòu)力學(xué)方法對(duì)其計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行求解2。(8) H型鋼的變形。樁頂?shù)淖冃蝔i可按下式計(jì)算:3工程實(shí)例3.1 工程概況(1 lq + 4q)H*(4鎮(zhèn)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(cè)的矩形荷載和三而成，雨水就近提升至運(yùn)糧河;污水部分為污水截角形荷載的大小; H為樁長(zhǎng); 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(qū)，泵池設(shè)計(jì)長(zhǎng)為23 m,寬為14.7 m;逐層開(kāi)挖支撐支承力不變法是根據(jù)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(rèn)為當(dāng)?shù)?層支撐后第2層開(kāi)挖時(shí)，支撐結(jié).海高程，下同)。 東邊為一排老式民房，南臨一幢構(gòu)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(yùn)糧河約15 m,開(kāi)挖及支撐設(shè)置而改變鋼支撐的軸力。其計(jì)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(yùn)行。截流狀態(tài)下，旱季時(shí)，污水泵站運(yùn)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(dāng)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(jù)鎮(zhèn)江市勘察測(cè)繪院提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)(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(xù)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(duì)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(guó)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期錢玉林等. SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiàng)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(xì)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)地地下水類型屬潛水，埋深位于地面以下1.1~1.4 m地下水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。場(chǎng)地土類粉土型為軟弱土，場(chǎng)地類別為II類。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(biāo)。圖3支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖3.3 SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)Fig3 Section of retaining structure根據(jù)新河橋泵站場(chǎng)地的周圍環(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(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)新河橋泵站進(jìn)行基坑支護(hù)，以提高施工速度，降低工程造價(jià)[3]。10按照泵站設(shè)施布設(shè)的需要，基坑各處的開(kāi)挖深度不等，基坑底標(biāo)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(biāo)高v 4.45 m和1.80 m處設(shè)置兩道支表2計(jì)算參數(shù)撐，圖3為支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖，圖4繪出了H型鋼Table 2 Calculating parameters的剖面尺寸。根據(jù)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(jī)械情況，表2列出了計(jì)算參數(shù)。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(biāo)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(guó)24.59.70.70793.18.549.920.61819.60.78997.70.4113.212.8170B29.519.40.81498.30.6712.5中國(guó)煤化工16024.620.00.68597.0 .0.68.3MYHC NMH G-.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2002年表33 種方法的計(jì)算結(jié)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(jì)算方法H型鋼長(zhǎng)度/m攪拌樁長(zhǎng)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(jì)算結(jié)果及其分析(1) SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)具有防滲性能好，構(gòu)造簡(jiǎn)根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)，計(jì)算中采用水土合算，矩單，施工速度快，不影響周圍環(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(dāng)場(chǎng)地周圍環(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(hù)形式進(jìn)行基坑支變法和彈性梁法對(duì)泵站支護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行受力分護(hù)。析，其中彈性梁法的計(jì)算過(guò)程由程序?qū)崿F(xiàn)。表3列(2)根據(jù)等值梁法、逐層開(kāi)挖支撐支承力不變出了3種方法的計(jì)算結(jié)果。法和彈性梁法對(duì)SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果，逐層3種方法的計(jì)算結(jié)果表明:等值梁和彈性梁法開(kāi)挖支撐支承力不變法的計(jì)算結(jié)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(xiàn)了拉力。逐層開(kāi)挖支撐(3)施工中應(yīng)嚴(yán)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(jì)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(xiàn)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(hù)設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)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(chǔ)M].廣州:華南理工大學(xué)出版社，1997,379- -3824結(jié)語(yǔ)張璞， 柳榮華. SMW工法在深基坑工程中的應(yīng)用I]巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，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(guó)煤化工3thod, elasticgirder calculating methodfYHCNMH G.