地下连续墙稳定计算实例分析

□黄秋风 □李雪艳 □孙 熙(河南省水利勘测设计研究有限公司)

地下连续墙在城市建设中作为基坑支护形式已经被广泛应用，在水利建设中的应用多为防渗墙，起截水止漏的作用。

某水库泄洪闸尾水渠，断面呈“U”型，底宽约250 m，渠底平坦开阔，经过几次汛期洪水冲刷，再加上人为采砂破坏，渠底冲出一个大坑，并且冲坑面积和深度不断扩大。冲坑上游约200 m处有一生产桥，若冲坑不断向上游扩展将危及桥墩安全，经过几个加固方案的比选，最终确定，在尾水渠上设置一道地下连续墙，既可以阻止冲坑的进一步向上游发展，同时又可以保护桥墩基础不被破坏。

1.连续墙工程概况

1.1 工程地质及水文概况

工程区地层主要分布有第4系土层、砂层、砂砾石层、砂卵石层及第三系粘土岩。由老至新分述如下：①粘土岩（N1L）：浅棕红色、棕黄色杂灰绿色泥质结构，微裂隙发育成网状，沿裂面有铁锰质膜充填，局部富含钙质，呈结核状。②砂卵石（alQ4）：卵石成分以石英砂岩、石英岩为主，少量灰岩，含量60%左右，粒径4～10 cm，次圆形，充填物多为砾石粗砂，中、细砂次之，较密实。③砂砾石（alQ4）：中密，砾、卵石成分多为石英砂岩、石英岩，卵石块径2～6 cm，次圆形，该层上部为砾砂，下部为砾石。④中砂（alQ4）：灰黄色，中密，成分为长石、石英，局部夹中粉质壤土。⑤重粉质壤土（alQ4）：黄色、褐黄色，可塑、中硬，粘粒含量不均，局部为轻粉质壤土、粉质粘土或中、重壤土。

地下水类型为第4系孔隙潜水，表层为重粉质壤土，弱透水，下部砂、砾、卵石层透水性强，水位接近地表。

1.2 地下连续墙方案选择

根据地质情况，设置两道地下连续墙，两道连续墙之间通过联系梁连接，下游连续墙厚度采用800 mm，作为主要挡土和受力结构，上游连续墙厚度采用600 mm，上下游连续墙的插入深度需通过计算确定。具体结构如图1所示。

图1 地下连续墙结构图（单位：mm）

2.地下连续墙稳定计算分析

2.1 计算简图

根据连续墙的结构布置形式，将其简化为图2所示的计算简图，由于AC为联系梁，其刚度小于上下游连续墙刚度，可将其视为连杆，仅传递轴向拉力，上游连续墙CD可视为锚钉，对下游连续墙起到锚固作用。

图2 地下连续墙稳定计算简图

2.2 地下连续墙稳定计算

地下连续墙的稳定性包括土体滑移失稳、坑底隆起管涌。

2.2.1 整体滑移失稳计算

对于本结构，如果有足够的锚固长度，一般不会发生整体滑动失稳。考虑可能的冲刷深度和人工采砂最深应该到达连续墙下游中砂层底部，因此连续墙上、下游差值h取值取至中砂层底部，综合考虑各种因素，本次计算采用8.2 m。

2.2.1.1 AB最小嵌固深度计算

将AC视为拉杆，CD视为锚钉，根据力矩平衡可求得支护结构AB墙的最小入土深度Dmin。由AB墙两侧主动土压力和被动土压力相互抵消，即∑MA=0可求得Dmin，计算值增加20%作为实际入土深度，则AB总长度为：

根据实际地下水位情况和运行情况，计算分为两种工况：一上游地下水位81.5 m，下游81m；二上、下游水位92.6 m。

两种工况计算Dmin分别为4.78 m、3.71 m，根据Dmin计算值，L取14.2 m。

2.2.1.2 AC内力求解

对AB墙的B端取矩，根据力矩平衡∑MB=0可求得拉杆AC拉力，这里忽略AC拉梁的端部弯矩。两种工况下AC内力分别为113.55 kN，48.56 kN。

2.2.1.3 CD最小嵌固深度计算

CD杆可视为悬臂柔性支挡结构，为AC拉杆提供锚固；CD墙两侧填土高程相同，地下水位相同，在此条件下，采用静力平衡法求出需要插入土层深度。由对D端的力矩平衡弯矩平衡由∑MD=0，可求得有效嵌固深度t。考虑在AC杆拉力作用下，下游侧土压力可能未达到极限状态，被动土压力系数取其一半考虑。

两种工况计算t分别为5.5 m、4.7 m。

2.2.2 整体滑移失稳验算

若地下连续墙结构背后的土体重力超过墙前坑底面以下地基的承载力时，地基的平衡状态就会破坏，从而发生坑壁土流动、坑顶下陷、坑底隆起的现象。当发生这种现象时，需要验算地基是否会隆起，常用的验算方法有两种：地基稳定性验算法和地基承载力公式验算法。此处，采用地基承载力公式验算法，验算公式为：

式中:γ—土的容重；q—底面荷载;Nc、Nq—地基承载力系数。

采用普朗特尔（Prandtl）公式，Nc、Nq按下式计算：

式中：φ—内摩擦角。

两种工况计算分别为5.4、6.2，满足规范>1.6的要求。

3.结语

通过本工程地下连续墙稳定计算实例，得出以下结论：

本工程不同于悬臂式和多点支撑结构的地下连续墙，由于其顶部有水平联系梁的拉接作用，在进行稳定计算时应考虑结构这一点，对顶端锚固作用力加以考虑。由于上游连续墙插入土层较深，因此，计算时认为下游连续墙顶端不发生位移，这种假定更接近实际情况。

本工程运行至今已经一年半，状况良好，说明此计算方法能够满足工程要求，可以做为类似工程的参考和前期估算的依据。