基坑围护结构设计的核心在于确保强度、控制变形和保障稳定性。设计需综合考虑强度、变形和稳定性三大方面。强度主要涉及墙体的承载力,包括水平和竖向截面的承载力以及竖向地基的承载力;变形则关注墙体的水平变形和竖向承重结构的变形;稳定性则需确保整体结构的稳定性、抗倾覆稳定性、坑底抗隆起稳定性以及抗渗流稳定性等。具体设计需结合成槽机规格、墙体抗渗要求、受力和变形计算等综合因素确定。
在设计地下连续墙时,首先需考虑墙体厚度和槽段宽度。墙体厚度一般在0.5~1.2m之间,但随着施工技术的进步,最大厚度可达2.0m。例如,东京湾新丰洲地下变电站的地下连续墙厚度达到了2.40m,上海世博会500kV地下变电站基坑采用直径130m的圆筒形地下连续墙,厚度为1.2m,墙深57.5m。具体厚度需结合成槽机规格、抗渗要求、受力和变形计算综合确定。地下连续墙的槽段宽度需考虑结构受力特性、槽壁稳定性、周边环境保护要求和施工条件等多方面因素,一般壁板式槽段宽度不宜超过6m,T形、折线形槽段各肢宽度总和不宜超过6m。
地下连续墙的入土深度需根据挡土和隔水两方面的要求来确定。通常在10~50m范围内,最大可达150m。在基坑工程中,地下连续墙既作为承受侧向水土压力的受力结构,也具有隔水作用。因此,入土深度需综合考虑挡土和隔水需求。稳定性计算方法应确保地下连续墙在基底以下有足够的嵌固深度。在软土地层中,地下连续墙的嵌固深度接近或大于开挖深度,而在密实的砂层或岩层时,嵌固深度可显著减少。例如,上海轨道交通七号线耀华路站地下连续墙在基底以下19m满足稳定性要求,南京绿地紫峰大厦在基底以下7m满足稳定性要求。隔水作用要求地下连续墙底部进入隔水层,确保形成可靠的隔水边界。如果隔水要求超过稳定性要求,可采用经济的素混凝土段作为隔水帷幕。
在进行内力与变形计算及承载力验算时,应采用平面弹性地基梁法等方法。根据主体工程地下结构的布置、施工条件等因素,合理确定计算工况,并考虑基坑内外状态,进行各种工况下的连续完整设计计算。承载力验算需根据各工况内力计算包络图进行截面承载力验算和配筋计算,确保结构安全。正截面受弯、受压、斜截面受剪承载力及配筋设计应符合《混凝土结构设计规范》(GB50010)的相关规定。
地下连续墙的构造设计包括墙身混凝土、钢筋笼、墙顶冠梁和施工接头。墙身混凝土设计强度不应低于C30,混凝土浇筑面应高出设计标高,混凝土抗渗等级不宜小于S6级。冠梁高度和宽度应由计算确定,宽度不宜小于墙厚,顶圈梁应与迎土面平齐。施工接头形式分为柔性接头和刚性接头,柔性接头包括锁口管接头、钢筋混凝土预制接头、工字形型钢接头等,刚性接头包括十字穿孔钢板接头、钢筋搭接接头和十字型钢插入式接头等。设计时应结合地区经验,选用施工简便、工艺成熟的接头形式,以确保接头施工质量。
综上所述,基坑地连墙设计需要全面考虑强度、变形和稳定性,并在具体设计中合理选择墙体厚度、槽段宽度、入土深度、内力与变形计算方法、承载力验算方法以及构造细节,以确保基坑围护结构的安全可靠。设计应综合考虑施工条件、成本效益和环境保护等多方面因素,确保工程的顺利实施和安全运行。