论逆作抛物线拱墙的设计与施工

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1、论逆作抛物线拱墙的设计与施工中建七局四公司基础设施分公司刘兴春引论：逆作拱墙作为基础支挡结构的一种，根据基坑平面形状，可采用圆拱、椭圆拱、抛物线拱。其中抛物线形拱通常设计为对称连拱组合墙。因抛物线形为合理拱轴线，在均布荷载作用下，主要承受轴向压力，作为支护结构具有施工方便、节省工期、造价低、安全可靠的特点。本文通过工程实例对抛物线型拱墙的设计与施工做出了详细的介绍。一、工程概述某市政工程的城区污水改造工程位于市区繁华地段的老街区，设计为DN1200污水顶管，污水管埋设深度为自然地面以下7m左右，因

2、街区道路狭窄，无法在道路内设工作井，只能在街区的十字交叉口设顶进井，双向顶进，单向顶距为285米，施工方案拟采用泥水平衡机械顶管。原方案顶管工作井采用钢筋砼沉井，后经现场勘察，距设计污水管中心线二米处自然地面以下2.5米有移动与联通公司的综合光缆管沟，无法进行迁移；右侧地下四到五米处为老城区在用污水管（砖砌）。二者之间净距为5.5米，如采用沉井方法施工工作井，工作井外围结构尺寸应在4.5*7米左右，光缆管沟处在沉井结构范围内；即使在牺牲工作井内施工净距的情况下对沉井进行移位，勉强进行沉井施工。沉井

3、下沉时，将带动其周围内二米的土体下沉，因老城区街道狭窄，不仅影响周边交通，须进行封闭施工，且土体下沉很可能会对光缆沟及原有污水管的结构造成破坏，一旦在用的污水管破裂，会造成无法估量的损失。经多方论证，选用了逆作砖砌抛物线连拱组合墙作为工作时的作法。其施工特点是：1、挖土与做闭合拱圈可同时交叉施工，如下图示意。第一步挖土，在第一阶段内按平面挖出所需拱形，进行砌体砌筑。第二阶段分段开挖，分段砌筑。拱墙在垂直方向上分道施工，拱墙与坑壁之间的空隙以砂浆填满塞实。如光缆管沟处于工作井内时，因拱形由砌块组砌，

4、可在对光缆管沟进行加固后，将其置于工作井范围内而不至于影响工作井的正常施工。如下图为施工中的实际情况：2、抛物线拱的优点是其为合理拱轴线，在均布荷载作用下拱圈的弯矩很小，同时，拱圈外的土也形成土拱，减少了一定的土压力。拱截面主要承受压力，弯矩小，节约钢筋。因施工为逆作，要求拱与土壁紧密接触，故施工对土体的影响范围只在拱圈外径以内，对拱圈以外无影响。即使与原有污水管沟相邻，也不会危及其安全。二、抛物线拱线形设计1、拱轴几何数据抛物线方程式：y=4f(1-)根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-9

5、9中逆作拱墙章节条文要求“拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8”。在实际操作中可用autocad按下表对抛物线形进行设计。点位xy00010.050.1920.100.3630.150.5140.200.6450.250.7560.300.8470.350.9180.400.9690.450.99100.501.00乘数lf抛物线连拱组合墙可视作4个两两对称的抛物线拱，如下图实际采用的满足顶进需要的4.5*7米净距的抛物线组合拱。2、组合拱墙内力计算因组合拱墙两两对称，设计时只分析一个支座反力即可。如下

6、图所示，以主动土压力Ea为作用在筒壁上的均布荷载，先求出1号拱和2号拱的支座反力F1和F2，则作用于拱座合力F=F1+F2推向土体的不平衡力由拱脚基坑的被动土压力Ep提供。设计时在拱脚两侧各L1范围内将拱壁加厚即可为拱脚基础，使L≥式中H-拱圈高度Ep-被动土压力K-安全系数Ep=19*8*2.5+2*10*1.58=411.6KNL=0.0228（取500mm）根据地质勘察报告，管线埋设深度内土层信息如下表：表1层号土类名称层厚(m)重度浮重度粘聚力(KN/m3)(KN/m3)(KPa)内摩擦角

7、(度)1填土0.7192-1粘质粉土0.7-2.618．67．625．72-2砂质粉土2.6-3.719．19．18．729．52-3粘质粉土3.7-5.918．88．810．626．23淤泥质粉质粘土5.9以下17．97．99．54．1水平荷载标准值按规程对粉土及粘性土以下式计算：eajk=δajkKai-2Cikδajk—作用于深度Zj处的竖向应力标准值考虑场地实际情况，基坑外侧按满布附加荷载q0（40KN/m2）计算，竖向应力标准值δajk按下列规定计算：Δajk=YmjZj+q0Ymj-深

8、度Zj以上土的加权平均天然重度计算深度（m）各层竖向应力标准值(KN/m2)2.688.643.7109.654.7128.455.9147.257167.938185.83Kai-第i层的主动土压力系数按规程以下式计算：Kai=tg2(45°-)￡ik-三轴试验确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值Zj-计算点深度层号土类名称层厚(m)内摩擦角(度)主动土压力系数1填土0.7道路结构层，不利用2-1粘质粉土0.7-2.625．70.3952-2砂质粉土2.6-3.729．