L形預(yù)制地下連續(xù)墻吊裝過程的裂縫控制研究*

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

0 引言

預(yù)制地下連續(xù)墻因其作為基坑支護結(jié)構(gòu)中的圍護墻體同時兼作地下室外墻這種“兩墻合一”的結(jié)構(gòu)形式，在很多工程中得到應(yīng)用[1,2]，但是其現(xiàn)場施工工程量大、周期長。為加快施工進度，縮短施工周期，特別是在一些場地非常狹小、周邊環(huán)境非常復(fù)雜的工程中，預(yù)制樁式及板式地下連續(xù)墻成為國內(nèi)地下連續(xù)墻發(fā)展的趨勢。預(yù)制地下連續(xù)墻通常在工廠制作，達到設(shè)計強度后運送至施工現(xiàn)場吊運安裝。由于預(yù)制地下連續(xù)墻構(gòu)件尺寸大、構(gòu)件重，因此對其吊裝過程進行裂縫控制[3]是非常必要的。

1 工程概述

某工程2 層地下車庫采用“兩墻合一”的預(yù)制地下連續(xù)墻，墻深18.5 m、厚780 mm，寬約3.215 m，單幅最大質(zhì)量110 t，混凝土等級為C30。預(yù)制地下連續(xù)墻截面配筋如圖1所示，構(gòu)件長度如圖2所示，其中A區(qū)為基坑基礎(chǔ)底板上表面至基坑頂面的距離，B區(qū)為預(yù)制地下連續(xù)墻埋入土體部分。

2 吊裝過程分析[1-6]

2.1 受力狀態(tài)分析

圖1 預(yù)制地墻截面配筋

圖2 預(yù)制地墻長度示意

根據(jù)場地條件和設(shè)備情況，預(yù)制地下連續(xù)墻采用1 臺吊機、兩點吊的吊裝方法。第一個吊點在端部，第二個吊點距端部7.5 m。預(yù)制地下連續(xù)墻整個吊裝是個動態(tài)的過程，首先平直起吊，再逐步翻轉(zhuǎn)到垂直的吊裝狀態(tài)。

嚴格按照L形預(yù)制地下連續(xù)墻的截面尺寸和孔洞留設(shè)建立有限元分析模型。采用實體單元建立模型，吊繩采用索單元模擬。預(yù)制地下連續(xù)墻與地面接觸點按鉸接邊界條件處理。荷載考慮預(yù)制地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的自重，并綜合考慮預(yù)制地下連續(xù)墻配筋、吊裝過程中振動等因素影響。將吊裝過程分為地墻與地面夾角為0o、20o、30o三個工況進行受力與變形狀態(tài)分析，計算結(jié)果詳見表1。

2.2 裂縫驗算

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2002）第3.3.4條規(guī)定，此次裂縫寬度限值取值A(chǔ)區(qū)為0.2 mm，B區(qū)為0.3 mm。按最大裂縫寬度計算公式驗算裂縫寬度，結(jié)果詳見表2。

表1 受力與變形狀態(tài)分析結(jié)果匯總

表2 受力與變形狀態(tài)分析結(jié)果匯總

由驗算結(jié)果可知該預(yù)制地下連續(xù)墻吊裝時裂縫驗算不能滿足限值要求。

3 裂縫控制措施[7]

3.1 增大縱向受拉鋼筋

裂縫寬度超過規(guī)范要求，可通過增大該區(qū)受拉區(qū)鋼筋截面面積的方式來減小裂縫的寬度，使其滿足規(guī)范的要求。經(jīng)試算若將A區(qū)受拉縱向鋼筋增大為Φ28 mm@125 mm，將B區(qū)受拉縱向鋼筋增大為Φ32 mm@125 mm，裂縫控制可以滿足要求，驗算結(jié)果詳見表3。

表3 增大鋼筋后裂縫寬度計算表

3.2 增加預(yù)應(yīng)力

雖然通過增大鋼筋直徑能夠滿足裂縫寬度要求，但是需要鋼筋直徑增大到Φ32 mm。這樣不但大大增加地下連續(xù)墻的建設(shè)成本，而且將會給地下連續(xù)墻的預(yù)制帶來不便。鑒于上述多種因素，擬在L形預(yù)制地下連續(xù)墻中施加預(yù)應(yīng)力，以提高預(yù)制地下連續(xù)墻的抗裂性能，預(yù)應(yīng)力鋼索采用Φ10 mm的鋼絞線，采取后張法施工。預(yù)應(yīng)力鋼筋布置如圖3所示，具體分析結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖3 L形預(yù)制地下連續(xù)墻實體模型網(wǎng)格劃分橫斷面示意

由計算結(jié)果可知，預(yù)制地下連續(xù)墻吊裝時受拉區(qū)混凝土法向最大拉應(yīng)力為2.61 MPa。根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制判斷準則——名義拉應(yīng)力法可知：

圖4 地下連續(xù)墻豎向變形（單位：mm）

圖5 地下連續(xù)墻吊裝彎曲應(yīng)力（單位：mm）

當C30的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度限值為0.2 mm時容許名義拉應(yīng)力為3.8 MPa，此時由上述計算分析結(jié)果可知，預(yù)應(yīng)力預(yù)制地下連續(xù)強結(jié)構(gòu)的名義拉應(yīng)力為2.61 MPa，滿足裂縫寬度控制要求。

4 結(jié)語

預(yù)制連續(xù)墻吊裝過程的裂縫控制至關(guān)重要。首先可通過增加吊點的數(shù)量或者調(diào)整吊點間的距離來降低吊裝時產(chǎn)生的內(nèi)力，從而減小裂縫寬度。當裂縫寬度較大時，可通過增大鋼筋直徑的方式減小裂縫的寬度，但這樣將會大幅增加成本；因此也可以通過局部施加預(yù)應(yīng)力的辦法來減小裂縫寬度，提高吊裝過程的抗裂性。