兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻設(shè)計(jì)與施工

□文/王全逵 劉坤 李明 仇健

兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻設(shè)計(jì)與施工

□文/王全逵 劉坤 李明 仇健

傳統(tǒng)重力式擋土墻存在對(duì)地基承載力要求高、沉降量大等缺點(diǎn)，而輕型擋土墻中的懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻等也存在工作面較大、工藝比較復(fù)雜和成本較高等缺點(diǎn)。為了解決以上問(wèn)題，介紹一種新型擋土墻的設(shè)計(jì)和施工，即兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，保證了鋼結(jié)構(gòu)施工使用的500 t履帶吊順利通行及施工作業(yè)并有效解決了其他種類擋土墻存在的缺點(diǎn)。

兩端懸臂式；擋土墻；預(yù)應(yīng)力

1　工程概況

某工程總建筑面積約36.96萬(wàn)m2，其中地上面積34.25萬(wàn)m2，地下面積2.71萬(wàn)m2，包含商業(yè)、室內(nèi)滑雪樂(lè)園、室內(nèi)滑冰場(chǎng)、電影樂(lè)園、停車樓等業(yè)態(tài)。其中室內(nèi)滑雪樂(lè)園長(zhǎng)487 m、寬151 m、高117.2 m，具有超大跨度、超高結(jié)構(gòu)、桁架外形龐大、重量大、安裝位置高等特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)總用鋼量約3.4萬(wàn)t。在土建與鋼結(jié)構(gòu)的交叉施工中，土建為提供鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)面，保證鋼結(jié)構(gòu)施工使用的500 t履帶吊順利通行及施工作業(yè)，需要在滑雪樂(lè)園與商業(yè)間的地下通道處設(shè)置一擋土墻，經(jīng)過(guò)綜合考慮和驗(yàn)算，決定采用一種新型的擋土墻結(jié)構(gòu)，即兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻。

2　懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻設(shè)計(jì)

2.1擋土墻形式選定

目前常用的擋土墻按結(jié)構(gòu)形式可分為重力式、衡重式、加筋式、半重力式、懸臂式、樁板式、錨桿式、錨定板式、垂直預(yù)應(yīng)力式等，考慮到上述擋土墻存在的缺點(diǎn)和本工程的具體情況，決定采用兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻。兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻是對(duì)懸臂式擋土墻施加預(yù)應(yīng)力，以抵消上部土體及履帶吊產(chǎn)生的壓力。通過(guò)實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻的結(jié)構(gòu)輕巧、受力明確，給施工人員提供的操作空間大，利于施工等優(yōu)點(diǎn)。

2.2方案設(shè)計(jì)

兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻主要由混凝土擋土墻及預(yù)應(yīng)力筋組成，見圖1。

圖1　擋土墻設(shè)計(jì)

2.3擋土墻構(gòu)造

擋土墻混凝土強(qiáng)度經(jīng)計(jì)算確定為C35，鋼筋為HRB400、箍筋為HPB300。采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，抗拉強(qiáng)度準(zhǔn)值為1 860 MPa，截面規(guī)格為φ5 mm×7 mm，單根鋼絞線公稱直徑為15.2 mm，預(yù)應(yīng)力鋼絞線質(zhì)量1.12 kg/延米，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值714.28 N/mm2，彈性模量19.5 MPa。張拉端采用B&SZ15型系列夾片式錨具。

2.4擋土墻結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用目前較為通用的有限元軟件理正巖土計(jì)算軟件6.5版建立擋土墻結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行受力分析。擋土墻的形式分別按重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻3種分別進(jìn)行計(jì)算。按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行建模。

荷載工況分為3種，均為靜力荷載工況，分別為施工荷載、回填土體側(cè)壓力、預(yù)應(yīng)力外加應(yīng)力。荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為1.2、1.35、1.4，鑒于此擋土墻的重要性，把結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)提高到1.1。

通過(guò)計(jì)算結(jié)果得知：擋土墻厚度為0.4 m，混凝土的強(qiáng)度為C35、鋼絞線張拉設(shè)計(jì)值為714.28 N/mm2時(shí)，擋土墻滑動(dòng)穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算、立墻截面強(qiáng)度驗(yàn)算等均符合規(guī)范要求。

3　擋土墻施工工藝

3.1工藝流程

懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻施工流程見圖2。

圖2　施工流程

3.2預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)值

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉；根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定每束預(yù)應(yīng)力鋼絞線控制張拉力值，計(jì)算出其計(jì)算伸長(zhǎng)值，張拉用千斤頂和油泵根據(jù)設(shè)計(jì)要求事先標(biāo)定好。

張拉伸長(zhǎng)值根據(jù)下列規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算

Pm——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力；

Pj——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉端拉力；

σj——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉端應(yīng)力；

LP——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際長(zhǎng)度；

AP——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積，取140 mm2；

ES——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量，取195 GPa；

k——考慮孔道單位長(zhǎng)度局部偏差的摩擦影響系數(shù)，取0.0015；

μ——預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數(shù)，取0.25；

θ——張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角（rad），取0；

x——張拉端至計(jì)算機(jī)截面的孔道長(zhǎng)度，取孔道在縱軸上的投影長(zhǎng)度。

3.3預(yù)應(yīng)力張拉

1）記錄原始缸長(zhǎng)。

2）張拉至30%設(shè)計(jì)張拉力。

3）張拉至70%設(shè)計(jì)張拉力。

4）張拉至最終100%張拉力，持荷2min，記錄筋長(zhǎng)。

3.4操作要點(diǎn)

為保證擋土墻質(zhì)量，混凝土澆筑時(shí)應(yīng)分層澆筑，在下層混凝土凝固之前進(jìn)行上層混凝土澆筑。在振搗過(guò)程中應(yīng)快插慢拔振搗密實(shí)，振搗時(shí)避免錨具預(yù)留孔位置。

預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)應(yīng)采取雙控，第一為張拉應(yīng)力值，第二為預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，在張拉過(guò)程中要嚴(yán)格按張拉設(shè)計(jì)值操作，嚴(yán)禁野蠻施工。

4　擋土墻監(jiān)測(cè)

4.1監(jiān)測(cè)目的

應(yīng)對(duì)擋土墻受力和變形、周邊建筑物等保護(hù)對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握施工過(guò)程中擋土墻的實(shí)際狀態(tài)及周邊環(huán)境的變化情況，做到及時(shí)預(yù)報(bào)，為周邊環(huán)境的安全與穩(wěn)定提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，防患于未然。

4.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置及監(jiān)測(cè)頻率

在擋土墻周圍較安全的地方布設(shè)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在每道擋土墻上部各設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處，混凝土施工完成后，開始第一次監(jiān)測(cè)；根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置位置，回填至第一層預(yù)應(yīng)力筋位置時(shí)實(shí)施第二次監(jiān)測(cè)，回填至第二層預(yù)應(yīng)力筋時(shí)實(shí)施第三次監(jiān)測(cè)，在回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)實(shí)施第四次監(jiān)測(cè)，預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)實(shí)施第五次監(jiān)測(cè)，履帶吊通過(guò)及吊裝時(shí)2次/月監(jiān)測(cè)。水平位移累計(jì)值≯10 mm。由表1可以看出，擋土墻是安全的，能滿足施工需要的。

表1　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)mm

遇到雨天或位移較大等異常情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加密觀測(cè)次數(shù)。

5　綜合評(píng)價(jià)

兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻具有抗承載力強(qiáng)、剛度大、機(jī)械化程度高、操作方便快捷、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，有效的解決了其他種類擋土墻存在的缺點(diǎn)。

通過(guò)在工程中應(yīng)用兩端懸臂式預(yù)應(yīng)力擋土墻，保證了鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度并且在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上取得了顯著成效，同時(shí)也為同類工程提供了可借鑒的方法。

6　結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)兩端懸臂式擋土墻施工過(guò)程中的擋土墻設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、預(yù)應(yīng)力張拉施工等方面進(jìn)行了闡述，對(duì)其中需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了過(guò)程和結(jié)論分析并提出了施工過(guò)程中重點(diǎn)注意事項(xiàng)。兩端懸臂式擋土墻施工取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約大量非可再生資源。

[1]CECS180—2005，建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程[S].

[2]JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.004

□劉坤、李明、仇健/中建二局第四建筑工程有限公司。

□TU476+.4

□C

□1008-3197（2016）05-10-03

□2016-03-31

□王全逵/男，1969年出生，高級(jí)工程師，中建二局第四建筑工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。