裝配式綜合管廊預(yù)制地下連續(xù)墻的實測研究

管 飛 高彥斌

(1.上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司,上海 200072； 2.同濟大學(xué)地下建筑與工程系,上海 200082)

0 引言

目前，管廊的施工一般仍先采用傳統(tǒng)的支護工藝(如鋼板樁或其他板式支護)開挖條形基坑，然后澆筑鋼筋混凝土管廊結(jié)構(gòu)[1-3]。在綜合管廊工程中推廣裝配式構(gòu)件及其建造技術(shù)成為新的熱點。其中，采用“兩墻合一”設(shè)計的預(yù)制地下連續(xù)墻是一種有推廣前景的建造工藝。預(yù)制地下連續(xù)墻既可作為管廊(條形)基坑施工時的圍護結(jié)構(gòu)，又可以作為管廊的永久側(cè)壁結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)可降低管廊工程的整體造價和施工復(fù)雜性，且具有施工速度快、保護環(huán)境等優(yōu)點。

迄今為止,上海地區(qū)預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)先后在建工活動中心、明天廣場、達安城單建式地下車庫和瑞金醫(yī)院單建式地下車庫等工程中實施和應(yīng)用，取得良好的效果[4-6]。但在綜合管廊中加以應(yīng)用案例極少。

1 項目概況

擬建上海某綜合管廊(一期)工程包括2條管廊，管廊總長度1.38 km。設(shè)計采用鋼板樁支護結(jié)構(gòu)明挖基坑，開挖到底后現(xiàn)澆鋼混凝土管廊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為推廣裝配式管廊建設(shè)，本工程設(shè)兩個試驗段，采用預(yù)制地下連續(xù)墻進行試驗性的應(yīng)用。預(yù)制地下連續(xù)墻采用“兩墻合一”設(shè)計，即預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)作為圍護結(jié)構(gòu)并作為管廊側(cè)壁，基坑開挖后現(xiàn)澆頂板、底板和隔墻，最終形成箱涵結(jié)構(gòu)，見圖1。

若要滿足現(xiàn)有規(guī)范對于基坑坑底抗隆起安全系數(shù)的需要，地下連續(xù)墻須插入基坑坑底以下9.93 m～9.45 m，圍護樁插入比約為1.44，長度達到15 m，帶來較大的吊裝困難。

因此，參建各方通過有限元模擬計算優(yōu)化了地下連續(xù)墻的插入比，為1∶0.8。優(yōu)化后的連續(xù)墻長度為10.8 m，數(shù)值計算預(yù)測連續(xù)墻的最大水平位移約3 cm，最大墻身彎矩349 kN·m。

試驗段采用優(yōu)化后的圍護方案，順利地進行了基坑開挖和管廊結(jié)構(gòu)澆筑，現(xiàn)已完成基坑回填。

2 工程實測

為了對預(yù)制地下連續(xù)墻在基坑開挖過程中的工作性能有更深入的了解以便為今后的推廣工作積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù)[7]，在綜合管廊試驗段施工前，取3幅地下連續(xù)墻槽段預(yù)埋了傳感器和其他監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測點布置見圖2；并于基坑施工期間對墻體彎矩、墻后土壓力和墻體深層水平位移等進行監(jiān)測。

每幅連續(xù)墻預(yù)埋的傳感器數(shù)量如下：

1)鋼筋應(yīng)力計：內(nèi)外兩側(cè)各1個剖面，每個剖面10只，共20只。2)混凝土應(yīng)變計：內(nèi)外兩側(cè)各1個剖面，每個剖面5只，共10只。3)土壓力盒(量測200 kPa)：內(nèi)外兩側(cè)各1個剖面，外側(cè)10只，內(nèi)側(cè)6只,共16只。4)測斜管：2只。

監(jiān)測頻率：

1)試驗墻下槽當天，下槽前后各采取一次數(shù)據(jù)。

2)試驗墻下槽后，注漿前后各需采取一次數(shù)據(jù)。

3)導(dǎo)墻破除當天兩次：導(dǎo)墻破除前后各一次。

4)開挖當天至少兩次：開挖前后各一次(若現(xiàn)場條件允許，開挖過程需加測一次)。

5)開挖完成后，每天采取數(shù)據(jù)一次，若監(jiān)測方監(jiān)測數(shù)據(jù)達到警報值需要加測，則試驗墻需跟著加測。

6)澆底板前后各測一次。

7)現(xiàn)場施工工況變化時，需加測。

現(xiàn)場監(jiān)測工作持續(xù)了3個月，包括連續(xù)墻從插入到基坑施工結(jié)束的各個工況。

2.1 迎土面(主動)土壓力Fa

實測迎土面土壓力如圖3所示。預(yù)制地下連續(xù)墻迎土面的實測水土壓力在深度3 m以內(nèi)增長較大，然后隨著深度的增大略有增長，從3 m深度的90 kPa增長到11 m深度的150 kPa。實測水土壓力要比計算值大一些。

2.2 預(yù)制地下連續(xù)墻總彎矩M

實測地下連續(xù)墻彎矩如圖4所示。彎矩監(jiān)測值較為凌亂，但最終得到的預(yù)制地下連續(xù)墻彎矩在200 kN·m以內(nèi)，小于采用2D有限元的計算值(349 kN·m)，但峰值出現(xiàn)的深度和數(shù)值分析的計算結(jié)果曲線非常接近。

2.3 預(yù)制地下連續(xù)墻側(cè)向位移

實測地下連續(xù)墻側(cè)向位移曲線如圖5所示。最大側(cè)向位移約12 mm，發(fā)生深度為5.5 m的位置。實測值也小于計算值，但變形曲線的形狀和計算值極為接近。

3 結(jié)語

對比監(jiān)測結(jié)果結(jié)合和數(shù)值計算(數(shù)值計算內(nèi)容另文詳述)，本工程預(yù)制地下連續(xù)墻的受力性狀特征如下：

1)監(jiān)測得到的預(yù)制地下連續(xù)墻迎土面的土水壓力規(guī)律性較好。監(jiān)測值總體大于按照規(guī)范方法得到的計算值。特別在較淺的位置，監(jiān)測值顯著大于計算值。

2)監(jiān)測得到的預(yù)制地下連續(xù)墻最大彎矩為200 kN·m，小于數(shù)值分析給出的349 kN·m，也小于按照規(guī)范方法(m法)的計算值500 kN·m。監(jiān)測得到的最大彎矩出現(xiàn)的位置與數(shù)值計算結(jié)果比較一致。

3)現(xiàn)場監(jiān)測得到的預(yù)制地下連續(xù)墻最大側(cè)向水平位移約1.2 cm，比計算值(3.4 cm左右)要小很多。

綜合以上，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果驗證了本綜合管廊工程中采用插入比為1∶0.8的預(yù)制地下連續(xù)墻優(yōu)化方案是安全可靠的，連續(xù)墻的受力性狀和變形未超出安全允許的范圍。這些工程經(jīng)驗可供類似項目乃至采用傳統(tǒng)支護方式的條形基坑參考。