軟土地區(qū)地鐵車站地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

劉玟君

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430072）

在當(dāng)前工程建筑中，由于地下連續(xù)墻在剛度、抗?jié)B性、噪聲與振動(dòng)等方面具備較大優(yōu)勢(shì)，在軟土地區(qū)車站結(jié)構(gòu)工程中通常采用該結(jié)構(gòu)來完成，可有效保障基坑安全與施工質(zhì)量，并且節(jié)約較多的工程資本投入。在正式施工之前，應(yīng)做好圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，采取科學(xué)有效的質(zhì)量控制措施，使工程質(zhì)量安全得到保障。

1 工程概況

某地軌道交通12號(hào)線線路主體采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度范圍為5～10.2m，厚度為800mm左右，共計(jì)82幅，其中有效深度為34m的墻有24幅、有效深度為31m的墻有58幅；車站標(biāo)準(zhǔn)段開挖最深為16.5m，端頭井的開挖深度為18.2m。工程所在地為軟土地區(qū)，土壤含水量較高、壓縮性較強(qiáng)、強(qiáng)度較低，還具有流變性、低滲透性等特點(diǎn)，其中的灰色砂質(zhì)粉土在動(dòng)水壓力下，很容易出現(xiàn)流沙現(xiàn)象，導(dǎo)致槽壁塌方。因此，對(duì)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制提出較高的要求[1]。

2 軟土地區(qū)連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅對(duì)基坑穩(wěn)定與支護(hù)安全提出嚴(yán)格要求，而且還應(yīng)滿足抗?jié)B流、抗隆起、抗傾覆等驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)工作中，主要包括墻入土比、配筋設(shè)計(jì)、接頭設(shè)計(jì)、墻厚度與分幅等，應(yīng)確保每項(xiàng)工序科學(xué)合理，才可使整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得當(dāng)，確保工程順利高效完成。

2.1 墻入土深度

在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用地下連續(xù)墻的形式，不但可承受側(cè)向水土壓力，還具有隔水等功效。在墻入土深度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)受力和隔水兩項(xiàng)要求進(jìn)行綜合分析，當(dāng)其作為擋土結(jié)構(gòu)時(shí)，確保墻體插入基地以下的深度充足，并深入良好的土層中，保障嵌固深度符合基坑穩(wěn)定性要求；當(dāng)其作為隔水帷幕時(shí)，墻入土比由兩種因素決定，一是地質(zhì)條件，二是地下水控制要求。如若需要隔斷地下水，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)地下墻，并根據(jù)隔水要求確定入土深度，應(yīng)超過受力與穩(wěn)定性的數(shù)值。為了節(jié)約成本投入，滿足隔水要求的部分可采用素混凝土進(jìn)行澆筑。

2.2 墻厚度與分幅

在厚度設(shè)計(jì)方面，應(yīng)對(duì)基坑深度、工程現(xiàn)象地質(zhì)情況、四周環(huán)境以及工程造價(jià)等多種因素綜合考慮，合理恰當(dāng)?shù)剡x擇墻體厚度，通常厚度的計(jì)算方式為基坑深度除以20。在分幅設(shè)計(jì)方面，應(yīng)綜合分析地質(zhì)條件、工藝技術(shù)、周圍環(huán)境等因素，若分幅過小，則會(huì)增加墻的接縫，增加漏水概率，并增加槽段數(shù)量，支撐結(jié)構(gòu)的密度增加，為施工帶來許多不便。對(duì)此，在確保槽壁穩(wěn)定和施工能力的前提下，應(yīng)適當(dāng)增加槽段。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕l件，通常直線壁板式槽段的寬度應(yīng)小于6m，對(duì)于T型槽段，肢寬度之和應(yīng)小于6m。當(dāng)?shù)叵聣穸?、地面荷載相對(duì)較大或周圍存在厚砂性地層時(shí)，可適當(dāng)縮短槽段寬度。值得注意的是，車站與附屬結(jié)構(gòu)相交之處，地下墻的形狀應(yīng)為T型，以此減少接縫漏水，特別是砂性土較厚的區(qū)域，在設(shè)計(jì)時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)注意[2]。

2.3 配筋設(shè)計(jì)

該項(xiàng)設(shè)計(jì)以內(nèi)力包絡(luò)圖為參考，在設(shè)計(jì)過程中主筋與連接筋應(yīng)根據(jù)幅寬數(shù)值全額配足，接頭與導(dǎo)管區(qū)域不可安裝鋼筋接駁器，應(yīng)在兩側(cè)將其補(bǔ)足。對(duì)于雙層疊合墻結(jié)構(gòu)來說，頂板與側(cè)墻交角位置的固結(jié)負(fù)彎矩較大，水平鋼板應(yīng)根據(jù)計(jì)算數(shù)值放足，并深入地下墻，為縱向側(cè)墻的角點(diǎn)彎矩配筋，深入長(zhǎng)度由包絡(luò)圖來決定。若角點(diǎn)的配筋數(shù)量過多，對(duì)墻砼質(zhì)量產(chǎn)生不良影響時(shí)，可減少角點(diǎn)深入外排鋼筋的數(shù)量，根據(jù)需求增加跨中鋼筋數(shù)量。通常情況下，外排鋼筋納入板鋼筋之中，每間隔1～2根并筋，鋼筋間的距離應(yīng)超過150mm。

2.4 接頭設(shè)計(jì)

根據(jù)受力特點(diǎn)的不同，可將接頭類型分為柔性與剛性兩種，前者是無法承受彎矩、剪力、水平拉力的接頭，后者是能夠承受上述施工應(yīng)力的接頭。在該工程中采用的是柔性接頭，其構(gòu)造較為簡(jiǎn)易、施工便利、造價(jià)低廉，若地下墻深度較大，拔鎖口管難以較大時(shí)，可采用混凝土接頭樁，且樁體無需拔出。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況，對(duì)墻段之間的橫向彎矩有明確要求時(shí)，可采用剛性接頭。在該工程的整體設(shè)計(jì)中，剛性接頭主要為一字或者十字鋼板接頭、插入式接頭。

2.5 含鋼量取值

含鋼量可充分體現(xiàn)地下墻的配筋設(shè)計(jì)水平，合理的含鋼量取值可保障基坑安全與工程質(zhì)量。若含量過小，會(huì)影響基坑穩(wěn)定性，導(dǎo)致基坑塌陷；若含量過大，又會(huì)增加資本投入，導(dǎo)致鋼筋籠中的鋼筋過密，影響混凝土澆筑與墻體施工質(zhì)量。由于地下墻單純依靠自流無需振搗，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理控制含鋼量。在該項(xiàng)目施工中，結(jié)合以往軟土地區(qū)車站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基坑深度、施工工藝、支撐體系等多種因素綜合考慮，合理計(jì)算含鋼量，對(duì)于不同墻厚來說，含鋼數(shù)值不盡相同，具體如下：當(dāng)墻體厚度為600mm時(shí)，含鋼量范圍為160～190kg/m3；當(dāng)墻體厚度為800mm時(shí)，含鋼量范圍為130～160kg/m3；當(dāng)墻體厚度為1000mm時(shí)，含鋼量范圍為125～160kg/m3。

3 軟土地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)施工質(zhì)量控制措施

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

該工程底板位于淤泥質(zhì)粉砂層中，基坑標(biāo)準(zhǔn)段為長(zhǎng)條形，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.7m，與周圍建筑、地下管線情況相結(jié)合，采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐方案可行?；觾?nèi)部共計(jì)設(shè)置三道支撐，分別為一道700mm×900mm的混凝土支撐，兩道φ600的鋼支撐。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)荷載方面，鋼筋混凝土的自重為25kN/m3，水土側(cè)壓力以滲透系數(shù)為主，當(dāng)k的數(shù)值小于0.5m/d時(shí)，水土合在一起計(jì)算，當(dāng)k的數(shù)值超過0.5m/d時(shí)，水與土可以分開計(jì)算。在地面超載方面，在標(biāo)準(zhǔn)段可按照20kN/m2計(jì)算。

（1）當(dāng)連續(xù)墻的入土深度為22m、混凝土支撐之間的距離為9m時(shí)，根據(jù)基底加固深度的變化情況可知，在軟土地基施工中，加固基底土體的深度可使基坑整體抗滑動(dòng)性得到顯著提升，有效預(yù)防傾覆情況，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移沒有影響。

（2）當(dāng)基底加固深度為5m、支撐間距為9m時(shí)，根據(jù)嵌入深度的變化情況可知，在軟土地基中，增加嵌固深度可使整體抗滑動(dòng)性得以提升，對(duì)內(nèi)力控制的影響不夠顯著。

（3）當(dāng)基底加固深度為22m、支撐間距為5m時(shí)，根據(jù)嵌入深度的變化情況可知，在軟土地基中，縮小混凝土支撐間距，可增加嵌固深度可使整體抗滑動(dòng)性得以提升，對(duì)內(nèi)力控制的影響不夠顯著。其中，抗傾覆的計(jì)算公式如下

式中：K代表的是抗傾覆安全系數(shù)；Mp代表的是支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，由支撐抗壓力決定；Ma代表的是主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

利用圓弧滑動(dòng)條分法對(duì)整體滑動(dòng)性進(jìn)行計(jì)算

式中：k代表的是穩(wěn)定安全系數(shù)；ki代表的是第i個(gè)圓弧體的抗滑力矩。

通過計(jì)算可知，當(dāng)基底嵌固深度為22m時(shí)，水平位移的最大值為22.62mm，標(biāo)準(zhǔn)值為1041.28kN·m。由此可見，在該項(xiàng)工程中，采用連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，在縱向位置設(shè)置三道支撐可提高安全性，與基坑開挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)方面的要求充分符合，可有效預(yù)防和減少變形等不良情況的發(fā)生[3]。

3.2 做好成槽工作

在成槽之前，采用水平儀與經(jīng)緯儀對(duì)成槽機(jī)的橫縱角度進(jìn)行修正，利用自動(dòng)糾偏裝置確保成槽垂度，并在成槽之后，利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)各個(gè)成槽段的寬度尺寸，確定挖槽的幅度與頻率，針對(duì)三序成槽段來說，堅(jiān)持先兩邊后中間的原則，在轉(zhuǎn)角槽段的位置，堅(jiān)持先短邊、后長(zhǎng)邊的原則。在成槽過程中，抓斗入槽與出槽應(yīng)穩(wěn)當(dāng)、慢速，根據(jù)成槽機(jī)儀表與垂直度情況糾正偏差，在抓土過程中，槽段兩側(cè)應(yīng)采用導(dǎo)墻內(nèi)填土，以免內(nèi)部泥漿受到污染。在施工過程中，應(yīng)控制成槽機(jī)的掘進(jìn)速度，每小時(shí)距離約為15m，若速度過快，則會(huì)導(dǎo)致槽壁失穩(wěn)。泥漿隨著出土補(bǔ)入，確保漿面滿足規(guī)定高度。當(dāng)成槽到指定深度后，預(yù)留300mm，開始刷壁，將墻端頭的泥皮消除。當(dāng)刷壁結(jié)束后，采用成槽機(jī)抓斗進(jìn)行清理，到達(dá)某一深度后，孔底泥漿的比重與沉渣厚度與要求相符，厚度約為100mm，泥漿比重為1.1～1.2。

3.3 合理安設(shè)鋼筋籠

在該工程施工中，鋼筋籠為整幅成型起吊后入槽，由于在起吊時(shí)受剛度和強(qiáng)度影響，需要根據(jù)幅度確定籠內(nèi)桁架數(shù)量，對(duì)于超過5m的槽段來說，可設(shè)置4榀；對(duì)于5m以下的槽段來說，可設(shè)置3榀。在鋼筋吊點(diǎn)的位置，采用φ28圓鋼進(jìn)行固定，在轉(zhuǎn)角的位置安裝φ25的拉筋固定。在鋼筋籠最上方的首根水平筋采用φ28鋼筋，在平面處可采用φ20鋼筋制作剪刀撐，豎向間隔為7m，以此提高鋼筋籠的整體剛度[4]。

3.4 科學(xué)灌注混凝土

在該工程中，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30、坍落度為18～22cm，混凝土類型為水下商品混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8。混凝土灌注對(duì)施工質(zhì)量具有較大影響，若灌注操作不合理，很容易導(dǎo)致墻面滲水、涌水等，在澆筑過程中影響工程質(zhì)量。對(duì)此，可采取以下措施控制質(zhì)量。

（1）將導(dǎo)管插入與槽底相距30～50cm之處，首次灌注混凝土?xí)r，應(yīng)精準(zhǔn)計(jì)算土方量，高于導(dǎo)管底50cm左右，在澆筑時(shí)保障埋管深度得當(dāng)，在2～6m之間及時(shí)拔管，若拔管較多容易出現(xiàn)拔空，二次處理不當(dāng)影響混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致斷樁；若埋設(shè)過長(zhǎng)則會(huì)影響澆筑速度，甚至初凝后導(dǎo)管無法再次拔出，導(dǎo)致斷樁。

（2）導(dǎo)管之間的距離應(yīng)在2.5m左右，不應(yīng)超過3m，與槽段端部之間的距離小于1.5m。為了確保導(dǎo)管中混凝土的流動(dòng)性，避免出現(xiàn)夾泥情況，混凝土面應(yīng)勻速提升，速度不超過2m/h，兩根導(dǎo)管間的高度差應(yīng)低于50cm，泛漿高度為50cm，確?；炷翉?qiáng)度與設(shè)計(jì)要求相符。

4 結(jié)論

綜上所述，通過文章研究可知，地下墻入土深度應(yīng)滿足基坑穩(wěn)定性要求，盡量深入土質(zhì)良好的土層中。在該項(xiàng)工程中，采用連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，在縱向位置設(shè)置三道支撐可提高安全性，與基坑開挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)方面的要求充分符合，可有效預(yù)防和減少變形等不良情況的發(fā)生，提高工程安全性與經(jīng)濟(jì)性。