組合多功能地下連續(xù)墻核心筒在某大型公建的應(yīng)用

王仕琪，余銀銀

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州510010）

1 項目概況

某工程為大底盤多塔超高層建筑，共有9幢塔樓，其中高268 m（54 層）、200 m（40 層+部分夾層）的兩幢為酒店及辦公樓，7 幢162 m（47 層）、180 m（53 層）為住宅。共有4 層地下室，每層面積約5 萬m2?；用娣e51 565 m2，周長891 m，開挖深度18.3～19.8 m。基坑北側(cè)路段分布有給、排水等多種地下管線；基坑西側(cè)緊鄰地鐵線路及站點(diǎn)。場地中存在深厚的淤泥和砂層，軟弱土層厚度達(dá)20～30 m?；幽蟼?cè)鄰近河涌。

其中AB 塔、C 塔、北塔及中心島西北角采用逆作法施工。此部分區(qū)域利用地下室周邊兩跨主體結(jié)構(gòu)組成永久空間擋土支護(hù)體系，替代一般基坑施工中設(shè)置的臨時內(nèi)支撐，方便施工并節(jié)省支護(hù)成本。其中A、B 棟逆作法采用組合多功能地下連續(xù)墻核心筒與逆作樓面板，連接外圍的地下連續(xù)墻，形成整體圍護(hù)支撐體系（見圖1）。［1-6］

2 組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的結(jié)構(gòu)形式

圖1 AB塔核心筒逆作法區(qū)基礎(chǔ)平面圖Fig.1 Foundation Plane of AB Tower Core Tube Reverse Construction Zone

隨著逆作法的成熟發(fā)展，其在大型的超高層公共建筑得到廣泛的應(yīng)用。但一般做法多為沿建筑物地下室外壁施工地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)部的設(shè)置支承樁、柱等豎向承力構(gòu)件，承受地下部分施工期間上部結(jié)構(gòu)及施工荷載。這種做法一般存在以下幾點(diǎn)缺陷［7］：

⑴在其他支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前需要先完成抗側(cè)力擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，施工靈活性差，工期較長。

⑵施工過程中設(shè)置的支承樁、柱等臨時豎向支撐構(gòu)件，在主體結(jié)構(gòu)完成后需進(jìn)行拆除，施工步驟繁復(fù)，成本較高。

⑶作為豎向承力構(gòu)件的支承樁和柱均單獨(dú)設(shè)置，若相關(guān)范圍內(nèi)某一區(qū)域的支承樁或柱下沉，會造成核心筒不均勻沉降，對主體結(jié)構(gòu)造成影響。

對此本工程創(chuàng)新性采用了組合多功能地下連續(xù)墻核心筒（見圖2）結(jié)構(gòu)。連續(xù)墻筒體由數(shù)個鋼筋混凝土槽段通過型鋼或者鋼筋籠相連而成。其摒棄了現(xiàn)有核心筒逆作法施工時需要分別設(shè)置樁、柱、承臺及抗側(cè)力擋土結(jié)構(gòu)的做法，將樁、承臺、剪力墻、擋土結(jié)構(gòu)四種功能合而為一。不僅可作為高層結(jié)構(gòu)的主要的豎向受力構(gòu)件承受結(jié)構(gòu)的豎向荷載，風(fēng)荷載及地震荷載，還可作為基坑支護(hù)的抗側(cè)力擋土結(jié)構(gòu)。雖然受力狀況相對復(fù)雜，但樁、承臺、剪力墻一次成型，可整體受力。核心筒配筋除了滿足核心筒角部約束邊緣構(gòu)件要求及水平、豎向分布鋼筋的配筋率外，還需滿足擋土墻受力要求。有限元計算分析表明，在核心筒角部應(yīng)力集中，故在此區(qū)域設(shè)置格構(gòu)式型鋼，并對核心筒進(jìn)行分塊設(shè)置，將筒體角部與中部墻體分開8個體塊，以保證吊裝施工，減少施工誤差。核心筒地下連續(xù)墻入微風(fēng)化巖不小于7.5 m，以保證筒體豎向基礎(chǔ)的受力要求以及水平擋土穩(wěn)定性的要求。

圖2 組合地下連續(xù)墻核心筒結(jié)構(gòu)形式Fig.2 Core Tube Structure Form of Composite Diaphragm Wall

在核心筒門洞的位置，分別設(shè)置獨(dú)立的分段地下連續(xù)墻，其墻頂標(biāo)高在地下室底板標(biāo)高以下。核心筒內(nèi)部的墻柱，待底板施工完成后，按常規(guī)順做法方法施工。地下連續(xù)墻設(shè)置型鋼混凝土壓頂梁（見圖3），預(yù)埋上部墻（-1層以上）的鋼筋，連接上部墻體并加強(qiáng)核心筒的整體性［8］。

圖3 型鋼混凝土壓頂梁Fig.3 Steel Reinforced Concrete Jacking Beam

3 組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的計算分析

對組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的計算分析采用大型非線性有限元分析軟件ABAQUS，模擬地下連續(xù)墻核心筒在施工階段豎向荷載和土壓力作用下，使用階段豎向荷載和地震作用下的受力和變形情況。混凝土采用損傷模型實(shí)體單元模擬，型鋼采用殼單元模擬，支護(hù)體系與土的共同作用通過結(jié)構(gòu)與土體的接觸摩擦實(shí)現(xiàn)［9-11］。模型的混凝土強(qiáng)度等級、模型尺寸、鋼筋等均按結(jié)構(gòu)施工圖建立。

圖4 ABAQUS有限元模型Fig.4 ABAQUS Finite Element Model

圖5 核心筒角部型鋼應(yīng)力Fig.5 Core Tube Corner Section Steel Stress

圖6 混凝土豎向塑性應(yīng)變Fig.6 Vertical Plastic Strain of Concrete

根據(jù)ABAQUS 分析結(jié)果（見圖4～圖6），在施工階段“1.2 恒+1.4 活”不利工況下，連續(xù)墻型鋼鋼材，最大MISES應(yīng)力為70.4N/mm2，混凝土最大壓應(yīng)力為12.2N/mm2，不超過Q345 型鋼的設(shè)計應(yīng)力值及混凝土強(qiáng)度。在使用階段“1.2恒+0.6活±1.3中震”不利工況下，連續(xù)墻型鋼鋼材，最大MISES 應(yīng)力為149 N/mm2，出現(xiàn)在連續(xù)墻核心筒角部，其它部位的型鋼應(yīng)力不超過100 N/mm2。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Q345型鋼的設(shè)計應(yīng)力值。

通過分析可見，組合多功能連續(xù)墻核心筒在可將樁、承臺、剪力墻、擋土結(jié)構(gòu)有效結(jié)合，適用逆做法中進(jìn)一步提高施工速度，簡化施工步驟。

4 組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的施工方法

逆作法中組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的施工方法，具體包括以下步驟：

⑴核心筒角部采用L 形鋼筋混凝土預(yù)制槽段，并安裝角部內(nèi)置型鋼；各鋼筋混凝土槽段均在部件兩側(cè)設(shè)置H 型鋼，相鄰鋼筋混凝土槽段的H 型鋼的內(nèi)、外翼緣通過鋼板焊接形成筒體結(jié)構(gòu)。

⑵開挖核心筒筒體坑槽至土體持力層；

⑶將預(yù)制筒體鋼筋籠及型鋼吊裝于坑槽中（見圖7）；

圖7 組合連續(xù)墻核心筒抗側(cè)型鋼鋼筋籠吊裝Fig.7 Hoisting of Side Steel Reinforcement Cage for Core Tube of Composite Continuous Wall

⑷澆筑振搗混凝土形成連續(xù)墻核心筒體；

⑸在核心筒上部設(shè)置壓頂鋼骨梁，鋼骨為雙槽鋼，槽鋼與筒體H 型鋼的翼緣相連，筒體縱筋彎入壓頂鋼骨梁錨固。

5 組合多功能地下連續(xù)墻核心筒的優(yōu)點(diǎn)

⑴采用組合多功能地下連續(xù)墻核心筒，能將支承樁柱、承臺、剪力墻、擋土結(jié)構(gòu)四種功能集于一體，其既是基礎(chǔ)、又是臨時支撐及主體結(jié)構(gòu)，有效簡化施工步驟、降低施工成本。

⑵多功能地下連續(xù)墻核心筒使得建筑的基礎(chǔ)、承臺、剪力墻一次成型，與一般的逆作法中以支承樁柱為豎向受力構(gòu)件的方式相比，有效提高了結(jié)構(gòu)的整體性，大大減小了核心筒的不均勻沉降，減少了不同地質(zhì)情況帶來的影響。

⑶連續(xù)墻核心筒墻底深入持力層，可滿足核心筒基礎(chǔ)受力及穩(wěn)定性的要求。墻體鋼筋除滿足豎向及水平分布鋼筋的配筋率、約束邊緣構(gòu)件要求外，亦包絡(luò)滿足地下連續(xù)墻的設(shè)計，做到施工階段及使用階段構(gòu)件疊合使用。

⑷核心筒鋼筋混凝土槽段采用鋼板連接兩側(cè)的H 型鋼，既保證核心筒傳力連續(xù)性，又有效調(diào)節(jié)施工誤差。

⑸在核心筒頂部設(shè)置壓頂梁，以加強(qiáng)核心筒的整體性，增強(qiáng)核心筒剛度并可轉(zhuǎn)換上部主體的豎向構(gòu)件。

6 結(jié)論

組合多功能地下連續(xù)墻核心筒在本工程的大型公建逆作法中成功運(yùn)用，取得了較好的成果，其組合特性使其可根據(jù)地質(zhì)條件和具體建筑方案，進(jìn)行靈活分段。在逆作法中使用可以有效加速建設(shè)速度，減低建設(shè)成本，可在其他工程項目中作為參考。