提高地下連續(xù)墻深度方向抗剪能力的方法探討

張 漢

(安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)

1 問題的提出

當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻作為永久結(jié)構(gòu)的一部分或全部的時候，為了傳遞結(jié)構(gòu)荷載(剪力、軸力和彎矩)，需要與結(jié)構(gòu)底板(梁)、樓板、梁、立柱或墻體的有效連接而在地下連續(xù)墻體內(nèi)預(yù)埋或預(yù)留埋件[1～4]。為了傳遞結(jié)構(gòu)荷載，通常在地下連續(xù)墻體內(nèi)預(yù)埋鋼板。一般把鋼板做成一個淺槽，槽深100～200 mm，鋼板可焊接在地下連續(xù)墻主鋼筋后面，并要焊接和錨固牢靠，表面用泡沫板填實(shí)。基坑開挖后，最后將泡沫板和混泥土鑿除，再將梁內(nèi)主筋圈焊接于鋼板上[5,6]。

例如，當(dāng)基坑底板承受較大的浮力時，可設(shè)置抗浮梁，抗浮梁的兩端通過預(yù)埋鋼板與地下連續(xù)墻固定相連，底板承受的向上浮力傳遞給抗浮梁，再基于抗浮梁傳遞給地下連續(xù)墻[7～13]。單幅地下連續(xù)墻承擔(dān)抗浮梁傳遞過來的豎直向上的浮力時，一部分被地下連續(xù)墻的自重及墻與土體之間的摩擦力消耗，另一部分以剪力形式傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，如圖1所示。

但傳統(tǒng)地下連續(xù)墻的各類接頭中，通常只考慮了圖1中x方向抗剪能力，而較少考慮z方向的抗剪能力。即傳統(tǒng)地下連續(xù)墻在x方向具有較強(qiáng)的抗剪能力，而z方向(深度方向)的抗剪能力較差。當(dāng)單幅地下連續(xù)墻承擔(dān)抗浮梁傳遞過來的豎直向上的浮力時，該浮力難以有效通過z方向(深度方向)剪力形式傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，造成連接抗浮梁的單幅地下連續(xù)墻“孤軍奮戰(zhàn)”，其穩(wěn)定性及安全性難以滿足需求。

圖1 傳統(tǒng)各幅地下連續(xù)墻連接示意

可見，有必要對地下連續(xù)墻的接頭型式進(jìn)行創(chuàng)新，使連接抗浮梁的單幅地下連續(xù)墻可有效通過深度方向剪力形式傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，實(shí)現(xiàn)多幅地下連續(xù)墻共同抵抗豎直向上的浮力(剪力)。

2 沿深度方向抗剪能力較強(qiáng)的地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)

為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種沿深度方向抗剪能力較強(qiáng)的地下連續(xù)墻，連接抗浮梁的單幅地下連續(xù)墻兩側(cè)具有傾斜的工字鋼接頭，可把沿深度方向的剪力有效傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，穩(wěn)定性與安全性高。

一種沿深度方向抗剪能力較強(qiáng)的地下連續(xù)墻，包括設(shè)有預(yù)埋抗剪件的中幅地下連續(xù)墻及與其相鄰的左幅地下連續(xù)墻、右幅地下連續(xù)墻；中幅地下連續(xù)墻的中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的梯形形狀，預(yù)埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，中幅鋼筋籠兩側(cè)采用工字鋼接頭；左幅地下連續(xù)墻的左幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，該傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅鋼筋籠的左側(cè)工字鋼接頭中；右幅地下連續(xù)墻的右幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，該傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅鋼筋籠的右側(cè)工字鋼接頭中。

上述提及的 “左幅”“右幅”方位詞，是泛指中幅地下連續(xù)墻兩側(cè)的地下連續(xù)墻，并不代表固定的方位與指向。

中幅地下連續(xù)墻的中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的對稱形狀，兩側(cè)工字鋼與鉛垂線的夾角在7°～15°之間取值，如圖2所示。此處指工字鋼沿長度方向的中軸線與鉛垂線的夾角，若該夾角取值較小，則剪力傳遞的功能越低；若該夾角取值較大，則造成中幅鋼筋籠上部質(zhì)量偏小、下部質(zhì)量偏大，重心偏低，增加了起吊與下放中幅鋼筋籠的施工作業(yè)難度。因此，因根據(jù)實(shí)際情況確定該夾角的合理取值，一般在7°～15°之間取值。

圖2 所提地下連續(xù)墻中幅鋼筋籠示意

預(yù)埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，如圖2所示。一般地，預(yù)埋抗剪件采用鋼板制作，一般把鋼板做成一個淺槽，槽深100～200 mm，鋼板可焊接在地下連續(xù)墻主鋼筋后面，并要焊接和錨固牢靠，表面用泡沫板填實(shí)?；娱_挖后，再將泡沫板和混泥土鑿除，最后將梁內(nèi)主筋圈焊接于鋼板上。

左幅地下連續(xù)墻的左幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，左幅鋼筋籠的傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅鋼筋籠的左側(cè)工字鋼接頭中，如圖3與圖9所示。

圖3 所提地下連續(xù)墻左幅鋼筋籠示意

右幅地下連續(xù)墻的右幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，右幅鋼筋籠的傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅鋼筋籠的右側(cè)工字鋼接頭中，如圖4與圖9所示。

圖4 所提地下連續(xù)墻右幅鋼筋籠示意

中幅地下連續(xù)墻先行施工，中幅地下連續(xù)墻施工結(jié)束后再施工左幅地下連續(xù)墻與右幅地下連續(xù)墻。

對于所提地連墻的設(shè)計(jì)，可按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[14]執(zhí)行，只是地連墻的受力面積發(fā)生了變化，與傳統(tǒng)上下等寬地連墻不同，其受力分析如圖5所示。圖中Pak、Ppk分別為主動土壓力強(qiáng)度、Ni被動土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；為各內(nèi)支撐軸力設(shè)計(jì)值；Eak、Epk為主動土壓力、被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值；h為基坑開挖深度；ld為地連墻的嵌固深度。地連墻的正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力按照國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[15]有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

圖5 地下連續(xù)墻受力分析

3 施工方法

所提一種沿深度方向抗剪能力較強(qiáng)的地下連續(xù)墻的施工方法，介紹如下：

(1)平整場地，測量放線，澆筑導(dǎo)墻，開挖一期槽孔，如圖6所示。

圖6 開挖一期槽孔示意

(2)提前制作中幅鋼筋籠，中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的梯形形狀，預(yù)埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，中幅鋼筋籠兩側(cè)采用工字鋼接頭。把中幅鋼筋籠起吊放入一期槽孔中，如圖7所示。

圖7 吊放中幅鋼筋籠進(jìn)入一期槽孔示意

(3)基于中幅鋼筋籠澆筑混凝土，混凝土不會外溢出兩側(cè)的工字鋼接頭之外，形成中幅地下連續(xù)墻，如圖8所示。

圖8 澆筑中幅地下連續(xù)墻示意

(4)在中幅地下連續(xù)墻兩側(cè)開挖二期槽孔，如圖9所示。

圖9 開挖二期槽孔示意

(5)對中幅地下連續(xù)墻兩側(cè)的工字鋼接頭進(jìn)行刷壁處理，再起吊左幅鋼筋籠、右幅鋼筋籠放入二期槽孔中，左幅鋼筋籠的傾斜鋼筋端面正好能卡入中中幅地下連續(xù)墻的左側(cè)工字鋼接頭中，右幅鋼筋籠的傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅地下連續(xù)墻的右側(cè)工字鋼接頭中，如圖10所示。

圖10 吊放左幅、右幅鋼筋籠進(jìn)入二期槽孔示意

(6)澆筑混凝土，形成與中幅地下連續(xù)墻緊密相連的左幅地下連續(xù)墻與右幅地下連續(xù)墻，如圖11、圖12所示。

圖11 澆筑左幅、右幅地下連續(xù)墻示意

圖12 所提地下連續(xù)墻三維示意

4 方法的優(yōu)點(diǎn)

所提技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)：連接抗浮梁的中幅地下連續(xù)墻呈上部小、下部大的對稱形狀，當(dāng)中幅地下連續(xù)墻承受豎直向上的剪力、具有向上移動的趨勢時，中幅地下連續(xù)墻具有推擠左幅地下連續(xù)墻、右幅地下連續(xù)墻的趨勢，而左幅地下連續(xù)墻、右幅地下連續(xù)墻的部分重力基于傾斜面頂住、傳遞給中幅地下連續(xù)墻，即中幅地下連續(xù)墻承受的部分剪力被左幅地下連續(xù)墻、右幅地下連續(xù)墻的自重所消耗，受力合理可靠。

因此，傾斜的工字鋼接頭能使地下連續(xù)墻承擔(dān)的剪力有效傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性?？梢?，傾斜的工字鋼接頭有助于剪力沿深度方向在相鄰地下連續(xù)墻之間有效傳遞。

5 結(jié)論與討論

本文提出了一種沿深度方向抗剪能力較強(qiáng)的地下連續(xù)墻，包括設(shè)有預(yù)埋抗剪件的中幅地下連續(xù)墻及與其相鄰的左幅地下連續(xù)墻、右幅地下連續(xù)墻；中幅地下連續(xù)墻的中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的梯形形狀，預(yù)埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，中幅鋼筋籠兩側(cè)采用工字鋼接頭；左幅地下連續(xù)墻的左幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，左幅鋼筋籠的傾斜面能正好卡入中幅鋼筋籠的左側(cè)工字鋼接頭中；右幅地下連續(xù)墻的右幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側(cè)呈傾斜形狀，右幅鋼筋籠的傾斜面能正好卡入中幅鋼筋籠的右側(cè)工字鋼接頭中。傾斜的工字鋼接頭能使地下連續(xù)墻承擔(dān)的剪力有效傳遞給相鄰的左右各幅地下連續(xù)墻，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。