連續(xù)墻在軌道交通工程中應(yīng)用

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摘要：結(jié)合上海軌道交通某車站附屬工程，對分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻設(shè)計方案、施工方案、應(yīng)用效果等進行了介紹。通過引入橫向接頭，將單幅連續(xù)墻分為上、下兩節(jié)進行預(yù)制，現(xiàn)場再進行裝配施工，使得預(yù)制地下連續(xù)墻可以應(yīng)用于更深開挖深度的基坑工程。對橫向型鋼接頭設(shè)計方案、預(yù)制及安裝過程質(zhì)量控制要點等進行了詳細介紹，工程監(jiān)測結(jié)果表明，相關(guān)方案與措施符合施工要求，所總結(jié)的經(jīng)驗可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)制地下連續(xù)墻；分節(jié)；深基坑；橫向接頭

在軌道交通工程中存在大量地下工程，且大多數(shù)涉及深基坑施工。從止水效果和變形控制等多方面考慮，這些基坑的圍護結(jié)構(gòu)較多情況下采用了地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)支撐的方案[1]。然而，在成槽與水下混凝土澆筑環(huán)節(jié)質(zhì)量問題頻發(fā)，增加了后期處理難度，并給結(jié)構(gòu)安全帶來一定的風險[2]。對于軌道交通工程來說，設(shè)計使用壽命一般都達到了100a，如果地下連續(xù)墻還兼作永久結(jié)構(gòu)的話，那對地下連續(xù)墻的質(zhì)量要求更高。為了解決上述問題，一個較為可靠的方案就是采用預(yù)制地下連續(xù)墻，近年來國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者都對此開展了相關(guān)研究。日本在20世紀90年代，通過在水泥土攪拌墻中插入型鋼骨架的方式，開發(fā)了鋼制地下連續(xù)墻工法，大幅節(jié)約人力和空間，得到了較多應(yīng)用。2008年，吉斯塔株式會社通過使用型鋼與預(yù)制混凝土組合的結(jié)構(gòu)，結(jié)合TRD工法來成槽，開發(fā)了淺層地下構(gòu)造物的快速建造技術(shù)，極大地提高了地下工程施工速度[3-4]。20世紀末，上海地區(qū)在明天廣場[5]、瑞金醫(yī)院單建式地下車庫[6]等工程中就嘗試對預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)進行了應(yīng)用，雖取得了一定效果，但并未得到推廣。2017年，上海城地集團通過將預(yù)制鋼筋混凝土H型樁插入水泥土攪拌墻中形成地下連續(xù)墻，該技術(shù)在國家機器人中心等多個基坑工程中得到了應(yīng)用[7]。此外，廣州地鐵設(shè)計院、中國建筑股份有限公司等也提出了不同的預(yù)制地下連續(xù)墻方案，但都沒進行大規(guī)模應(yīng)用[8-12]。2018年，由上海申通地鐵集團牽頭，聯(lián)合設(shè)計、預(yù)制、施工等單位，在上海軌道交通某車站附屬圍護結(jié)構(gòu)施工中，采用了分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)。本文通過對分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻設(shè)計方案、施工方案、應(yīng)用效果進行介紹，以供類似工程參考。

1分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻設(shè)計方案

本基坑開挖深度10m，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，墻厚59cm。共設(shè)置3道支撐，除上面1道采用鋼筋混凝土支撐外，其余2道為鋼支撐?？拥滓陨贤临|(zhì)主要為粉質(zhì)黏土，坑底則為淤泥質(zhì)黏土層，墻趾位于黏土層。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，地下連續(xù)墻在基坑開挖以及結(jié)構(gòu)回筑期間將承受較大的彎矩和剪力，其最大設(shè)計值分別達到了320kN·m/m和361kN/m。預(yù)制地下連續(xù)墻采用上、下兩節(jié)連接而成，分節(jié)接頭擬設(shè)置于坑底以下3.0～4.5m的位置，墻幅間間隔交錯布置。

1.1構(gòu)造設(shè)計方案預(yù)制構(gòu)件上節(jié)設(shè)計采用實心構(gòu)件，下節(jié)設(shè)計采用空心構(gòu)件（空心率20%）。為了減少構(gòu)件質(zhì)量，對坑底下部分預(yù)制連續(xù)墻設(shè)置中部孔芯。為避免空心截面變化影響橫向連接接頭與混凝土連接性能，實心與空心分割線設(shè)計為連續(xù)墻橫向接頭下3m處。混凝土強度等級為C40，抗?jié)B等級為P10。考慮預(yù)制、運輸、吊裝等限制，構(gòu)件寬度設(shè)計為3950mm，如圖1所示。

1.2豎向接頭設(shè)計方案

預(yù)制地下連續(xù)墻墻幅間的豎向接頭主要作用在于協(xié)調(diào)墻幅間受力及保證墻幅間防水效果。現(xiàn)有豎向接頭主要分為兩大類，一種是企口插卡類，另一種為現(xiàn)澆接頭?，F(xiàn)澆接頭對施工工藝要求相對較低，并有較好防水效果，在工程中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合對已有工程實例豎向接頭的分析，在已有現(xiàn)澆豎向接頭基礎(chǔ)上進行改進，作為本次預(yù)制地下連續(xù)墻豎向接頭。主要改進思路如下：1）結(jié)合地鐵附屬結(jié)構(gòu)特點，取消外突結(jié)構(gòu)扶壁柱，結(jié)構(gòu)扶壁柱內(nèi)嵌。2）內(nèi)嵌扶壁柱兩側(cè)預(yù)埋角鋼，并利用鋼板與預(yù)埋角鋼焊接進行防水封閉。豎向接頭設(shè)計如圖2所示。

1.3橫向接頭設(shè)計方案

受起吊能力限制，預(yù)制地下連續(xù)墻構(gòu)件長度超過一定值后需對墻幅進行分段預(yù)制，上下預(yù)制墻之間接頭即為預(yù)制地下連續(xù)墻的橫向接頭。為保證結(jié)構(gòu)安全，橫向接頭設(shè)置于基坑下方，橫向接頭必須滿足基坑開挖過程中所在位置的承載力要求，同時橫向接頭的存在不宜過多削弱地下連續(xù)墻的剛度，避免對基坑穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。預(yù)制裝配式地下連續(xù)墻橫向分節(jié)連接接頭設(shè)計必須滿足以下要求：1）達到基坑圍護結(jié)構(gòu)安全等級要求。2）滿足基坑圍護結(jié)構(gòu)防水設(shè)計要求。3）保證構(gòu)件“保證強度相等”“減少剛度損失”設(shè)計要求。4）符合結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計要求。為此在對5種不同接頭形式進行理論計算和試驗驗證的基礎(chǔ)上，采用了型鋼拼接式接頭[13]。為滿足荷載傳遞的要求，在上、下幅墻身構(gòu)件中均預(yù)埋了H型鋼，還在型鋼上設(shè)置了栓釘來進一步加強型鋼與墻身的連接強度?，F(xiàn)場拼裝過程中，先將下節(jié)墻幅起吊后臨時置于導(dǎo)墻上，隨后吊裝上節(jié)墻幅構(gòu)件與下節(jié)墻幅對接，使用拼接鋼板與高強螺栓快速連接上、下節(jié)墻幅。為滿足耐久性要求，還采用臨時鋼板將橫向接頭范圍外側(cè)進行封閉，并以自密實混凝土進行填充。連接好上、下節(jié)墻幅后，整幅墻身在泥漿護壁條件下下沉至設(shè)計標高，墻身與槽壁空隙采用注漿填充。橫向型鋼接頭具體做法如圖3所示。

1.4防水設(shè)計方案

1.4.1豎向接頭防水設(shè)計方案。預(yù)制地下連續(xù)墻存在豎向接頭，且預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件之間存在施工冷縫，需采取針對性的防水措施，保證結(jié)構(gòu)防水效果。對豎向接頭采取的防水措施如下：1）相鄰墻幅間采用現(xiàn)澆鉆孔灌注樁填充。2）墻縫間靠結(jié)構(gòu)側(cè)設(shè)置凹槽，凹槽中預(yù)埋角鋼，并在角鋼間焊接鋼板封閉豎向墻縫。3）結(jié)構(gòu)凹槽設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，并后澆混凝土填充。1.4.2橫向接頭防水設(shè)計方案本次選用的型鋼拼接式接頭采用金屬連接構(gòu)件。為確保其防腐性能，在上、下墻幅吊裝拼接完成后，利用厚10mm鋼板對接頭范圍進行封閉，向密閉空腔內(nèi)注入自密實混凝土進行填充。1.4.3預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接處防水設(shè)計方案。對預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆頂?shù)装褰涌诓扇〉姆浪胧┤缦拢?）預(yù)制地下連續(xù)墻設(shè)置凹槽，在槽內(nèi)預(yù)埋鋼板，頂?shù)装瀣F(xiàn)澆前，在鋼板上焊接鋼板止水帶。2）接口凹槽內(nèi)設(shè)置遇水膨脹止水膠，并埋設(shè)注漿管。對預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆地面結(jié)構(gòu)接口采取的防水措施為：設(shè)置剪力槽，同時槽內(nèi)布置止水鋼板。

2分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻施工方案與質(zhì)量控制要點

2.1工廠預(yù)制

本次預(yù)制地下連續(xù)墻采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其預(yù)制工藝與其他非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件生產(chǎn)工藝相同。因本次實施數(shù)量較少，綜合考慮模板系統(tǒng)采用了定型木模，空心采用氣囊鑄模。為減少吊裝過程對鋼筋籠、預(yù)制連續(xù)墻帶來的影響，采用原位鋼筋籠綁扎、原位模板安裝、原位混凝土澆筑、原位蒸汽養(yǎng)護的方式進行生產(chǎn)。因后續(xù)現(xiàn)場安裝的需要，對上、下節(jié)接頭預(yù)埋精度有較高要求，該項為預(yù)制階段控制的重難點。為解決這一問題，在綁扎鋼筋籠與組立模板時，將同幅連續(xù)墻上、下節(jié)構(gòu)件接頭鎖定，并同時澆筑上、下節(jié)預(yù)制連續(xù)墻，如圖4所示。達到強度后解除接頭鎖定螺栓，以便于分別吊裝。

2.2吊裝與運輸

本次預(yù)制地下連續(xù)墻寬厚比、長細比均較大，屬于典型薄壁受彎構(gòu)件。平面外剛度較弱，構(gòu)件吊裝裝卸及運輸振動均易產(chǎn)生有害裂縫，進而影響構(gòu)件安全性和耐久性。為解決這一問題，一是通過計算選擇合理起吊、支撐位置，二是制作了專用吊裝桁架，保證各吊點均勻受力。運輸采用了多軸液壓平板運輸車，有效降低軸重，滿足市政道路運輸條件，并具備自動平衡功能，避免運輸過程中受力不平衡造成構(gòu)件損傷。

2.3現(xiàn)場安裝

因采用了橫向接頭，分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻現(xiàn)場施工相較于以往預(yù)制地下連續(xù)墻施工一個主要不同點在于增加了上、下節(jié)連續(xù)墻連接等工序，其具體工藝流程為：施工準備→槽壁加固→場地布置→測量放樣→導(dǎo)墻施工→泥漿制備及泥漿回收與再生處理→成槽→清孔置換→砂石回填→預(yù)制構(gòu)件制作與運輸→上節(jié)吊裝→下節(jié)吊裝→快速拼裝→吊裝入槽→墻底注漿→墻縫處理→接頭澆筑→墻側(cè)注漿→墻頂焊接→擱置拆除。現(xiàn)場安裝階段的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在裝配精確度控制、墻底承載力恢復(fù)、墻側(cè)土體變形控制等方面。2.3.1裝配精確度控制。預(yù)制地下連續(xù)墻構(gòu)件與現(xiàn)澆地下連續(xù)墻構(gòu)件最大區(qū)別在于現(xiàn)澆地下連續(xù)墻混凝土充填槽段，混凝土填充作用可確保相鄰墻縫有效連接，而預(yù)制地下連續(xù)墻墻縫連接質(zhì)量直接取決于構(gòu)件裝配精度，若裝配精度誤差較大極易造成墻體平面、墻縫錯位，影響墻體整體外觀質(zhì)量及整體止水性能。另外，現(xiàn)澆地下連續(xù)墻墻體質(zhì)量由墻側(cè)土體摩阻力及墻底土體承載力共同承擔，墻體岀現(xiàn)沉降且沉降值較??；而預(yù)制地下連續(xù)墻安裝入槽后，墻體與槽壁之間的間隙未填充前墻身自重由導(dǎo)墻、導(dǎo)墻持力層及墻底持力層承擔，預(yù)制構(gòu)件間會出現(xiàn)較大差異沉降。因此預(yù)制地下連續(xù)墻構(gòu)件裝配質(zhì)量直接影響預(yù)制裝配式圍護結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和止水性能，為確保其裝配質(zhì)量主要采取以下幾方面措施：1）設(shè)計專用導(dǎo)向架，利用導(dǎo)向架限制預(yù)制墻構(gòu)件平面安裝精度。另外，墻體安裝到位后可以利用預(yù)埋于墻身的測斜管檢測墻身垂直度，并復(fù)核墻頂對角線標高，以判斷墻身定位及垂直度狀況。2）成槽槽壁厚度適當大于預(yù)制墻墻身厚度，防止槽壁垂直度影響預(yù)制墻構(gòu)件安裝垂直度，預(yù)制墻墻身與槽壁間間隙采用厚漿填充以恢復(fù)墻身與槽壁間的摩擦力。3）單幅槽段成槽深度適當較槽底設(shè)計標高超挖10～20cm，然后采用砂石混合料槽底回填至槽底標高上400cm處，待預(yù)制墻構(gòu)件安裝到位后由墻身自重壓實至設(shè)計標高。4）導(dǎo)墻均按預(yù)制地下連續(xù)墻荷載進行設(shè)計配筋，預(yù)制墻構(gòu)件安裝到位后采用橫擔臨時擱置在導(dǎo)墻上，待墻底砂石混凝土注漿固化后及墻側(cè)厚漿凝固，相鄰墻體間采用連接板連接固定后抽出橫擔，由墻底承載力和墻側(cè)摩阻力共同承擔預(yù)制墻構(gòu)件自重荷載。2.3.2墻底承載力恢復(fù)。本次預(yù)制地下連續(xù)墻持力層為軟塑狀態(tài)⑤1-1灰色黏土層，其壓縮性能高，為提高槽底承載力，根據(jù)上海市地下連續(xù)墻施工規(guī)范及相關(guān)工程經(jīng)驗，一般是在槽底回填50cm碎石料。由于碎石料需依靠自重自由沉至槽底，其平整度較難控制。為解決此問題，保證回填料有一定壓縮性能，譚斌：分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻在軌道交通工程中的應(yīng)用將碎石料改為配合比為1∶1的砂石混合料。砂石混合料浸泡泥漿后其自重加大，可有效避免砂石混合料在泥漿中漂浮。另外采用砂石混合料能夠確保預(yù)制地下連續(xù)墻墻底注漿管有效插入，不損壞注漿閥，保證了后續(xù)注漿效果。2.3.3墻側(cè)土體變形控制。由于預(yù)制裝配式地下連續(xù)墻墻體與槽壁間因工藝特征存有間隙，若間隙不采取有效措施予以填充易引起結(jié)構(gòu)摩擦力損失及坑外土體沉降，影響周邊環(huán)境安全。為有效填充工藝間隙，及時恢復(fù)預(yù)制墻體與土體間的摩擦力，防止土體松動變形導(dǎo)致地層損失，確保結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境安全，借鑒盾構(gòu)法隧道拼裝管片同步注漿工藝，墻身與土體間間隙采用厚漿填充。為避免槽壁失穩(wěn)及影響周邊環(huán)境，同時確保注漿填充質(zhì)量，預(yù)制地下連續(xù)墻采用“分段成槽、分段安裝、分段填充”的施工流程。即每完成2～3幅成槽后及時安裝預(yù)制墻構(gòu)件，2～3幅預(yù)制墻安裝完成后作為一填充單元填充厚漿，以及時恢復(fù)預(yù)制墻體與土體間摩阻力，抑制周邊環(huán)境變形。

3應(yīng)用效果

為驗證分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻應(yīng)用效果，實施過程中及工后對預(yù)制墻體及周邊環(huán)境進行了監(jiān)測，主要監(jiān)測內(nèi)容包括墻體應(yīng)力、墻體沉降、墻體水平位移、坑外土體沉降、坑外土體水平位移、坑外地表沉降、坑外管線沉降、坑外建筑沉降等。監(jiān)測結(jié)果顯示各項指標均符合二級基坑安全等級及二級環(huán)境保護等級相關(guān)要求，周邊環(huán)境及建（構(gòu)）筑物處于安全狀態(tài)[14]。通過本次應(yīng)用統(tǒng)計，每幅預(yù)制地下連續(xù)墻安裝平均用時約9.5h，在操作熟練與形成流水作業(yè)后還可進一步提高工效。

4結(jié)語

本文以上海軌道交通某車站附屬圍護結(jié)構(gòu)為例，介紹了分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻的設(shè)計、施工方案，以及其應(yīng)用效果，主要結(jié)論有：1）工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，本項目實施的分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻具有較強的剛度，在地鐵附屬工程中的應(yīng)用獲得了成功。2）經(jīng)現(xiàn)場實測驗證，本次選用的型鋼接頭其承載力與剛度滿足要求。3）對墻幅間豎向接頭、預(yù)制墻與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的接頭進行特殊防水處理，能夠保證分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)滿足防水要求。本次應(yīng)用的基坑開挖深度約10m，各項指標按二級基坑安全等級進行控制，下一步將通過對分節(jié)預(yù)制地下連續(xù)墻的抗震性能、接頭防水技術(shù)、模塊化設(shè)計等方面進一步開展研究，以將預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)向地鐵車站主體基坑進行推廣。

作者:譚斌 單位:中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司