兩端懸臂式預應力擋土墻設計與施工

□文/王全逵 劉坤 李明 仇健

兩端懸臂式預應力擋土墻設計與施工

□文/王全逵 劉坤 李明 仇健

傳統重力式擋土墻存在對地基承載力要求高、沉降量大等缺點，而輕型擋土墻中的懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻等也存在工作面較大、工藝比較復雜和成本較高等缺點。為了解決以上問題，介紹一種新型擋土墻的設計和施工，即兩端懸臂式預應力擋土墻。通過實際應用，保證了鋼結構施工使用的500 t履帶吊順利通行及施工作業并有效解決了其他種類擋土墻存在的缺點。

兩端懸臂式；擋土墻；預應力

1　工程概況

某工程總建筑面積約36.96萬m2，其中地上面積34.25萬m2，地下面積2.71萬m2，包含商業、室內滑雪樂園、室內滑冰場、電影樂園、停車樓等業態。其中室內滑雪樂園長487 m、寬151 m、高117.2 m，具有超大跨度、超高結構、桁架外形龐大、重量大、安裝位置高等特點。鋼結構預計總用鋼量約3.4萬t。在土建與鋼結構的交叉施工中，土建為提供鋼結構作業面，保證鋼結構施工使用的500 t履帶吊順利通行及施工作業，需要在滑雪樂園與商業間的地下通道處設置一擋土墻，經過綜合考慮和驗算，決定采用一種新型的擋土墻結構，即兩端懸臂式預應力擋土墻。

2　懸臂式預應力擋土墻設計

2.1擋土墻形式選定

目前常用的擋土墻按結構形式可分為重力式、衡重式、加筋式、半重力式、懸臂式、樁板式、錨桿式、錨定板式、垂直預應力式等，考慮到上述擋土墻存在的缺點和本工程的具體情況，決定采用兩端懸臂式預應力擋土墻。兩端懸臂式預應力擋土墻是對懸臂式擋土墻施加預應力，以抵消上部土體及履帶吊產生的壓力。通過實踐可以發現，兩端懸臂式預應力擋土墻的結構輕巧、受力明確，給施工人員提供的操作空間大，利于施工等優點。

2.2方案設計

兩端懸臂式預應力擋土墻主要由混凝土擋土墻及預應力筋組成，見圖1。

圖1　擋土墻設計

2.3擋土墻構造

擋土墻混凝土強度經計算確定為C35，鋼筋為HRB400、箍筋為HPB300。采用高強低松弛鋼絞線，抗拉強度準值為1 860 MPa，截面規格為φ5 mm×7 mm，單根鋼絞線公稱直徑為15.2 mm，預應力鋼絞線質量1.12 kg/延米，抗拉強度設計值714.28 N/mm2，彈性模量19.5 MPa。張拉端采用B&SZ15型系列夾片式錨具。

2.4擋土墻結構驗算

采用目前較為通用的有限元軟件理正巖土計算軟件6.5版建立擋土墻結構模型進行受力分析。擋土墻的形式分別按重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、懸臂式預應力擋土墻3種分別進行計算。按現場實際情況進行建模。

荷載工況分為3種，均為靜力荷載工況，分別為施工荷載、回填土體側壓力、預應力外加應力。荷載分項系數分別為1.2、1.35、1.4，鑒于此擋土墻的重要性，把結構的重要性系數提高到1.1。

通過計算結果得知：擋土墻厚度為0.4 m，混凝土的強度為C35、鋼絞線張拉設計值為714.28 N/mm2時，擋土墻滑動穩定性、傾覆穩定性驗算、地基應力及偏心距驗算、立墻截面強度驗算等均符合規范要求。

3　擋土墻施工工藝

3.1工藝流程

懸臂式預應力擋土墻施工流程見圖2。

圖2　施工流程

3.2預應力筋張拉伸長值

混凝土強度達到設計要求后，對預應力筋進行張拉；根據設計要求確定每束預應力鋼絞線控制張拉力值，計算出其計算伸長值，張拉用千斤頂和油泵根據設計要求事先標定好。

張拉伸長值根據下列規范公式進行計算

Pm——預應力鋼絞線的平均張拉力；

Pj——預應力鋼絞線的張拉端拉力；

σj——預應力鋼絞線的張拉端應力；

LP——預應力鋼絞線的實際長度；

AP——預應力鋼絞線的截面面積，取140 mm2；

ES——預應力鋼絞線的彈性模量，取195 GPa；

k——考慮孔道單位長度局部偏差的摩擦影響系數，取0.0015；

μ——預應力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數，取0.25；

θ——張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角（rad），取0；

x——張拉端至計算機截面的孔道長度，取孔道在縱軸上的投影長度。

3.3預應力張拉

1）記錄原始缸長。

2）張拉至30%設計張拉力。

3）張拉至70%設計張拉力。

4）張拉至最終100%張拉力，持荷2min，記錄筋長。

3.4操作要點

為保證擋土墻質量，混凝土澆筑時應分層澆筑，在下層混凝土凝固之前進行上層混凝土澆筑。在振搗過程中應快插慢拔振搗密實，振搗時避免錨具預留孔位置。

預應力張拉時應采取雙控，第一為張拉應力值，第二為預應力筋伸長量，在張拉過程中要嚴格按張拉設計值操作，嚴禁野蠻施工。

4　擋土墻監測

4.1監測目的

應對擋土墻受力和變形、周邊建筑物等保護對象進行系統的監測，通過監測，及時掌握施工過程中擋土墻的實際狀態及周邊環境的變化情況，做到及時預報，為周邊環境的安全與穩定提供監控數據，防患于未然。

4.2監測點的布置及監測頻率

在擋土墻周圍較安全的地方布設2個基準點。在每道擋土墻上部各設監測點2處，混凝土施工完成后，開始第一次監測；根據預應力筋設置位置，回填至第一層預應力筋位置時實施第二次監測，回填至第二層預應力筋時實施第三次監測，在回填至設計標高時實施第四次監測，預應力張拉時實施第五次監測，履帶吊通過及吊裝時2次/月監測。水平位移累計值≯10 mm。由表1可以看出，擋土墻是安全的，能滿足施工需要的。

表1　現場監測mm

遇到雨天或位移較大等異常情況時，應適當加密觀測次數。

5　綜合評價

兩端懸臂式預應力擋土墻具有抗承載力強、剛度大、機械化程度高、操作方便快捷、安全可靠等優點，有效的解決了其他種類擋土墻存在的缺點。

通過在工程中應用兩端懸臂式預應力擋土墻，保證了鋼結構安裝進度并且在經濟效益和社會效益上取得了顯著成效，同時也為同類工程提供了可借鑒的方法。

6　結語

本文結合實際工程，對兩端懸臂式擋土墻施工過程中的擋土墻設計、結構計算分析、預應力張拉施工等方面進行了闡述，對其中需要注意的關鍵點進行了過程和結論分析并提出了施工過程中重點注意事項。兩端懸臂式擋土墻施工取得較大的經濟效益，節約大量非可再生資源。

[1]CECS180—2005，建筑工程預應力施工規程[S].

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[3]GB50010—2010混凝土結構設計規范[S].

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.004

□劉坤、李明、仇健/中建二局第四建筑工程有限公司。

□TU476+.4

□C

□1008-3197（2016）05-10-03

□2016-03-31

□王全逵/男，1969年出生，高級工程師，中建二局第四建筑工程有限公司，從事工程技術管理工作。