分倉墻兼作抗拔墻在地鐵明挖車站基坑中的應用

王宏斌

（北京市軌道交通建設管理有限公司、城市軌道交通全自動運行系統與安全監控北京市重點實驗室，北京 100068）

1 工程概況

北京地鐵 8 號線永定門外站車站主體采用明挖法施工，總長139.2 m，標準段寬度為 24.7 m，擴大段寬度為28.9 m，軌面埋深約 29.7 m。圍護結構采用 1.2 m 厚地下連續墻及 3 道鋼筋混凝土支撐，坑內設置 1 m 厚分倉墻將基坑分成 16 倉，水下封底混凝土厚度為 4 m，單倉最大澆筑體積為 857 m3（圖 1）。分倉墻共計 59 幅，采用鎖扣管柔性接頭，分倉墻混凝土 C35，混凝土水下澆筑提高一級。為保證上部空槽區域施工過程中相鄰槽段的穩定和后期鑿除施工的便捷，采用自凝灰漿材料進行回填。受地下水及致密卵石地層的影響，常規降水、注漿封底等工藝均不能滿足基坑施工要求，無法實現基坑開挖處于“干”作業的狀態。因此，借鑒橋梁深水墩基礎施工經驗，基坑采用有水開挖及水下混凝土封底的施工技術，對基坑范圍內地下水進行截排處理。

圖1 基坑地連墻、分倉墻平面示意圖

2 分倉墻平面結構設計

2.1 分倉墻對地連墻變形影響

2.1.1 數值模型建立

采用數值模擬軟件對原設計方案進行模擬，并選取工程的南半部分進行建模，如圖 2 所示，土體選用摩爾-庫倫本構模型，地連墻、分倉墻選用彈性本構，支撐選用梁結構。

圖2 地連墻、分倉墻分析模型

地連墻支護體系由鋼筋混凝土組成，可以看作是各向同性的彈性材料，選擇其為線彈性本構模型。

2.1.2 數值模擬結果分析

為探討分倉墻不同平面布置形式對地連墻變形的影響，分別對12 倉、16 倉、20 倉、24 倉分倉墻（圖 3）對地連墻的變形影響進行計算，確定分倉墻的最優布置形式，計算結果見圖 4。

圖 4 計算結果表明，當分倉墻倉數由 24 倉減少到 12 倉時，地連墻墻體位移由 20.82 mm 增大到25.93 mm，增大了 5.11 mm、但在 20 倉、16 倉、12 倉時，最大位移分別是 24.61 mm，25.35 mm、25.93 mm，地連墻墻體變形幾乎相同。圖 5 地連墻最大墻體位移變形曲線表明，當分倉墻倉數減少到一定程度后，地連墻墻體變形增大有限。

2.2 基坑結構抗浮檢算

分倉墻的布置不僅要滿足地連墻墻體變形要求，而且要滿足車站基坑結構抗浮要求。

當分倉墻采用 16 倉時，分倉尺寸為 17.5 m×11.95 m，此時，水浮力F浮= 31 837.2 kN，封底混凝土重F封= 19 239.5 kN，分倉墻重F分= 5 080 kN，側摩阻力F側摩阻= 15 529 kN，（F封+F分+F側摩阻）/F浮=（19 239.5 + 5 080 +15 529）/ 31 837.2 = 1.25＞1.15，滿足基坑結構抗浮要求。

當采取 12 倉時，混凝土分倉尺寸為 28 m×11.95 m，此時，（F封+F分+F側摩阻）/F浮=（30 783.2 + 6 891.4 +20 011）/ 50 939.5 =1.153≈1.15，接近坑底抗浮指標。

圖3 分倉墻布置形式

圖4 不同分倉墻布置形式對地連墻變形影響

圖5 地連墻最大墻體位移變形曲線

由以上地連墻墻體變形和坑底結構抗浮檢算可知，將分倉墻倉數由 20 倉減少到 16 倉時，既能控制地連墻墻體變形，又能保證坑底結構抗浮要求。

2.3 分倉墻平面設計

通過設置分倉墻既可以減小每倉一次性水下澆筑混凝土的體積，又可利用分倉墻的側摩阻力及封底混凝土的自重共同滿足基坑結構的抗浮要求。通過優化分倉墻的平面布置，在基坑中間縱向設置 1 道 1 m 厚分倉墻，橫向設置 7 道分倉墻，將封底混凝土分 16 倉進行澆筑，封底混凝土厚 4.0 m。分倉尺寸擴大端為14 m×15.3 m，澆筑體積為 856.8 m3，標準段為 11.95 m×16.5 m ，澆筑體積為 788.7 m3（圖 1）。

3 分倉墻施工

3.1 分倉墻材料及配合比

3.1.1 分倉墻材料

基坑開挖過程中，需要將分倉墻分別鑿除。為保證基坑開挖時分倉墻的可鑿除性，本工程分倉墻采用大摻量粉煤灰混凝土。粉煤灰作為一種常用的混凝土礦物摻合料，不僅可有效改善混凝土和易性，且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土抗壓強度，尤其是早期強度明顯下降，滿足基坑開挖時分倉墻的可鑿除性（圖 6）。

3.1.2 配合比設計

結合已有施工經驗及理論研究，當材料中粉煤灰摻量很大、膠凝材料總量比較低的情況下，混凝土的早期強度很低，而當水膠比達到 0.67 時，強度出現極小值；超過這一數值之后，則在長齡期層面上表現出強度增長的趨勢。

本工程經理論分析及現場試驗提出最具經濟性的配合比，如表 1 所示，其中粉煤灰采用秦皇島Ⅰ級粉煤灰，中砂、石子最大粒徑為 25 mm。

3.2 分倉墻施工要點

3.2.1 鋼筋籠及剪力槽施工

盾構段分倉墻高度為 13.6 m，上部空槽 32.4 m，封底混凝土上部 0.5 m，封底混凝土區域 4 m，封底混凝土下部嵌固 9.1 m。標準段分倉墻高度為 12 m，上部空槽32 m，封底混凝土上部 0.5 m，封底混凝土區域 4 m，封底混凝土下部嵌固 7.5 m。封底混凝土區域內設計 2 道0.2 m×0.5 m的通長剪力槽與封底混凝土鑲嵌以加大摩擦力。剪力槽施工階段用泡沫板進行填充，封底混凝土施工前，潛水員進行水下清理，以保證剪力槽的施工質量。通過分倉墻的嵌固深度以及封底混凝土內通長的 2道剪力槽，大大提高了車站的整體抗浮性能，降低了施工風險（圖 7）。

3.2.2 分倉墻鋼筋籠吊裝

分倉墻鋼筋籠吊裝采用吊筋分段加長、吊裝下放方式，鋼筋籠下放過程中采用φ28 mm 的圓鋼按 6 m 1 個單元接長，直至鋼筋籠下放到位。為保證導管準確定位，采用導管隨鋼筋籠同步吊裝的方式。

圖6 基坑分倉隔墻鑿除示意圖

表1 大摻量粉煤灰混凝土配合比及性能參數

圖7 基坑分倉隔墻施工示意圖

4 結論

（1）通過數值模擬及現場施工證明，該形式基坑分倉墻倉數設置 16 個為最佳方式。

（2）采用大摻量粉煤灰混凝土，充分利用了工業廢渣粉煤灰的潛在活性，減少了水泥用量，降低了混凝土施工成本，使得分隔墻施工更經濟、可靠。通過采用大摻量粉煤灰混凝土填充分倉墻頂面至導墻地面之間的空槽部分，既保證了成槽過程中相鄰槽段土體的穩定性及安全性，也滿足了后期挖除時強度低以及抓斗開挖的技術要求。

（3）本工程水下開挖分倉墻設計施工實踐表明，分倉墻可以在混凝土封底施工中避免大體積混凝土一次性澆筑帶來的風險，提高了車站的整體抗浮性能和經濟性，為今后地鐵建設施工提供了借鑒。