提高地下連續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

當地下連續墻作為永久結構的一部分或全部的時候，為了傳遞結構荷載(剪力、軸力和彎矩)，需要與結構底板(梁)、樓板、梁、立柱或墻體的有效連接而在地下連續墻體內預埋或預留埋件[1～4]。為了傳遞結構荷載，通常在地下連續墻體內預埋鋼板。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墻主鋼筋后面，并要焊接和錨固牢靠，表面用泡沫板填實。基坑開挖后，最后將泡沫板和混泥土鑿除，再將梁內主筋圈焊接于鋼板上[5,6]。

例如，當基坑底板承受較大的浮力時，可設置抗浮梁，抗浮梁的兩端通過預埋鋼板與地下連續墻固定相連，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墻[7～13]。單幅地下連續墻承擔抗浮梁傳遞過來的豎直向上的浮力時，一部分被地下連續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墻，如圖1所示。

但傳統地下連續墻的各類接頭中，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。即傳統地下連續墻在x方向具有較強的抗剪能力，而z方向(深度方向)的抗剪能力較差。當單幅地下連續墻承擔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墻，造成連接抗浮梁的單幅地下連續墻“孤軍奮戰”，其穩定性及安全性難以滿足需求。

圖1 傳統各幅地下連續墻連接示意

可見，有必要對地下連續墻的接頭型式進行創新，使連接抗浮梁的單幅地下連續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墻，實現多幅地下連續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的地下連續墻設計

為了彌補已有技術的缺陷，提供一種沿深度方向抗剪能力較強的地下連續墻，連接抗浮梁的單幅地下連續墻兩側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墻，穩定性與安全性高。

一種沿深度方向抗剪能力較強的地下連續墻，包括設有預埋抗剪件的中幅地下連續墻及與其相鄰的左幅地下連續墻、右幅地下連續墻；中幅地下連續墻的中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的梯形形狀，預埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，中幅鋼筋籠兩側采用工字鋼接頭；左幅地下連續墻的左幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側呈傾斜形狀，該傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅鋼筋籠的左側工字鋼接頭中；右幅地下連續墻的右幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側呈傾斜形狀，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墻兩側的地下連續墻，并不代表固定的方位與指向。

中幅地下連續墻的中幅鋼筋籠呈上部小、下部大的對稱形狀，兩側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量偏小、下部質量偏大，重心偏低，增加了起吊與下放中幅鋼筋籠的施工作業難度。因此，因根據實際情況確定該夾角的合理取值，一般在7°～15°之間取值。

圖2 所提地下連續墻中幅鋼筋籠示意

預埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，如圖2所示。一般地，預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墻主鋼筋后面，并要焊接和錨固牢靠，表面用泡沫板填實。基坑開挖后，再將泡沫板和混泥土鑿除，最后將梁內主筋圈焊接于鋼板上。

左幅地下連續墻的左幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側呈傾斜形狀，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工字鋼接頭中，如圖3與圖9所示。

圖3 所提地下連續墻左幅鋼筋籠示意

右幅地下連續墻的右幅鋼筋籠與中幅鋼筋籠的連接一側呈傾斜形狀，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工字鋼接頭中，如圖4與圖9所示。

圖4 所提地下連續墻右幅鋼筋籠示意

中幅地下連續墻先行施工，中幅地下連續墻施工結束后再施工左幅地下連續墻與右幅地下連續墻。

對于所提地連墻的設計，可按照《建筑基坑支護技術規程》[14]執行，只是地連墻的受力面積發生了變化，與傳統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度、Ni被動土壓力強度標準值；為各內支撐軸力設計值；Eak、Epk為主動土壓力、被動土壓力標準值；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準《混凝土結構設計規范》[15]有關規定進行計算。

圖5 地下連續墻受力分析

3 施工方法

所提一種沿深度方向抗剪能力較強的地下連續墻的施工方法，介紹如下：

(1)平整場地，測量放線，澆筑導墻，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，預埋抗剪件焊接于中幅鋼筋籠的下部，中幅鋼筋籠兩側采用工字鋼接頭。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的工字鋼接頭之外，形成中幅地下連續墻，如圖8所示。

圖8 澆筑中幅地下連續墻示意

(4)在中幅地下連續墻兩側開挖二期槽孔，如圖9所示。

圖9 開挖二期槽孔示意

(5)對中幅地下連續墻兩側的工字鋼接頭進行刷壁處理，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墻的左側工字鋼接頭中，右幅鋼筋籠的傾斜鋼筋端面正好能卡入中幅地下連續墻的右側工字鋼接頭中，如圖10所示。

圖10 吊放左幅、右幅鋼筋籠進入二期槽孔示意

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

圖11 澆筑左幅、右幅地下連續墻示意

圖12 所提地下連續墻三維示意

4 方法的優點

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

因此，傾斜的工字鋼接頭能使地下連續墻承擔的剪力有效傳遞給相鄰的左右各幅地下連續墻，提高了結構的穩定性與安全性。可見，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墻之間有效傳遞。

5 結論與討論

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