分期圍護樁對不設縫的地鐵接口受力影響分析

1 引言

地鐵選址普遍位于城市建成區， 當采用明挖法施工的結構受限于交通疏解、管線遷改、基坑形狀及埋深等因素時，需采取分期施工的方式完成整個明挖結構的施工， 各分期實施部分的結構相接處為易產生質量問題的薄弱部位。

各分期實施部分結構相接駁的常用方法有兩種：（1）通過設置變形縫將結構分開， 使各部分結構單獨受力互不影響；（2）采用僅設置施工縫，使各部分結構連接成整體的方式。 當受限于整體結構平面形狀、埋深、地層條件、建筑功能時，通常會采用第二種方式。 對于以結構自防水為根本的地下結構，各部分結構的接口部位為易開裂部位， 當設計建模計算未充分考慮各種對接口受力有影響的因素時， 將會導致施工結果與實際工況不符，使接口薄弱部位的結構尺寸、配筋不足引起結構開裂。 混凝土開裂后，不僅埋下結構滲漏水的隱患，還會使外部環境的侵蝕介質侵入混凝土內部，引起鋼筋銹蝕，使得結構耐久性、承載力下降。

2 工程概況

某地鐵明挖區間沿城市主干道路敷設，設雙列位停車線，區間長度475 m，寬度21.7 m，底板埋深16.53 m。 為充分利用城市地下空間，區間上方及兩側設置為地下商業空間，地下商業空間與區間共同形成地下兩層結構，其中，地下兩層部分為區間主體結構，區間兩側地下一層部分為外掛結構，外掛結構寬度為9.25 m，結構頂板覆土厚度均為3 m。

本工程采用明挖法施工， 基坑方案為圍護樁+ 內支撐+坑外降水。 結構沿城市主干道路中敷設， 為滿足交通疏解需求，結構分2 期實施：一期施工區間主體部分，先將交通導改至一期施工的基坑兩側，完成區間主體并恢復通車；二期施工外掛結構部分，外掛結構施工完成后整體恢復路面交通。

結構采用箱形框架體系，沿區間縱向設置縱梁及框架柱，不設置橫梁。 為滿足結構抗浮要求，一期及二期圍護樁均參與結構抗浮，其中，一期圍護樁按錨入底板設計，二期圍護樁利用樁頂冠梁兼做壓頂梁， 施工完成后的結構及各主要構件尺寸如圖1 所示。

圖1 施工完成后結構橫剖面圖（單位：mm）

3 工程、水文地質概況

根據勘察報告， 結構所處地層自上而下分別為①1素填土、⑥1-1粉質黏土、⑧H-3中風化灰巖，區間主體及外掛結構均位于⑥1-1上， 一期圍護樁嵌入⑧H-3中， 二期圍護樁嵌入⑥1-1中，地下水最低水位位于區間主體底板下2.7 m，抗浮水位位于地面以下0.5 m。 巖土參數建議值見表1。

表1 地層巖土參數建議值表

4 分期圍護樁對接口受力的影響分析

本工程區間主體與外掛結構均位于⑥1-1粉質黏土層（可塑狀）上，但基坑圍護結構設計需將一期圍護樁嵌入⑧H-3中風化灰巖層中，且需錨入結構底板參與抗浮，因結構底板所處地層與分期圍護樁所處地層差異很大， 以下分別按考慮分期圍護樁作用（見圖2、圖3），以及不考慮分期圍護樁作用進行建模計算（見圖4、圖5），并分析分期圍護樁對接口受力的影響。

圖2 不考慮分期樁時，高、低水位工況彎矩包絡圖（單位：kN·m）

圖3 不考慮分期樁時，高、低水位工況剪力包絡圖（單位：kN）

圖4 考慮分期樁時，高、低水位工況彎矩包絡圖（單位：kN·m）

圖5 考慮分期樁時，高、低水位工況剪力包絡圖（單位：kN）

1）荷載信息（結構自重軟件自行考慮，以下僅列出除結構自重外的其他荷載）：（1）頂板荷載：覆土自重60 kPa，地面超載20 kPa；（2）中板荷載：中板為人防中板，本次分析暫不考慮人防荷載作用，僅考慮人群荷載4 kPa；（3）底板荷載：低水位時底板水壓為0，高水位時底板水壓為10H（H 為抗浮水位至底板埋深，kPa）。

2）荷載組合：對于地下工程，應對使用階段進行裂縫寬度驗算，因地鐵工程配筋一般由裂縫控制，故本次僅進行準永久組合計算，永久荷載組合系數為1.0，可變荷載組合系數為0.6。

3）內力計算結果見表2。

表2 接口處內力值匯總表

由計算結果可知，兩種模型的內力計算結果偏差很大，當考慮分期圍護樁作用時， 接口處頂、 底板均出現應力集中現象，從而引起相鄰構件內力的差異。 其中，接口頂板支座處，模型②較模型①彎矩大35.7%，剪力大6.8%；接口底板支座處：模型②較模型①彎矩小9.2%、剪力大80%。 本工程結構底板整體位于⑥1-1上，根據其壓縮系數指標判斷為中壓縮性土，而分期圍護樁樁底嵌入高強度⑧H-3內，在整個施工過程中，地基土的回彈再壓縮， 使樁兩側結構可能出現不同程度的微小沉降，接口處的結構構件存在應力集中現象。 因此，本工程應在建模計算中考慮圍護樁的作用。

5 接口施工縫處理措施

當分期實施結構的施工縫設置于剪力較大的部位時，除在設計建模計算中充分考慮各種不利因素外， 還應重視對施工縫的處理。 新老混凝土黏結立方體試件的剪切破壞試驗表明，剪切破壞部位均發生在黏結面，當對黏結面增加植筋時，結構在開裂狀態時仍保持有較高的抗剪性能， 提高了黏結面的安全性[1]，當接口部位剪力很大時，建議在新老混凝土連接面處增設短鋼筋進行連接。 界面的表面處理方法、界面劑的使用、 干濕狀態等對新老混凝土界面黏結強度具有重要影響[2]，設計文件中應做相關要求。 先期完成的結構，因受其外側圍護結構成孔、成墻精度以及澆筑質量等因素的影響，接口部位若直接利用外側圍護結構作為側模，極易出現蛇形、不平整結合面，會增加后期結合面處理難度，埋下質量隱患，故接口部位應單獨設置模板，以保證結合面平整。 接口部位為易開裂漏水部位，接口防水除在結構外側增設外包防水加強層外，建議在結構內部沿施工縫設置接水盒， 以確保在少量滲漏的情況下建筑內部能夠正常使用。

6 結語