超深基坑地下连续墙作为主体结构的设计方法研究

超深基坑地下连续墙作为主体结构的设计方法研究

发表时间：2017-07-10T15:58:24.697Z 来源：《基层建设》2017年第8期作者：高岳洲裘良驹

[导读] 在施工阶段采用地下连续墙作为支护结构，而在正常使用阶段地下连续墙又作为结构外墙使用，在正常使用阶段承受永久水平和竖向荷载，称为“两墙合一”。

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摘要：地下连续墙是用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的墙体，国内外越来越多的工程中将支护结构和主体结构相结合设计，即在施工阶段采用地下连续墙作为支护结构，而在正常使用阶段地下连续墙又作为结构外墙使用，在正常使用阶段承受永久水平和竖向荷载，称为“两墙合一”。

关键词：地下连续墙；两墙合一；主体结构；防水设计；超深基坑

一、地下连续墙作为主体结构的设计

基坑地下连续墙围护结构作为地下室外墙的一部分，对连续墙的施工提出了较高要求。首先，地下连续墙中预埋设施较多，包括内支撑、地下室梁板、各种地下建筑设备预埋管道和基坑监测设施等，既有水平向定位要求又有垂直向定位要求，各节点定位要求精确，布置必须到位。其次，因场地地下水丰富、岩土条件变化大，且基坑周边场地有限，无法采取降水等手段，要求基坑支护结构具有良好的隔水防渗效果，重点部位如连续墙槽段接头部位等，则需要采取特别措施。

1. 地下连续墙作为主体结构的布置方式

当地下连续墙作为主体结构的一部分时，其设计方法因地下连续墙的布置方式，即与主体结构物的结合方式不同而有差别。地下连续墙作为主体结构的布置方式主要有单一墙、复合墙和叠合墙3种。本工程采用叠合墙的结构形式，地下连续墙厚1000 mm，内侧设厚

300mm内衬墙，两者之间的结合面按承受剪力进行连接构造设计，永久使用阶段地下连续墙与衬墙按整体考虑。地下连续墙与地下结构外墙结合形式。

2. 地下连续墙的接头及防水设计

基坑地下连续墙围护结构既是基坑支护结构的一部分，也是地下室外墙的一部分，地下连续墙用作地下室外墙的关键在于能否成功防止连续墙产生渗漏，而且除了要求接头抗渗挡土外，还要求接头具有抗剪能力。地下连续墙槽段和槽段之间的接头连接两相邻单元槽段，易渗漏部位主要在单元槽段接头处，因此选用适当的接头形式是防止渗漏的关键。槽段接头的设置考虑了以下两个因素：锁口管接头易渗水且为柔性接头，不利于本工程支护和抗渗要求；工字形钢板接头因其具有以下优点而为本工程采纳：明显增长了接头防渗水途径，且折点多，有效提高了防渗漏性能；墙段之间增设了一定深度的钢筋混凝土凹凸榫，提高了刚度；施工操作方便，接头质量易保证。地下连续墙接缝防水设计的原则为“以堵为主，以疏为备”，因此对连续墙的施工工艺提出了较高要求。为保证基坑支护结构具有良好的隔水及防渗效果，本工程施工中特别采取如下措施：槽段施工时严格控制其水平及垂直度偏差，并且二期槽段施工时，采用根据工程特点定制的刷壁器对一期槽段接缝进行反复数次刷壁，以消除接缝间夹泥等不利于接缝防水的情况，从源头上确保槽段接缝的施工质量；槽段接头采用工字钢接头，该接头既可满足地下连续墙环向受力要求，又可实现在免除锁口管的设置与拨出的同时，增长地下水由地下连续墙接缝深入室内的绕流路径，起到了良好的防渗效果。

3. 地下连续墙与主体结构构件连接及防水设计

地下连续墙与主体结构构件(底板、楼板、墙、梁、柱等)相连的接头为结构接头，通过结构接头的连接，地下连续墙与主体基础结构连为一体，共同承担上部结构荷载。若地下连续墙与结构板在接头处共同承受较大的弯矩，且两种构件抗弯刚度相近，同时板厚足以允许配置确保刚性连接的钢筋时，地下连续墙与结构板的连接宜采用刚性接头。设计针对该接缝设置了多道防线将基础底板周边局部加厚

300mm，采用聚氨酯密封膏嵌缝封闭，形成最外侧的渗水防线；地下室底板与地下连续墙连接部位埋设环通两道遇水膨胀防水条；接缝间设置了一道预埋注浆管。待基础底板施工完毕、地下连续墙与主体结构变形稳定之后，通过预留的注浆管对地下连续墙与基础底板的接缝进行注浆，以充实接缝之间可能存在的间隙，提高接缝防水的可靠性。若结构板(地下室楼板)相对于地下连续墙厚度来说较小，接头处板所承受的弯矩较小，可以认为该节点不承受弯矩，仅起竖向支座作用，此时可采用铰接接头。常用连接方式主要有预埋钢筋连接和预埋剪力连接件等形式，地下室楼板也可以通过边环梁与地下连续墙连接，楼板钢筋进入边环梁，边环梁通过地下连续墙内预埋钢筋的弯出和地下连续墙连接，该接头同样也为铰接接头，只承受剪力。本工程地下连续墙在楼板标高处预埋钢筋、接头钢板和设置腰梁连接。预埋钢筋弯折后与钢板盒固定在地下连续墙的纵向钢筋上，基坑开挖后将钢筋调直，锚入水平腰梁内与地下室主体结构连接。地下连续墙与楼板接缝防水构造为减轻地下连续墙受力和防渗负担，在地下连续墙内侧增设一道300mm厚现浇钢筋混凝土内衬墙，为保证与地下连续墙的整体协同工作，以共同抵抗坑外水土侧压力，内衬墙与地下连续墙之间紧密接触，在两者间设置有效的整体连接措施，从而排除了在地下连续墙与内衬墙之间设置防水卷材等柔性防水隔离层的可能。内衬墙随基坑内撑分段施工，由此产生的结构施工缝成为防水的薄弱点，为确保防水的可靠性，设计中内衬墙防水主要采取在内衬墙施工时沿四周方向设置多条竖向施工缝，并对竖向施工缝采取设置刚性止水钢板及在接缝和接缝内外侧涂抹防水剂的措施。

二、地下连续墙作为主体结构的内力计算

地下连续墙不仅要承受来自外侧地层的水平土压力，还要承受上部结构的竖向荷载，所以必须验算3种应力，即：（1)在施工阶段由作用在地下连续墙上的土压力和水压力产生的应力；（2)主体结构竣工后，作用在墙体上的土压力、水压力以及作用在主体结构上的垂直、水平荷载产生的应力；（3)主体结构建成若干年后，土压力、水压力已从施工阶段恢复到稳定的状态，土压力由主动土压力变为静止土压力，水位恢复到静止水位，此时只计算荷载增量引起的内力。超深基坑地下连续墙作为主体结构的设计方法研究结合主体结构楼板位置以及各工况作用下(包括拆撑)的地下连续墙体受弯的正负弯矩分布，合理确定内支撑的标高位置。经过多次调整，确定在标高－1.50m，－6.70m，－12.20m，－17.70m处设置4道内支撑。按照设计工况，楼板施工完毕并具有强度后可拆除相应的上层内撑。本基坑支护方案的地下连续墙需嵌入下伏基岩，将地下连续墙作为竖向挡土和隔水帷幕，以满足挡土、止水的要求，对帷幕内的地下水静储量采取疏干方式，而不完全依靠降水的方式，从而大大减小了降水引起坑外地面下沉的风险。场地第四系砂层很厚，下伏基岩为埋深25m的志留系砂页岩隔水层，作为止水要求的地下连续墙深度，需穿过透水砂层进入不透水层不少于2m。同时基坑本身深度大，要有足够的嵌固深度才能确保基坑的整体稳定，由此造成地下连续墙较深，设计的连续墙在基坑底面以下9m范围内为配筋墙体，其余均为构造配筋墙体，以此来节约