軟土地區地鐵車站地下連續墻圍護結構設計研究

劉玟君

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢430072）

在當前工程建筑中，由于地下連續墻在剛度、抗滲性、噪聲與振動等方面具備較大優勢，在軟土地區車站結構工程中通常采用該結構來完成，可有效保障基坑安全與施工質量，并且節約較多的工程資本投入。在正式施工之前，應做好圍護墻結構設計工作，采取科學有效的質量控制措施，使工程質量安全得到保障。

1 工程概況

某地軌道交通12號線線路主體采用地下連續墻結構，長度范圍為5～10.2m，厚度為800mm左右，共計82幅，其中有效深度為34m的墻有24幅、有效深度為31m的墻有58幅；車站標準段開挖最深為16.5m，端頭井的開挖深度為18.2m。工程所在地為軟土地區，土壤含水量較高、壓縮性較強、強度較低，還具有流變性、低滲透性等特點，其中的灰色砂質粉土在動水壓力下，很容易出現流沙現象，導致槽壁塌方。因此，對地下連續墻圍護結構的設計與質量控制提出較高的要求[1]。

2 軟土地區連續墻圍護結構設計

連續墻圍護結構設計不僅對基坑穩定與支護安全提出嚴格要求，而且還應滿足抗滲流、抗隆起、抗傾覆等驗算標準。在設計工作中，主要包括墻入土比、配筋設計、接頭設計、墻厚度與分幅等，應確保每項工序科學合理，才可使整體結構設計得當，確保工程順利高效完成。

2.1 墻入土深度

在基坑圍護結構設計中采用地下連續墻的形式，不但可承受側向水土壓力，還具有隔水等功效。在墻入土深度設計時，應對受力和隔水兩項要求進行綜合分析，當其作為擋土結構時，確保墻體插入基地以下的深度充足，并深入良好的土層中，保障嵌固深度符合基坑穩定性要求；當其作為隔水帷幕時，墻入土比由兩種因素決定，一是地質條件，二是地下水控制要求。如若需要隔斷地下水，應適當延長地下墻，并根據隔水要求確定入土深度，應超過受力與穩定性的數值。為了節約成本投入，滿足隔水要求的部分可采用素混凝土進行澆筑。

2.2 墻厚度與分幅

在厚度設計方面，應對基坑深度、工程現象地質情況、四周環境以及工程造價等多種因素綜合考慮，合理恰當地選擇墻體厚度，通常厚度的計算方式為基坑深度除以20。在分幅設計方面，應綜合分析地質條件、工藝技術、周圍環境等因素，若分幅過小，則會增加墻的接縫，增加漏水概率，并增加槽段數量，支撐結構的密度增加，為施工帶來許多不便。對此，在確保槽壁穩定和施工能力的前提下，應適當增加槽段。根據當地施工條件，通常直線壁板式槽段的寬度應小于6m，對于T型槽段，肢寬度之和應小于6m。當地下墻厚度、地面荷載相對較大或周圍存在厚砂性地層時，可適當縮短槽段寬度。值得注意的是，車站與附屬結構相交之處，地下墻的形狀應為T型，以此減少接縫漏水，特別是砂性土較厚的區域，在設計時更應加強注意[2]。

2.3 配筋設計

該項設計以內力包絡圖為參考，在設計過程中主筋與連接筋應根據幅寬數值全額配足，接頭與導管區域不可安裝鋼筋接駁器，應在兩側將其補足。對于雙層疊合墻結構來說，頂板與側墻交角位置的固結負彎矩較大，水平鋼板應根據計算數值放足，并深入地下墻，為縱向側墻的角點彎矩配筋，深入長度由包絡圖來決定。若角點的配筋數量過多，對墻砼質量產生不良影響時，可減少角點深入外排鋼筋的數量，根據需求增加跨中鋼筋數量。通常情況下，外排鋼筋納入板鋼筋之中，每間隔1～2根并筋，鋼筋間的距離應超過150mm。

2.4 接頭設計

根據受力特點的不同，可將接頭類型分為柔性與剛性兩種，前者是無法承受彎矩、剪力、水平拉力的接頭，后者是能夠承受上述施工應力的接頭。在該工程中采用的是柔性接頭，其構造較為簡易、施工便利、造價低廉，若地下墻深度較大，拔鎖口管難以較大時，可采用混凝土接頭樁，且樁體無需拔出。根據結構受力情況，對墻段之間的橫向彎矩有明確要求時，可采用剛性接頭。在該工程的整體設計中，剛性接頭主要為一字或者十字鋼板接頭、插入式接頭。

2.5 含鋼量取值

含鋼量可充分體現地下墻的配筋設計水平，合理的含鋼量取值可保障基坑安全與工程質量。若含量過小，會影響基坑穩定性，導致基坑塌陷；若含量過大，又會增加資本投入，導致鋼筋籠中的鋼筋過密，影響混凝土澆筑與墻體施工質量。由于地下墻單純依靠自流無需振搗，在設計時應合理控制含鋼量。在該項目施工中，結合以往軟土地區車站設計經驗，對基坑深度、施工工藝、支撐體系等多種因素綜合考慮，合理計算含鋼量，對于不同墻厚來說，含鋼數值不盡相同，具體如下：當墻體厚度為600mm時，含鋼量范圍為160～190kg/m3；當墻體厚度為800mm時，含鋼量范圍為130～160kg/m3；當墻體厚度為1000mm時，含鋼量范圍為125～160kg/m3。

3 軟土地下連續墻設計施工質量控制措施

3.1 圍護結構優化

該工程底板位于淤泥質粉砂層中，基坑標準段為長條形，車站標準段寬度為19.7m，與周圍建筑、地下管線情況相結合，采用鋼筋混凝土內支撐方案可行。基坑內部共計設置三道支撐，分別為一道700mm×900mm的混凝土支撐，兩道φ600的鋼支撐。在圍護結構荷載方面，鋼筋混凝土的自重為25kN/m3，水土側壓力以滲透系數為主，當k的數值小于0.5m/d時，水土合在一起計算，當k的數值超過0.5m/d時，水與土可以分開計算。在地面超載方面，在標準段可按照20kN/m2計算。

（1）當連續墻的入土深度為22m、混凝土支撐之間的距離為9m時，根據基底加固深度的變化情況可知，在軟土地基施工中，加固基底土體的深度可使基坑整體抗滑動性得到顯著提升，有效預防傾覆情況，對圍護結構水平位移沒有影響。

（2）當基底加固深度為5m、支撐間距為9m時，根據嵌入深度的變化情況可知，在軟土地基中，增加嵌固深度可使整體抗滑動性得以提升，對內力控制的影響不夠顯著。

（3）當基底加固深度為22m、支撐間距為5m時，根據嵌入深度的變化情況可知，在軟土地基中，縮小混凝土支撐間距，可增加嵌固深度可使整體抗滑動性得以提升，對內力控制的影響不夠顯著。其中，抗傾覆的計算公式如下

式中：K代表的是抗傾覆安全系數；Mp代表的是支點力對樁底的抗傾覆彎矩，由支撐抗壓力決定；Ma代表的是主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

利用圓弧滑動條分法對整體滑動性進行計算

式中：k代表的是穩定安全系數；ki代表的是第i個圓弧體的抗滑力矩。

通過計算可知，當基底嵌固深度為22m時，水平位移的最大值為22.62mm，標準值為1041.28kN·m。由此可見，在該項工程中，采用連續墻結構，在縱向位置設置三道支撐可提高安全性，與基坑開挖對支護結構方面的要求充分符合，可有效預防和減少變形等不良情況的發生[3]。

3.2 做好成槽工作

在成槽之前，采用水平儀與經緯儀對成槽機的橫縱角度進行修正，利用自動糾偏裝置確保成槽垂度，并在成槽之后，利用超聲波進行檢測。根據各個成槽段的寬度尺寸，確定挖槽的幅度與頻率，針對三序成槽段來說，堅持先兩邊后中間的原則，在轉角槽段的位置，堅持先短邊、后長邊的原則。在成槽過程中，抓斗入槽與出槽應穩當、慢速，根據成槽機儀表與垂直度情況糾正偏差，在抓土過程中，槽段兩側應采用導墻內填土，以免內部泥漿受到污染。在施工過程中，應控制成槽機的掘進速度，每小時距離約為15m，若速度過快，則會導致槽壁失穩。泥漿隨著出土補入，確保漿面滿足規定高度。當成槽到指定深度后，預留300mm，開始刷壁，將墻端頭的泥皮消除。當刷壁結束后，采用成槽機抓斗進行清理，到達某一深度后，孔底泥漿的比重與沉渣厚度與要求相符，厚度約為100mm，泥漿比重為1.1～1.2。

3.3 合理安設鋼筋籠

在該工程施工中，鋼筋籠為整幅成型起吊后入槽，由于在起吊時受剛度和強度影響，需要根據幅度確定籠內桁架數量，對于超過5m的槽段來說，可設置4榀；對于5m以下的槽段來說，可設置3榀。在鋼筋吊點的位置，采用φ28圓鋼進行固定，在轉角的位置安裝φ25的拉筋固定。在鋼筋籠最上方的首根水平筋采用φ28鋼筋，在平面處可采用φ20鋼筋制作剪刀撐，豎向間隔為7m，以此提高鋼筋籠的整體剛度[4]。

3.4 科學灌注混凝土

在該工程中，混凝土設計標號為C30、坍落度為18～22cm，混凝土類型為水下商品混凝土，抗滲等級為P8。混凝土灌注對施工質量具有較大影響，若灌注操作不合理，很容易導致墻面滲水、涌水等，在澆筑過程中影響工程質量。對此，可采取以下措施控制質量。

（1）將導管插入與槽底相距30～50cm之處，首次灌注混凝土時，應精準計算土方量，高于導管底50cm左右，在澆筑時保障埋管深度得當，在2～6m之間及時拔管，若拔管較多容易出現拔空，二次處理不當影響混凝土強度，導致斷樁；若埋設過長則會影響澆筑速度，甚至初凝后導管無法再次拔出，導致斷樁。

（2）導管之間的距離應在2.5m左右，不應超過3m，與槽段端部之間的距離小于1.5m。為了確保導管中混凝土的流動性，避免出現夾泥情況，混凝土面應勻速提升，速度不超過2m/h，兩根導管間的高度差應低于50cm，泛漿高度為50cm，確保混凝土強度與設計要求相符。

4 結論

綜上所述，通過文章研究可知，地下墻入土深度應滿足基坑穩定性要求，盡量深入土質良好的土層中。在該項工程中，采用連續墻結構，在縱向位置設置三道支撐可提高安全性，與基坑開挖對支護結構方面的要求充分符合，可有效預防和減少變形等不良情況的發生，提高工程安全性與經濟性。