預制雙面疊合剪力墻在污水池工程中的應用
——深圳市下坪場生產廢水處理設施和地表水處理設施項目

楊尚榮 萬俊飛

（深圳市深汕特別合作區盛騰科技有限公司）

0 前言

預制雙面疊合剪力墻俗稱雙皮墻，是一種新型住宅結構體系，屬半裝配式鋼筋混凝土結構。預制疊合剪力墻由格構鋼筋拉結兩側預制墻片，然后在空腔內現澆混凝土形成整體。格構鋼筋最常見的便是桁架鋼筋，后澆混凝土和預制混凝土墻片整體受力，共同承擔外部荷載。

這種預制構件適用于抗震設防烈度為6～8 度的多層、高層建筑，包括工業與民用建筑。這種技術結構體系具有良好的整體性和防水性能，除了地上工程外還適用于地下工程，包括地下室、地下車庫、地下綜合管廊等。

1 項目概況

深圳市下坪場生產廢水處理設施和地表水處理設施項目是深圳市首個裝配式污水處理池，其填埋規模4000t/d，填埋庫區面積約32 萬m2，建設用地位于深圳市下坪固體廢棄物填埋場大坑水庫旁邊。大坑水庫南面為填埋場二期滲瀝液處理廠，西北面均為山體，水庫東面200m 為高架橋。見圖1。

圖1 工程項目現場照片

項目共計三座水池，其中一座受污染地表水MBR 一體化池（池一）及生產廢水MBR 一體化池（池二）采用裝配式設計，一座水池采用傳統現澆模式。項目屬于應急工程，不僅場地復雜，同時工期也十分緊張。

2 預制構件選型

由于項目自身特點，需要采用的預制構件包括豎向構件在內都為主體受力結構（由于產業化發展還不成熟，目前截止2021 年廣東省并不推薦在豎向構件采用主體受力構件），且需要較高的防水要求，因此從預制構件的設計選型、生產工藝技術、施工安裝技術都進行了細致的討論。其中水池的節點設計是主要討論的問題，也是建設單位最為關注的焦點問題。裝配式設計和防水問題在其他類型的工程中也是存在很大爭議的常見問題。

綜合多種因素，在裝配式設計上要保證以下基本原則和效果：

⑴在設計合理的情況下加大裝配式的設置比例，加快現場施工作業速度，因此設計選型優先考慮可以免模板、免支撐的構件和體系。

⑵常規住宅類項目防水節點，很多采用PE 棒加密封膠的方式。不同于常規住宅類防水節點，水池的結構自防水是防水的重要措施。因此裝配式設計和預制構件的選型應能滿足節點區域濕連接的實施要求。

最終確認采用預制雙面疊合剪力墻+疊合板的結構體系，主要基于以下幾個原因：

⑴雙面疊合剪力墻采用預制+現澆相結合的方式，而不是采用預制灌漿套筒技術。預制構件和現澆底座之間、預制構件之間的連接節點的防水施工簡單具有保障，充分保證結構自防水的完整性。

⑵工程池壁的計算模型為雙向板，水平及豎向鋼筋均為受力鋼筋。但常規預制池壁分塊間的水平受力鋼筋由于構件拆分的原因無法相互連接形成整體，導致受力不連續。預制疊合雙面剪力墻的桁架鋼筋對兩層預制板和現澆混凝土形成了“法向約束”，可以實現鋼筋間接傳力，類似于桁架鋼筋疊合樓板的拼縫鋼筋受力，因此拼縫部位的搭接鋼筋是能夠傳導力形成雙向板。

⑶水池的最高高度達到7.3m，意味著預制構件的基本尺寸大、質量大，對于運輸、吊裝安裝都存在一定的難度。而雙面疊合剪力墻中間混凝土為現澆，同等體積下質量大大減小，在考慮吊裝的情況下對于構件尺寸的設計可以進行更靈活的調整，而且施工安裝工藝也相對簡單，對于施工效率、現場管理效率的提升也有一定的幫助。

經統計，項目合計采用預制雙面疊合剪力墻1433件，合計方量434m3，疊合板268 件，方量99m3，合計預制構件1701 件。

表1 水池最大構件尺寸

3 設計要點

3.1 壁厚控制對生產實施的影響

能否有效減少壁厚對于污水池的裝配式設計十分重要，而對于水池壁厚控制并不是為了降低重量滿足現場的施工安裝和吊裝機械的協調，更重要的是在設計滿足要求的基礎上能夠進行機械化的生產加工。

首先水池壁厚直接影響著桁架鋼筋的尺寸，而目前國內主要的鋼筋桁架焊接機器人一般都是針對住宅、辦公研發類的公用建筑等類型為主，預制構件工廠主要配備的設備也是按照這種市場需求進行工藝設計和布置的。這類設備在桁架鋼筋的制作尺寸上都有一定的限制，可焊接的桁架高度一般在60～400mm，鋼筋直徑一般不超過14mm，導致水池的設計在前期要控制好桁架鋼筋規格和尺寸，以保證后期能夠生產。

本項目通過設置扶壁柱的方式優化結構的豎向構件設計，降低壁厚。同時將扶壁柱設置在預制構件間的連接位置，現場施工時模板封好后現澆作業。經過計算,本項目雙面疊合剪力墻的相關參數為：剪力墻厚度400mm（75mm+250mm+75mm），采用340 高的桁架鋼筋，桁架鋼筋的間距300～400mm，混凝土等級C40；桁架鋼筋上弦鋼筋和下線鋼筋直徑為12mm。

圖2 預制構件拆分布置圖

圖3 雙面疊合剪力墻桁架鋼筋

采用扶壁柱等一些設計措施只能作為現階段市場環境下的一種折中做法，因為相比于住宅、工業、公用等建筑類型，水池的結構設計和給排水設計互相之間影響更深，扶壁柱的設置直接對水流計算、沉淀物的不利積聚等產生影響，對于一些內部水流系統復雜、生化處理系統有著較高要求的水池并不適用。

隨著裝配式的不斷推動和實施范圍的擴展，更新工藝生產加工設備是解決問題的有效途徑。目前許多包括預制管廊、污水處理池等在優化后仍然不滿足生產工藝條件，甚至不得已采用人工焊接作業，在極大增加成本的同時，即使高素質的產業化作業工人也很難進行較好的精度控制[1]。

此外隨著壁厚進一步加大，鋼筋桁架已經不再適用，例如位于西安的三星（中國）半導體有限公司12 英寸閃存芯片二期項目，其中5#動力站及6#冷卻塔壁厚在1m 以上，采用三星自創的PTW（precast truss wall）預制雙面疊合剪力墻工藝技術，連接兩個面板的是鋼桁架。

圖4 在工廠中生產的PTW

3.2 節點的防水設計

水池的節點設計主要有三個方面：底座位置和預制雙面疊合剪力墻的連接節點、預制構件間的連接節點、頂部預制雙面疊合剪力墻和疊合板的連接節點。

實際上上述位置的節點連接設計，目前大部分污水處理池對分體式設計的裝配式預制管廊有很大的參考，或者可以說，對于豎向構件采用預制雙面疊合剪力墻的裝配式節點連接設計，都具有相似的處理方式。

在城市地下綜合管廊的研究方面，隨著研究的深入發現，因適應更多樣實際使用需要、場地條件需要等多方面因素，剛開始的整體預制管廊有很大的局限性，出現在運輸吊裝上多層多倉管廊施工難度大，在同一項目中樣式變化帶來的成本大幅度上升等多種問題。

因此如上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司、哈爾濱工業大學等諸多企業高校在此方向上都進行了研究，形成了比較成熟的技術成果。目前比較具有代表性且較多應用的是現澆或預制底座+預制雙面疊合剪力墻側壁+疊合板頂板的分體式設計體系[2]。

在水池項目中，雙面疊合剪力墻和底座的位置的連接節點，是節點設計的重點。圖5 為裝配式綜合管廊的節點模型，考慮到雙面疊合剪力墻和底座連接的整體性和防水要求，節點位置基本采用半現澆或現澆的底座，使得節點區域濕連接，從而保證結構自防水，同時考慮疊合層位置對材料整體性可能產生的削弱，設置止水鋼板。

圖5 綜合管廊底部節點模型

在深圳市下坪固體廢棄物填埋場二期項目中便采用了這種設計方式，即現澆底板結合雙面疊合剪力墻，同時節點設置止水鋼板的方式。止水鋼板的使用更像是疊合面的補強。混凝土開裂是由于抗拉應力不足，在受力狀態下是否開裂，取決于鋼筋的應力是否抵抗了所有的拉應力。如果沒有防水層，普通鋼筋混凝土會導致配筋率很大才能滿足抗滲要求[3]。也可以采用后張預應力技術防止開裂，或者“后張緩粘結預應力”等先進技術，簡化施工，同時節省用鋼量。

圖6 水池底部節點示意圖

雙面疊合剪力墻構件之間的水平連接節點，關鍵在于設計附加連接鋼筋保證結構的整體性，同時保證施工操作空間的情況下可以盡量縮小現澆連接區段的寬度。在一些荷載受力大的工程中，保證結構受力需要的情況下，壁厚厚度大，雙面疊合剪力墻兩側模板間現澆區域寬度占壁厚的比例可以達到80%甚至更高，直接形成了滿足現場施工的操作空間，這種情況下預制構件間的連接直接設置為拼縫，澆筑前設置PE 棒打膠進行封堵，如圖7 所示。

圖7 拼縫式外墻連接節點

4 生產安裝

項目施工場地狹小，工作面小、作業交叉多，大型機械進出困難，施工總平面布置困難。且工期緊，預制構件數量多、重量大，安裝量大。因水池底板設計厚度為800mm，且預制雙面疊合剪力墻安裝完后與水池底板整體澆筑混凝土。為保證現場預制雙面疊合剪力墻的安裝安全性，先行澆筑水池底板一半，即先澆筑底板400mm厚混凝土，同時預埋好墻板斜撐預埋件、暗梁箍筋及底板插筋。待預制雙面疊合剪力墻安裝完后，再整體澆筑水池底板剩余的400mm 厚混凝土及墻內混凝土。

然后整體按照測量放線→安裝墻體支撐馬鐙→馬鐙水平標高復測、調整→墻板吊裝就位→安裝固定墻板斜支撐→墻體調整、加固→柱子鋼筋綁扎、模板安裝→墻體與柱拼縫檢查、處理→檢查驗收→墻、柱混凝土澆筑的工藝流程進行施工。

根據工程施工計劃及現場實際情況，采用280T 汽車吊進行構件吊裝。本項目最初設計考慮工程特性，為減少現場施工時間，盡量減小了預制構件的數量。實際上將尺寸縮小更加合理，因為尺寸減小雖然導致數量增加，但是運輸能力同等上升，吊裝也更加簡單，吊裝的機械費用會大幅度降低。大部分項目雙面疊合剪力墻的形狀狹長，都是出于減小預制構件質量降低吊裝設備的型號來考慮的。

5 結語

目前，部分地區對于預制疊合雙面剪力墻的應用還有一定的限制，原因在于認為這種預制構件的使用不能大規模減低現場現澆混凝土的工程量，更類似于一種裝配式模板。如在廣東省《裝配式建筑評價標準DBJ/T 15-163-2019》中豎向構件（柱、墻）達35%～80%的體積預制率時得分為20～30 分，但是采用受力鋼筋與免拆模板形成一體的中空預制構件（含疊合剪力墻），并在現場安裝和澆筑混凝土時，得14～21 分。

圖8 吊裝示意圖

有許多單位和機構按照免模板的思路進行進一步的研發升級，盡量通過材料的改進來降低板厚，從而大幅度降低質量。單就市政工程而言，采用預制雙面疊合剪力墻+疊合板的設計方式，最大的成效在于可以有效解決大體積混凝土容易開裂的問題。項目在后期使用過程中質量良好，無裂縫滲水情況產生。