上海建工集團工程研究總院 上海 201114
預制地下連續(xù)墻因其作為基坑支護結構中的圍護墻體同時兼作地下室外墻這種“兩墻合一”的結構形式,在很多工程中得到應用[1,2],但是其現(xiàn)場施工工程量大、周期長。為加快施工進度,縮短施工周期,特別是在一些場地非常狹小、周邊環(huán)境非常復雜的工程中,預制樁式及板式地下連續(xù)墻成為國內地下連續(xù)墻發(fā)展的趨勢。預制地下連續(xù)墻通常在工廠制作,達到設計強度后運送至施工現(xiàn)場吊運安裝。由于預制地下連續(xù)墻構件尺寸大、構件重,因此對其吊裝過程進行裂縫控制[3]是非常必要的。
某工程2 層地下車庫采用“兩墻合一”的預制地下連續(xù)墻,墻深18.5 m、厚780 mm,寬約3.215 m,單幅最大質量110 t,混凝土等級為C30。預制地下連續(xù)墻截面配筋如圖1所示,構件長度如圖2所示,其中A區(qū)為基坑基礎底板上表面至基坑頂面的距離,B區(qū)為預制地下連續(xù)墻埋入土體部分。
圖1 預制地墻截面配筋
圖2 預制地墻長度示意
根據(jù)場地條件和設備情況,預制地下連續(xù)墻采用1 臺吊機、兩點吊的吊裝方法。第一個吊點在端部,第二個吊點距端部7.5 m。預制地下連續(xù)墻整個吊裝是個動態(tài)的過程,首先平直起吊,再逐步翻轉到垂直的吊裝狀態(tài)。
嚴格按照L形預制地下連續(xù)墻的截面尺寸和孔洞留設建立有限元分析模型。采用實體單元建立模型,吊繩采用索單元模擬。預制地下連續(xù)墻與地面接觸點按鉸接邊界條件處理。荷載考慮預制地下連續(xù)墻結構的自重,并綜合考慮預制地下連續(xù)墻配筋、吊裝過程中振動等因素影響。將吊裝過程分為地墻與地面夾角為0o、20o、30o三個工況進行受力與變形狀態(tài)分析,計算結果詳見表1。
按《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010—2002)第3.3.4條規(guī)定,此次裂縫寬度限值取值A區(qū)為0.2 mm,B區(qū)為0.3 mm。按最大裂縫寬度計算公式驗算裂縫寬度,結果詳見表2。
表1 受力與變形狀態(tài)分析結果匯總
表2 受力與變形狀態(tài)分析結果匯總
由驗算結果可知該預制地下連續(xù)墻吊裝時裂縫驗算不能滿足限值要求。
裂縫寬度超過規(guī)范要求,可通過增大該區(qū)受拉區(qū)鋼筋截面面積的方式來減小裂縫的寬度,使其滿足規(guī)范的要求。經(jīng)試算若將A區(qū)受拉縱向鋼筋增大為Φ28 mm@125 mm,將B區(qū)受拉縱向鋼筋增大為Φ32 mm@125 mm,裂縫控制可以滿足要求,驗算結果詳見表3。
表3 增大鋼筋后裂縫寬度計算表
雖然通過增大鋼筋直徑能夠滿足裂縫寬度要求,但是需要鋼筋直徑增大到Φ32 mm。這樣不但大大增加地下連續(xù)墻的建設成本,而且將會給地下連續(xù)墻的預制帶來不便。鑒于上述多種因素,擬在L形預制地下連續(xù)墻中施加預應力,以提高預制地下連續(xù)墻的抗裂性能,預應力鋼索采用Φ10 mm的鋼絞線,采取后張法施工。預應力鋼筋布置如圖3所示,具體分析結果如圖4、圖5所示。
圖3 L形預制地下連續(xù)墻實體模型網(wǎng)格劃分橫斷面示意
由計算結果可知,預制地下連續(xù)墻吊裝時受拉區(qū)混凝土法向最大拉應力為2.61 MPa。根據(jù)預應力混凝土結構裂縫控制判斷準則——名義拉應力法可知:
圖4 地下連續(xù)墻豎向變形(單位:mm)
圖5 地下連續(xù)墻吊裝彎曲應力(單位:mm)
當C30的預應力混凝土結構最大裂縫寬度限值為0.2 mm時容許名義拉應力為3.8 MPa,此時由上述計算分析結果可知,預應力預制地下連續(xù)強結構的名義拉應力為2.61 MPa,滿足裂縫寬度控制要求。
預制連續(xù)墻吊裝過程的裂縫控制至關重要。首先可通過增加吊點的數(shù)量或者調整吊點間的距離來降低吊裝時產(chǎn)生的內力,從而減小裂縫寬度。當裂縫寬度較大時,可通過增大鋼筋直徑的方式減小裂縫的寬度,但這樣將會大幅增加成本;因此也可以通過局部施加預應力的辦法來減小裂縫寬度,提高吊裝過程的抗裂性。