软土地区地铁车站地下连续墙围护结构设计研究

刘玟君

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉430072）

在当前工程建筑中，由于地下连续墙在刚度、抗渗性、噪声与振动等方面具备较大优势，在软土地区车站结构工程中通常采用该结构来完成，可有效保障基坑安全与施工质量，并且节约较多的工程资本投入。在正式施工之前，应做好围护墙结构设计工作，采取科学有效的质量控制措施，使工程质量安全得到保障。

1 工程概况

某地轨道交通12号线线路主体采用地下连续墙结构，长度范围为5～10.2m，厚度为800mm左右，共计82幅，其中有效深度为34m的墙有24幅、有效深度为31m的墙有58幅；车站标准段开挖最深为16.5m，端头井的开挖深度为18.2m。工程所在地为软土地区，土壤含水量较高、压缩性较强、强度较低，还具有流变性、低渗透性等特点，其中的灰色砂质粉土在动水压力下，很容易出现流沙现象，导致槽壁塌方。因此，对地下连续墙围护结构的设计与质量控制提出较高的要求[1]。

2 软土地区连续墙围护结构设计

连续墙围护结构设计不仅对基坑稳定与支护安全提出严格要求，而且还应满足抗渗流、抗隆起、抗倾覆等验算标准。在设计工作中，主要包括墙入土比、配筋设计、接头设计、墙厚度与分幅等，应确保每项工序科学合理，才可使整体结构设计得当，确保工程顺利高效完成。

2.1 墙入土深度

在基坑围护结构设计中采用地下连续墙的形式，不但可承受侧向水土压力，还具有隔水等功效。在墙入土深度设计时，应对受力和隔水两项要求进行综合分析，当其作为挡土结构时，确保墙体插入基地以下的深度充足，并深入良好的土层中，保障嵌固深度符合基坑稳定性要求；当其作为隔水帷幕时，墙入土比由两种因素决定，一是地质条件，二是地下水控制要求。如若需要隔断地下水，应适当延长地下墙，并根据隔水要求确定入土深度，应超过受力与稳定性的数值。为了节约成本投入，满足隔水要求的部分可采用素混凝土进行浇筑。

2.2 墙厚度与分幅

在厚度设计方面，应对基坑深度、工程现象地质情况、四周环境以及工程造价等多种因素综合考虑，合理恰当地选择墙体厚度，通常厚度的计算方式为基坑深度除以20。在分幅设计方面，应综合分析地质条件、工艺技术、周围环境等因素，若分幅过小，则会增加墙的接缝，增加漏水概率，并增加槽段数量，支撑结构的密度增加，为施工带来许多不便。对此，在确保槽壁稳定和施工能力的前提下，应适当增加槽段。根据当地施工条件，通常直线壁板式槽段的宽度应小于6m，对于T型槽段，肢宽度之和应小于6m。当地下墙厚度、地面荷载相对较大或周围存在厚砂性地层时，可适当缩短槽段宽度。值得注意的是，车站与附属结构相交之处，地下墙的形状应为T型，以此减少接缝漏水，特别是砂性土较厚的区域，在设计时更应加强注意[2]。

2.3 配筋设计

该项设计以内力包络图为参考，在设计过程中主筋与连接筋应根据幅宽数值全额配足，接头与导管区域不可安装钢筋接驳器，应在两侧将其补足。对于双层叠合墙结构来说，顶板与侧墙交角位置的固结负弯矩较大，水平钢板应根据计算数值放足，并深入地下墙，为纵向侧墙的角点弯矩配筋，深入长度由包络图来决定。若角点的配筋数量过多，对墙砼质量产生不良影响时，可减少角点深入外排钢筋的数量，根据需求增加跨中钢筋数量。通常情况下，外排钢筋纳入板钢筋之中，每间隔1～2根并筋，钢筋间的距离应超过150mm。

2.4 接头设计

根据受力特点的不同，可将接头类型分为柔性与刚性两种，前者是无法承受弯矩、剪力、水平拉力的接头，后者是能够承受上述施工应力的接头。在该工程中采用的是柔性接头，其构造较为简易、施工便利、造价低廉，若地下墙深度较大，拔锁口管难以较大时，可采用混凝土接头桩，且桩体无需拔出。根据结构受力情况，对墙段之间的横向弯矩有明确要求时，可采用刚性接头。在该工程的整体设计中，刚性接头主要为一字或者十字钢板接头、插入式接头。

2.5 含钢量取值

含钢量可充分体现地下墙的配筋设计水平，合理的含钢量取值可保障基坑安全与工程质量。若含量过小，会影响基坑稳定性，导致基坑塌陷；若含量过大，又会增加资本投入，导致钢筋笼中的钢筋过密，影响混凝土浇筑与墙体施工质量。由于地下墙单纯依靠自流无需振捣，在设计时应合理控制含钢量。在该项目施工中，结合以往软土地区车站设计经验，对基坑深度、施工工艺、支撑体系等多种因素综合考虑，合理计算含钢量，对于不同墙厚来说，含钢数值不尽相同，具体如下：当墙体厚度为600mm时，含钢量范围为160～190kg/m3；当墙体厚度为800mm时，含钢量范围为130～160kg/m3；当墙体厚度为1000mm时，含钢量范围为125～160kg/m3。

3 软土地下连续墙设计施工质量控制措施

3.1 围护结构优化

该工程底板位于淤泥质粉砂层中，基坑标准段为长条形，车站标准段宽度为19.7m，与周围建筑、地下管线情况相结合，采用钢筋混凝土内支撑方案可行。基坑内部共计设置三道支撑，分别为一道700mm×900mm的混凝土支撑，两道φ600的钢支撑。在围护结构荷载方面，钢筋混凝土的自重为25kN/m3，水土侧压力以渗透系数为主，当k的数值小于0.5m/d时，水土合在一起计算，当k的数值超过0.5m/d时，水与土可以分开计算。在地面超载方面，在标准段可按照20kN/m2计算。

（1）当连续墙的入土深度为22m、混凝土支撑之间的距离为9m时，根据基底加固深度的变化情况可知，在软土地基施工中，加固基底土体的深度可使基坑整体抗滑动性得到显著提升，有效预防倾覆情况，对围护结构水平位移没有影响。

（2）当基底加固深度为5m、支撑间距为9m时，根据嵌入深度的变化情况可知，在软土地基中，增加嵌固深度可使整体抗滑动性得以提升，对内力控制的影响不够显著。

（3）当基底加固深度为22m、支撑间距为5m时，根据嵌入深度的变化情况可知，在软土地基中，缩小混凝土支撑间距，可增加嵌固深度可使整体抗滑动性得以提升，对内力控制的影响不够显著。其中，抗倾覆的计算公式如下

式中：K代表的是抗倾覆安全系数；Mp代表的是支点力对桩底的抗倾覆弯矩，由支撑抗压力决定；Ma代表的是主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

利用圆弧滑动条分法对整体滑动性进行计算

式中：k代表的是稳定安全系数；ki代表的是第i个圆弧体的抗滑力矩。

通过计算可知，当基底嵌固深度为22m时，水平位移的最大值为22.62mm，标准值为1041.28kN·m。由此可见，在该项工程中，采用连续墙结构，在纵向位置设置三道支撑可提高安全性，与基坑开挖对支护结构方面的要求充分符合，可有效预防和减少变形等不良情况的发生[3]。

3.2 做好成槽工作

在成槽之前，采用水平仪与经纬仪对成槽机的横纵角度进行修正，利用自动纠偏装置确保成槽垂度，并在成槽之后，利用超声波进行检测。根据各个成槽段的宽度尺寸，确定挖槽的幅度与频率，针对三序成槽段来说，坚持先两边后中间的原则，在转角槽段的位置，坚持先短边、后长边的原则。在成槽过程中，抓斗入槽与出槽应稳当、慢速，根据成槽机仪表与垂直度情况纠正偏差，在抓土过程中，槽段两侧应采用导墙内填土，以免内部泥浆受到污染。在施工过程中，应控制成槽机的掘进速度，每小时距离约为15m，若速度过快，则会导致槽壁失稳。泥浆随着出土补入，确保浆面满足规定高度。当成槽到指定深度后，预留300mm，开始刷壁，将墙端头的泥皮消除。当刷壁结束后，采用成槽机抓斗进行清理，到达某一深度后，孔底泥浆的比重与沉渣厚度与要求相符，厚度约为100mm，泥浆比重为1.1～1.2。

3.3 合理安设钢筋笼

在该工程施工中，钢筋笼为整幅成型起吊后入槽，由于在起吊时受刚度和强度影响，需要根据幅度确定笼内桁架数量，对于超过5m的槽段来说，可设置4榀；对于5m以下的槽段来说，可设置3榀。在钢筋吊点的位置，采用φ28圆钢进行固定，在转角的位置安装φ25的拉筋固定。在钢筋笼最上方的首根水平筋采用φ28钢筋，在平面处可采用φ20钢筋制作剪刀撑，竖向间隔为7m，以此提高钢筋笼的整体刚度[4]。

3.4 科学灌注混凝土

在该工程中，混凝土设计标号为C30、坍落度为18～22cm，混凝土类型为水下商品混凝土，抗渗等级为P8。混凝土灌注对施工质量具有较大影响，若灌注操作不合理，很容易导致墙面渗水、涌水等，在浇筑过程中影响工程质量。对此，可采取以下措施控制质量。

（1）将导管插入与槽底相距30～50cm之处，首次灌注混凝土时，应精准计算土方量，高于导管底50cm左右，在浇筑时保障埋管深度得当，在2～6m之间及时拔管，若拔管较多容易出现拔空，二次处理不当影响混凝土强度，导致断桩；若埋设过长则会影响浇筑速度，甚至初凝后导管无法再次拔出，导致断桩。

（2）导管之间的距离应在2.5m左右，不应超过3m，与槽段端部之间的距离小于1.5m。为了确保导管中混凝土的流动性，避免出现夹泥情况，混凝土面应匀速提升，速度不超过2m/h，两根导管间的高度差应低于50cm，泛浆高度为50cm，确保混凝土强度与设计要求相符。

4 结论

综上所述，通过文章研究可知，地下墙入土深度应满足基坑稳定性要求，尽量深入土质良好的土层中。在该项工程中，采用连续墙结构，在纵向位置设置三道支撑可提高安全性，与基坑开挖对支护结构方面的要求充分符合，可有效预防和减少变形等不良情况的发生，提高工程安全性与经济性。