组合多功能地下连续墙核心筒在某大型公建的应用

王仕琪，余银银

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州510010）

1 项目概况

某工程为大底盘多塔超高层建筑，共有9幢塔楼，其中高268 m（54 层）、200 m（40 层+部分夹层）的两幢为酒店及办公楼，7 幢162 m（47 层）、180 m（53 层）为住宅。共有4 层地下室，每层面积约5 万m2。基坑面积51 565 m2，周长891 m，开挖深度18.3～19.8 m。基坑北侧路段分布有给、排水等多种地下管线；基坑西侧紧邻地铁线路及站点。场地中存在深厚的淤泥和砂层，软弱土层厚度达20～30 m。基坑南侧邻近河涌。

其中AB 塔、C 塔、北塔及中心岛西北角采用逆作法施工。此部分区域利用地下室周边两跨主体结构组成永久空间挡土支护体系，替代一般基坑施工中设置的临时内支撑，方便施工并节省支护成本。其中A、B 栋逆作法采用组合多功能地下连续墙核心筒与逆作楼面板，连接外围的地下连续墙，形成整体围护支撑体系（见图1）。［1-6］

2 组合多功能地下连续墙核心筒的结构形式

图1 AB塔核心筒逆作法区基础平面图Fig.1 Foundation Plane of AB Tower Core Tube Reverse Construction Zone

随着逆作法的成熟发展，其在大型的超高层公共建筑得到广泛的应用。但一般做法多为沿建筑物地下室外壁施工地下连续墙等围护结构，并在内部的设置支承桩、柱等竖向承力构件，承受地下部分施工期间上部结构及施工荷载。这种做法一般存在以下几点缺陷［7］：

⑴在其他支护结构施工前需要先完成抗侧力挡土围护结构的施工，施工灵活性差，工期较长。

⑵施工过程中设置的支承桩、柱等临时竖向支撑构件，在主体结构完成后需进行拆除，施工步骤繁复，成本较高。

⑶作为竖向承力构件的支承桩和柱均单独设置，若相关范围内某一区域的支承桩或柱下沉，会造成核心筒不均匀沉降，对主体结构造成影响。

对此本工程创新性采用了组合多功能地下连续墙核心筒（见图2）结构。连续墙筒体由数个钢筋混凝土槽段通过型钢或者钢筋笼相连而成。其摒弃了现有核心筒逆作法施工时需要分别设置桩、柱、承台及抗侧力挡土结构的做法，将桩、承台、剪力墙、挡土结构四种功能合而为一。不仅可作为高层结构的主要的竖向受力构件承受结构的竖向荷载，风荷载及地震荷载，还可作为基坑支护的抗侧力挡土结构。虽然受力状况相对复杂，但桩、承台、剪力墙一次成型，可整体受力。核心筒配筋除了满足核心筒角部约束边缘构件要求及水平、竖向分布钢筋的配筋率外，还需满足挡土墙受力要求。有限元计算分析表明，在核心筒角部应力集中，故在此区域设置格构式型钢，并对核心筒进行分块设置，将筒体角部与中部墙体分开8个体块，以保证吊装施工，减少施工误差。核心筒地下连续墙入微风化岩不小于7.5 m，以保证筒体竖向基础的受力要求以及水平挡土稳定性的要求。

图2 组合地下连续墙核心筒结构形式Fig.2 Core Tube Structure Form of Composite Diaphragm Wall

在核心筒门洞的位置，分别设置独立的分段地下连续墙，其墙顶标高在地下室底板标高以下。核心筒内部的墙柱，待底板施工完成后，按常规顺做法方法施工。地下连续墙设置型钢混凝土压顶梁（见图3），预埋上部墙（-1层以上）的钢筋，连接上部墙体并加强核心筒的整体性［8］。

图3 型钢混凝土压顶梁Fig.3 Steel Reinforced Concrete Jacking Beam

3 组合多功能地下连续墙核心筒的计算分析

对组合多功能地下连续墙核心筒的计算分析采用大型非线性有限元分析软件ABAQUS，模拟地下连续墙核心筒在施工阶段竖向荷载和土压力作用下，使用阶段竖向荷载和地震作用下的受力和变形情况。混凝土采用损伤模型实体单元模拟，型钢采用壳单元模拟，支护体系与土的共同作用通过结构与土体的接触摩擦实现［9-11］。模型的混凝土强度等级、模型尺寸、钢筋等均按结构施工图建立。

图4 ABAQUS有限元模型Fig.4 ABAQUS Finite Element Model

图5 核心筒角部型钢应力Fig.5 Core Tube Corner Section Steel Stress

图6 混凝土竖向塑性应变Fig.6 Vertical Plastic Strain of Concrete

根据ABAQUS 分析结果（见图4～图6），在施工阶段“1.2 恒+1.4 活”不利工况下，连续墙型钢钢材，最大MISES应力为70.4N/mm2，混凝土最大压应力为12.2N/mm2，不超过Q345 型钢的设计应力值及混凝土强度。在使用阶段“1.2恒+0.6活±1.3中震”不利工况下，连续墙型钢钢材，最大MISES 应力为149 N/mm2，出现在连续墙核心筒角部，其它部位的型钢应力不超过100 N/mm2。远远小于Q345型钢的设计应力值。

通过分析可见，组合多功能连续墙核心筒在可将桩、承台、剪力墙、挡土结构有效结合，适用逆做法中进一步提高施工速度，简化施工步骤。

4 组合多功能地下连续墙核心筒的施工方法

逆作法中组合多功能地下连续墙核心筒的施工方法，具体包括以下步骤：

⑴核心筒角部采用L 形钢筋混凝土预制槽段，并安装角部内置型钢；各钢筋混凝土槽段均在部件两侧设置H 型钢，相邻钢筋混凝土槽段的H 型钢的内、外翼缘通过钢板焊接形成筒体结构。

⑵开挖核心筒筒体坑槽至土体持力层；

⑶将预制筒体钢筋笼及型钢吊装于坑槽中（见图7）；

图7 组合连续墙核心筒抗侧型钢钢筋笼吊装Fig.7 Hoisting of Side Steel Reinforcement Cage for Core Tube of Composite Continuous Wall

⑷浇筑振捣混凝土形成连续墙核心筒体；

⑸在核心筒上部设置压顶钢骨梁，钢骨为双槽钢，槽钢与筒体H 型钢的翼缘相连，筒体纵筋弯入压顶钢骨梁锚固。

5 组合多功能地下连续墙核心筒的优点

⑴采用组合多功能地下连续墙核心筒，能将支承桩柱、承台、剪力墙、挡土结构四种功能集于一体，其既是基础、又是临时支撑及主体结构，有效简化施工步骤、降低施工成本。

⑵多功能地下连续墙核心筒使得建筑的基础、承台、剪力墙一次成型，与一般的逆作法中以支承桩柱为竖向受力构件的方式相比，有效提高了结构的整体性，大大减小了核心筒的不均匀沉降，减少了不同地质情况带来的影响。

⑶连续墙核心筒墙底深入持力层，可满足核心筒基础受力及稳定性的要求。墙体钢筋除满足竖向及水平分布钢筋的配筋率、约束边缘构件要求外，亦包络满足地下连续墙的设计，做到施工阶段及使用阶段构件叠合使用。

⑷核心筒钢筋混凝土槽段采用钢板连接两侧的H 型钢，既保证核心筒传力连续性，又有效调节施工误差。

⑸在核心筒顶部设置压顶梁，以加强核心筒的整体性，增强核心筒刚度并可转换上部主体的竖向构件。

6 结论

组合多功能地下连续墙核心筒在本工程的大型公建逆作法中成功运用，取得了较好的成果，其组合特性使其可根据地质条件和具体建筑方案，进行灵活分段。在逆作法中使用可以有效加速建设速度，减低建设成本，可在其他工程项目中作为参考。