两端悬臂式预应力挡土墙设计与施工

2016-12-05王全逵刘坤李明仇健

天津建设科技 2016年5期

□文/王全逵刘坤李明仇健

两端悬臂式预应力挡土墙设计与施工

□文/王全逵刘坤李明仇健

传统重力式挡土墙存在对地基承载力要求高、沉降量大等缺点，而轻型挡土墙中的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙等也存在工作面较大、工艺比较复杂和成本较高等缺点。为了解决以上问题，介绍一种新型挡土墙的设计和施工，即两端悬臂式预应力挡土墙。通过实际应用，保证了钢结构施工使用的500 t履带吊顺利通行及施工作业并有效解决了其他种类挡土墙存在的缺点。

两端悬臂式；挡土墙；预应力

1　工程概况

某工程总建筑面积约36.96万m2，其中地上面积34.25万m2，地下面积2.71万m2，包含商业、室内滑雪乐园、室内滑冰场、电影乐园、停车楼等业态。其中室内滑雪乐园长487 m、宽151 m、高117.2 m，具有超大跨度、超高结构、桁架外形庞大、重量大、安装位置高等特点。钢结构预计总用钢量约3.4万t。在土建与钢结构的交叉施工中，土建为提供钢结构作业面，保证钢结构施工使用的500 t履带吊顺利通行及施工作业，需要在滑雪乐园与商业间的地下通道处设置一挡土墙，经过综合考虑和验算，决定采用一种新型的挡土墙结构，即两端悬臂式预应力挡土墙。

2　悬臂式预应力挡土墙设计

2.1挡土墙形式选定

目前常用的挡土墙按结构形式可分为重力式、衡重式、加筋式、半重力式、悬臂式、桩板式、锚杆式、锚定板式、垂直预应力式等，考虑到上述挡土墙存在的缺点和本工程的具体情况，决定采用两端悬臂式预应力挡土墙。两端悬臂式预应力挡土墙是对悬臂式挡土墙施加预应力，以抵消上部土体及履带吊产生的压力。通过实践可以发现，两端悬臂式预应力挡土墙的结构轻巧、受力明确，给施工人员提供的操作空间大，利于施工等优点。

2.2方案设计

两端悬臂式预应力挡土墙主要由混凝土挡土墙及预应力筋组成，见图1。

图1　挡土墙设计

2.3挡土墙构造

挡土墙混凝土强度经计算确定为C35，钢筋为HRB400、箍筋为HPB300。采用高强低松弛钢绞线，抗拉强度准值为1 860 MPa，截面规格为φ5 mm×7 mm，单根钢绞线公称直径为15.2 mm，预应力钢绞线质量1.12 kg/延米，抗拉强度设计值714.28 N/mm2，弹性模量19.5 MPa。张拉端采用B&SZ15型系列夹片式锚具。

2.4挡土墙结构验算

采用目前较为通用的有限元软件理正岩土计算软件6.5版建立挡土墙结构模型进行受力分析。挡土墙的形式分别按重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、悬臂式预应力挡土墙3种分别进行计算。按现场实际情况进行建模。

荷载工况分为3种，均为静力荷载工况，分别为施工荷载、回填土体侧压力、预应力外加应力。荷载分项系数分别为1.2、1.35、1.4，鉴于此挡土墙的重要性，把结构的重要性系数提高到1.1。

通过计算结果得知：挡土墙厚度为0.4 m，混凝土的强度为C35、钢绞线张拉设计值为714.28 N/mm2时，挡土墙滑动稳定性、倾覆稳定性验算、地基应力及偏心距验算、立墙截面强度验算等均符合规范要求。

3　挡土墙施工工艺

3.1工艺流程

悬臂式预应力挡土墙施工流程见图2。

图2　施工流程

3.2预应力筋张拉伸长值

混凝土强度达到设计要求后，对预应力筋进行张拉；根据设计要求确定每束预应力钢绞线控制张拉力值，计算出其计算伸长值，张拉用千斤顶和油泵根据设计要求事先标定好。

张拉伸长值根据下列规范公式进行计算

Pm——预应力钢绞线的平均张拉力；

Pj——预应力钢绞线的张拉端拉力；

σj——预应力钢绞线的张拉端应力；

LP——预应力钢绞线的实际长度；

AP——预应力钢绞线的截面面积，取140 mm2；

ES——预应力钢绞线的弹性模量，取195 GPa；

k——考虑孔道单位长度局部偏差的摩擦影响系数，取0.0015；

μ——预应力钢绞线与孔道壁之间的摩擦系数，取0.25；

θ——张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（rad），取0；

x——张拉端至计算机截面的孔道长度，取孔道在纵轴上的投影长度。

3.3预应力张拉

1）记录原始缸长。

2）张拉至30%设计张拉力。

3）张拉至70%设计张拉力。

4）张拉至最终100%张拉力，持荷2min，记录筋长。

3.4操作要点

为保证挡土墙质量，混凝土浇筑时应分层浇筑，在下层混凝土凝固之前进行上层混凝土浇筑。在振捣过程中应快插慢拔振捣密实，振捣时避免锚具预留孔位置。

预应力张拉时应采取双控，第一为张拉应力值，第二为预应力筋伸长量，在张拉过程中要严格按张拉设计值操作，严禁野蛮施工。

4　挡土墙监测

4.1监测目的

应对挡土墙受力和变形、周边建筑物等保护对象进行系统的监测，通过监测，及时掌握施工过程中挡土墙的实际状态及周边环境的变化情况，做到及时预报，为周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然。

4.2监测点的布置及监测频率

在挡土墙周围较安全的地方布设2个基准点。在每道挡土墙上部各设监测点2处，混凝土施工完成后，开始第一次监测；根据预应力筋设置位置，回填至第一层预应力筋位置时实施第二次监测，回填至第二层预应力筋时实施第三次监测，在回填至设计标高时实施第四次监测，预应力张拉时实施第五次监测，履带吊通过及吊装时2次/月监测。水平位移累计值≯10 mm。由表1可以看出，挡土墙是安全的，能满足施工需要的。