分仓墙兼作抗拔墙在地铁明挖车站基坑中的应用

王宏斌

（北京市轨道交通建设管理有限公司、城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室，北京 100068）

1 工程概况

北京地铁 8 号线永定门外站车站主体采用明挖法施工，总长139.2 m，标准段宽度为 24.7 m，扩大段宽度为28.9 m，轨面埋深约 29.7 m。围护结构采用 1.2 m 厚地下连续墙及 3 道钢筋混凝土支撑，坑内设置 1 m 厚分仓墙将基坑分成 16 仓，水下封底混凝土厚度为 4 m，单仓最大浇筑体积为 857 m3（图 1）。分仓墙共计 59 幅，采用锁扣管柔性接头，分仓墙混凝土 C35，混凝土水下浇筑提高一级。为保证上部空槽区域施工过程中相邻槽段的稳定和后期凿除施工的便捷，采用自凝灰浆材料进行回填。受地下水及致密卵石地层的影响，常规降水、注浆封底等工艺均不能满足基坑施工要求，无法实现基坑开挖处于“干”作业的状态。因此，借鉴桥梁深水墩基础施工经验，基坑采用有水开挖及水下混凝土封底的施工技术，对基坑范围内地下水进行截排处理。

图1 基坑地连墙、分仓墙平面示意图

2 分仓墙平面结构设计

2.1 分仓墙对地连墙变形影响

2.1.1 数值模型建立

采用数值模拟软件对原设计方案进行模拟，并选取工程的南半部分进行建模，如图 2 所示，土体选用摩尔-库伦本构模型，地连墙、分仓墙选用弹性本构，支撑选用梁结构。

图2 地连墙、分仓墙分析模型

地连墙支护体系由钢筋混凝土组成，可以看作是各向同性的弹性材料，选择其为线弹性本构模型。

2.1.2 数值模拟结果分析

为探讨分仓墙不同平面布置形式对地连墙变形的影响，分别对12 仓、16 仓、20 仓、24 仓分仓墙（图 3）对地连墙的变形影响进行计算，确定分仓墙的最优布置形式，计算结果见图 4。

图 4 计算结果表明，当分仓墙仓数由 24 仓减少到 12 仓时，地连墙墙体位移由 20.82 mm 增大到25.93 mm，增大了 5.11 mm、但在 20 仓、16 仓、12 仓时，最大位移分别是 24.61 mm，25.35 mm、25.93 mm，地连墙墙体变形几乎相同。图 5 地连墙最大墙体位移变形曲线表明，当分仓墙仓数减少到一定程度后，地连墙墙体变形增大有限。

2.2 基坑结构抗浮检算

分仓墙的布置不仅要满足地连墙墙体变形要求，而且要满足车站基坑结构抗浮要求。

当分仓墙采用 16 仓时，分仓尺寸为 17.5 m×11.95 m，此时，水浮力F浮= 31 837.2 kN，封底混凝土重F封= 19 239.5 kN，分仓墙重F分= 5 080 kN，侧摩阻力F侧摩阻= 15 529 kN，（F封+F分+F侧摩阻）/F浮=（19 239.5 + 5 080 +15 529）/ 31 837.2 = 1.25＞1.15，满足基坑结构抗浮要求。

当采取 12 仓时，混凝土分仓尺寸为 28 m×11.95 m，此时，（F封+F分+F侧摩阻）/F浮=（30 783.2 + 6 891.4 +20 011）/ 50 939.5 =1.153≈1.15，接近坑底抗浮指标。

图3 分仓墙布置形式

图4 不同分仓墙布置形式对地连墙变形影响

图5 地连墙最大墙体位移变形曲线

由以上地连墙墙体变形和坑底结构抗浮检算可知，将分仓墙仓数由 20 仓减少到 16 仓时，既能控制地连墙墙体变形，又能保证坑底结构抗浮要求。

2.3 分仓墙平面设计

通过设置分仓墙既可以减小每仓一次性水下浇筑混凝土的体积，又可利用分仓墙的侧摩阻力及封底混凝土的自重共同满足基坑结构的抗浮要求。通过优化分仓墙的平面布置，在基坑中间纵向设置 1 道 1 m 厚分仓墙，横向设置 7 道分仓墙，将封底混凝土分 16 仓进行浇筑，封底混凝土厚 4.0 m。分仓尺寸扩大端为14 m×15.3 m，浇筑体积为 856.8 m3，标准段为 11.95 m×16.5 m ，浇筑体积为 788.7 m3（图 1）。

3 分仓墙施工

3.1 分仓墙材料及配合比

3.1.1 分仓墙材料

基坑开挖过程中，需要将分仓墙分别凿除。为保证基坑开挖时分仓墙的可凿除性，本工程分仓墙采用大掺量粉煤灰混凝土。粉煤灰作为一种常用的混凝土矿物掺合料，不仅可有效改善混凝土和易性，且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗压强度，尤其是早期强度明显下降，满足基坑开挖时分仓墙的可凿除性（图 6）。

3.1.2 配合比设计

结合已有施工经验及理论研究，当材料中粉煤灰掺量很大、胶凝材料总量比较低的情况下，混凝土的早期强度很低，而当水胶比达到 0.67 时，强度出现极小值；超过这一数值之后，则在长龄期层面上表现出强度增长的趋势。

本工程经理论分析及现场试验提出最具经济性的配合比，如表 1 所示，其中粉煤灰采用秦皇岛Ⅰ级粉煤灰，中砂、石子最大粒径为 25 mm。

3.2 分仓墙施工要点

3.2.1 钢筋笼及剪力槽施工

盾构段分仓墙高度为 13.6 m，上部空槽 32.4 m，封底混凝土上部 0.5 m，封底混凝土区域 4 m，封底混凝土下部嵌固 9.1 m。标准段分仓墙高度为 12 m，上部空槽32 m，封底混凝土上部 0.5 m，封底混凝土区域 4 m，封底混凝土下部嵌固 7.5 m。封底混凝土区域内设计 2 道0.2 m×0.5 m的通长剪力槽与封底混凝土镶嵌以加大摩擦力。剪力槽施工阶段用泡沫板进行填充，封底混凝土施工前，潜水员进行水下清理，以保证剪力槽的施工质量。通过分仓墙的嵌固深度以及封底混凝土内通长的 2道剪力槽，大大提高了车站的整体抗浮性能，降低了施工风险（图 7）。

3.2.2 分仓墙钢筋笼吊装

分仓墙钢筋笼吊装采用吊筋分段加长、吊装下放方式，钢筋笼下放过程中采用φ28 mm 的圆钢按 6 m 1 个单元接长，直至钢筋笼下放到位。为保证导管准确定位，采用导管随钢筋笼同步吊装的方式。

图6 基坑分仓隔墙凿除示意图

表1 大掺量粉煤灰混凝土配合比及性能参数

图7 基坑分仓隔墙施工示意图

4 结论

（1）通过数值模拟及现场施工证明，该形式基坑分仓墙仓数设置 16 个为最佳方式。

（2）采用大掺量粉煤灰混凝土，充分利用了工业废渣粉煤灰的潜在活性，减少了水泥用量，降低了混凝土施工成本，使得分隔墙施工更经济、可靠。通过采用大掺量粉煤灰混凝土填充分仓墙顶面至导墙地面之间的空槽部分，既保证了成槽过程中相邻槽段土体的稳定性及安全性，也满足了后期挖除时强度低以及抓斗开挖的技术要求。

（3）本工程水下开挖分仓墙设计施工实践表明，分仓墙可以在混凝土封底施工中避免大体积混凝土一次性浇筑带来的风险，提高了车站的整体抗浮性能和经济性，为今后地铁建设施工提供了借鉴。