预制双面叠合剪力墙在污水池工程中的应用——深圳市下坪场生产废水处理设施和地表水处理设施项目

杨尚荣 万俊飞

（深圳市深汕特别合作区盛腾科技有限公司）

0 前言

预制双面叠合剪力墙俗称双皮墙，是一种新型住宅结构体系，属半装配式钢筋混凝土结构。预制叠合剪力墙由格构钢筋拉结两侧预制墙片，然后在空腔内现浇混凝土形成整体。格构钢筋最常见的便是桁架钢筋，后浇混凝土和预制混凝土墙片整体受力，共同承担外部荷载。

这种预制构件适用于抗震设防烈度为6～8 度的多层、高层建筑，包括工业与民用建筑。这种技术结构体系具有良好的整体性和防水性能，除了地上工程外还适用于地下工程，包括地下室、地下车库、地下综合管廊等。

1 项目概况

深圳市下坪场生产废水处理设施和地表水处理设施项目是深圳市首个装配式污水处理池，其填埋规模4000t/d，填埋库区面积约32 万m2，建设用地位于深圳市下坪固体废弃物填埋场大坑水库旁边。大坑水库南面为填埋场二期渗沥液处理厂，西北面均为山体，水库东面200m 为高架桥。见图1。

图1 工程项目现场照片

项目共计三座水池，其中一座受污染地表水MBR 一体化池（池一）及生产废水MBR 一体化池（池二）采用装配式设计，一座水池采用传统现浇模式。项目属于应急工程，不仅场地复杂，同时工期也十分紧张。

2 预制构件选型

由于项目自身特点，需要采用的预制构件包括竖向构件在内都为主体受力结构（由于产业化发展还不成熟，目前截止2021 年广东省并不推荐在竖向构件采用主体受力构件），且需要较高的防水要求，因此从预制构件的设计选型、生产工艺技术、施工安装技术都进行了细致的讨论。其中水池的节点设计是主要讨论的问题，也是建设单位最为关注的焦点问题。装配式设计和防水问题在其他类型的工程中也是存在很大争议的常见问题。

综合多种因素，在装配式设计上要保证以下基本原则和效果：

⑴在设计合理的情况下加大装配式的设置比例，加快现场施工作业速度，因此设计选型优先考虑可以免模板、免支撑的构件和体系。

⑵常规住宅类项目防水节点，很多采用PE 棒加密封胶的方式。不同于常规住宅类防水节点，水池的结构自防水是防水的重要措施。因此装配式设计和预制构件的选型应能满足节点区域湿连接的实施要求。

最终确认采用预制双面叠合剪力墙+叠合板的结构体系，主要基于以下几个原因：

⑴双面叠合剪力墙采用预制+现浇相结合的方式，而不是采用预制灌浆套筒技术。预制构件和现浇底座之间、预制构件之间的连接节点的防水施工简单具有保障，充分保证结构自防水的完整性。

⑵工程池壁的计算模型为双向板，水平及竖向钢筋均为受力钢筋。但常规预制池壁分块间的水平受力钢筋由于构件拆分的原因无法相互连接形成整体，导致受力不连续。预制叠合双面剪力墙的桁架钢筋对两层预制板和现浇混凝土形成了“法向约束”，可以实现钢筋间接传力，类似于桁架钢筋叠合楼板的拼缝钢筋受力，因此拼缝部位的搭接钢筋是能够传导力形成双向板。

⑶水池的最高高度达到7.3m，意味着预制构件的基本尺寸大、质量大，对于运输、吊装安装都存在一定的难度。而双面叠合剪力墙中间混凝土为现浇，同等体积下质量大大减小，在考虑吊装的情况下对于构件尺寸的设计可以进行更灵活的调整，而且施工安装工艺也相对简单，对于施工效率、现场管理效率的提升也有一定的帮助。

经统计，项目合计采用预制双面叠合剪力墙1433件，合计方量434m3，叠合板268 件，方量99m3，合计预制构件1701 件。

表1 水池最大构件尺寸

3 设计要点

3.1 壁厚控制对生产实施的影响

能否有效减少壁厚对于污水池的装配式设计十分重要，而对于水池壁厚控制并不是为了降低重量满足现场的施工安装和吊装机械的协调，更重要的是在设计满足要求的基础上能够进行机械化的生产加工。

首先水池壁厚直接影响着桁架钢筋的尺寸，而目前国内主要的钢筋桁架焊接机器人一般都是针对住宅、办公研发类的公用建筑等类型为主，预制构件工厂主要配备的设备也是按照这种市场需求进行工艺设计和布置的。这类设备在桁架钢筋的制作尺寸上都有一定的限制，可焊接的桁架高度一般在60～400mm，钢筋直径一般不超过14mm，导致水池的设计在前期要控制好桁架钢筋规格和尺寸，以保证后期能够生产。

本项目通过设置扶壁柱的方式优化结构的竖向构件设计，降低壁厚。同时将扶壁柱设置在预制构件间的连接位置，现场施工时模板封好后现浇作业。经过计算,本项目双面叠合剪力墙的相关参数为：剪力墙厚度400mm（75mm+250mm+75mm），采用340 高的桁架钢筋，桁架钢筋的间距300～400mm，混凝土等级C40；桁架钢筋上弦钢筋和下线钢筋直径为12mm。

图2 预制构件拆分布置图

图3 双面叠合剪力墙桁架钢筋

采用扶壁柱等一些设计措施只能作为现阶段市场环境下的一种折中做法，因为相比于住宅、工业、公用等建筑类型，水池的结构设计和给排水设计互相之间影响更深，扶壁柱的设置直接对水流计算、沉淀物的不利积聚等产生影响，对于一些内部水流系统复杂、生化处理系统有着较高要求的水池并不适用。

随着装配式的不断推动和实施范围的扩展，更新工艺生产加工设备是解决问题的有效途径。目前许多包括预制管廊、污水处理池等在优化后仍然不满足生产工艺条件，甚至不得已采用人工焊接作业，在极大增加成本的同时，即使高素质的产业化作业工人也很难进行较好的精度控制[1]。

此外随着壁厚进一步加大，钢筋桁架已经不再适用，例如位于西安的三星（中国）半导体有限公司12 英寸闪存芯片二期项目，其中5#动力站及6#冷却塔壁厚在1m 以上，采用三星自创的PTW（precast truss wall）预制双面叠合剪力墙工艺技术，连接两个面板的是钢桁架。

图4 在工厂中生产的PTW

3.2 节点的防水设计

水池的节点设计主要有三个方面：底座位置和预制双面叠合剪力墙的连接节点、预制构件间的连接节点、顶部预制双面叠合剪力墙和叠合板的连接节点。

实际上上述位置的节点连接设计，目前大部分污水处理池对分体式设计的装配式预制管廊有很大的参考，或者可以说，对于竖向构件采用预制双面叠合剪力墙的装配式节点连接设计，都具有相似的处理方式。

在城市地下综合管廊的研究方面，随着研究的深入发现，因适应更多样实际使用需要、场地条件需要等多方面因素，刚开始的整体预制管廊有很大的局限性，出现在运输吊装上多层多仓管廊施工难度大，在同一项目中样式变化带来的成本大幅度上升等多种问题。

因此如上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、哈尔滨工业大学等诸多企业高校在此方向上都进行了研究，形成了比较成熟的技术成果。目前比较具有代表性且较多应用的是现浇或预制底座+预制双面叠合剪力墙侧壁+叠合板顶板的分体式设计体系[2]。

在水池项目中，双面叠合剪力墙和底座的位置的连接节点，是节点设计的重点。图5 为装配式综合管廊的节点模型，考虑到双面叠合剪力墙和底座连接的整体性和防水要求，节点位置基本采用半现浇或现浇的底座，使得节点区域湿连接，从而保证结构自防水，同时考虑叠合层位置对材料整体性可能产生的削弱，设置止水钢板。

图5 综合管廊底部节点模型

在深圳市下坪固体废弃物填埋场二期项目中便采用了这种设计方式，即现浇底板结合双面叠合剪力墙，同时节点设置止水钢板的方式。止水钢板的使用更像是叠合面的补强。混凝土开裂是由于抗拉应力不足，在受力状态下是否开裂，取决于钢筋的应力是否抵抗了所有的拉应力。如果没有防水层，普通钢筋混凝土会导致配筋率很大才能满足抗渗要求[3]。也可以采用后张预应力技术防止开裂，或者“后张缓粘结预应力”等先进技术，简化施工，同时节省用钢量。

图6 水池底部节点示意图

双面叠合剪力墙构件之间的水平连接节点，关键在于设计附加连接钢筋保证结构的整体性，同时保证施工操作空间的情况下可以尽量缩小现浇连接区段的宽度。在一些荷载受力大的工程中，保证结构受力需要的情况下，壁厚厚度大，双面叠合剪力墙两侧模板间现浇区域宽度占壁厚的比例可以达到80%甚至更高，直接形成了满足现场施工的操作空间，这种情况下预制构件间的连接直接设置为拼缝，浇筑前设置PE 棒打胶进行封堵，如图7 所示。

图7 拼缝式外墙连接节点

4 生产安装

项目施工场地狭小，工作面小、作业交叉多，大型机械进出困难，施工总平面布置困难。且工期紧，预制构件数量多、重量大，安装量大。因水池底板设计厚度为800mm，且预制双面叠合剪力墙安装完后与水池底板整体浇筑混凝土。为保证现场预制双面叠合剪力墙的安装安全性，先行浇筑水池底板一半，即先浇筑底板400mm厚混凝土，同时预埋好墙板斜撑预埋件、暗梁箍筋及底板插筋。待预制双面叠合剪力墙安装完后，再整体浇筑水池底板剩余的400mm 厚混凝土及墙内混凝土。

然后整体按照测量放线→安装墙体支撑马镫→马镫水平标高复测、调整→墙板吊装就位→安装固定墙板斜支撑→墙体调整、加固→柱子钢筋绑扎、模板安装→墙体与柱拼缝检查、处理→检查验收→墙、柱混凝土浇筑的工艺流程进行施工。

根据工程施工计划及现场实际情况，采用280T 汽车吊进行构件吊装。本项目最初设计考虑工程特性，为减少现场施工时间，尽量减小了预制构件的数量。实际上将尺寸缩小更加合理，因为尺寸减小虽然导致数量增加，但是运输能力同等上升，吊装也更加简单，吊装的机械费用会大幅度降低。大部分项目双面叠合剪力墙的形状狭长，都是出于减小预制构件质量降低吊装设备的型号来考虑的。

5 结语

目前，部分地区对于预制叠合双面剪力墙的应用还有一定的限制，原因在于认为这种预制构件的使用不能大规模减低现场现浇混凝土的工程量，更类似于一种装配式模板。如在广东省《装配式建筑评价标准DBJ/T 15-163-2019》中竖向构件（柱、墙）达35%～80%的体积预制率时得分为20～30 分，但是采用受力钢筋与免拆模板形成一体的中空预制构件（含叠合剪力墙），并在现场安装和浇筑混凝土时，得14～21 分。

图8 吊装示意图

有许多单位和机构按照免模板的思路进行进一步的研发升级，尽量通过材料的改进来降低板厚，从而大幅度降低质量。单就市政工程而言，采用预制双面叠合剪力墙+叠合板的设计方式，最大的成效在于可以有效解决大体积混凝土容易开裂的问题。项目在后期使用过程中质量良好，无裂缝渗水情况产生。