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地下連續牆究竟是什麼東西?一看就明白!

1950 年義大利米蘭的 C.Veder 開發了地下連續牆的施工技術, 並最早應用於 Santa Malia大壩的防滲牆(深達 40m)中。 50 年代後期傳入法國、日本等國, 60 年代推廣至英國、美國、前蘇聯等國, 世界各國都是首先從水利水電基礎工程中開始應用, 然後推廣到建築、市政、交通、礦山、鐵道和環保等部門的。 60 年代, 日本開發了許多連續牆施工機具, 之後, 地下連續牆的施工技術在全世界範圍內得到了較廣泛的應用。 早期的地下連續牆多用於大壩的防滲牆, 一般是在地下先鑿出一條溝槽, 然後澆灌混凝土以形成一透水性很低的薄膜, 由於其目的主要是隔水,

因此對牆面的垂直度、平整度及混凝土的強度的要求並不嚴格, 主要是控制其水密性。 1961 年法國巴黎費利浦大樓深基礎工程首先成功地採用了較高精度的地下連續牆技術, 這是地下連續牆施工技術在高層建築中的首個應用實例。 我國也是較早應用地下連續牆施工技術的國家之一, 首先應用是水電部門於 1958 年在青島月子口水庫建造深20m 的樁排式防滲牆以及在北京密雲水庫建造深 44m 的槽孔式防滲牆。 1971 年在臺灣地區的臺北市吉林路中國國際銀行大樓中採用了地下連續牆, 牆厚 550mm, 深 15m, 是國內也是東南亞地區首先應用在高層建築中的地下連續牆工程 。 1977 年在上海研製成功了導板抓鬥和多頭鑽成槽機之後,
首次用這種機械施工了某船廠升船機港地岸壁, 為我國加速開發這一技術起到了積極推動作用。

最初地下連續牆厚度一般不超過 0.6m, 深度不超過 20m。 到了 20 世紀 60~80 年代, 隨著成槽施工技術設備的不斷提高, 牆厚達到 1.0~1.2m, 深度達 100m 的地下連續牆逐漸出現。 從 1965 年至 1987 年, 日本利用地下連續牆作為圍護結構的工程多達 365 例。 東京都澀谷區 NHK 新廣播電臺大樓, 地下 2 層, 地上 3 層。 基坑圍護結構採用 T 字形大斷面地下連續牆, 牆厚為 60cm 和 100cm, 深度為 18~22m, 地下連續牆作為地下室外牆兼作雙層車道的基礎;營團地鐵有樂町線基坑工程採用 80cm 地下連續牆厚度作為圍護結構;日本國室蘭港的白鳥大橋(主跨 720 m 懸索橋)主塔墩為直徑 37 m、深 70 m 的基坑採用地下連續牆圍堰,

從築島頂面算起地下連續牆打入地層以下 100 m(嵌岩 30 m), 成功地修建了主塔墩的直接基礎。 到了 20 世紀 90 年代, 由於成功研製並使用了水準多軸銑槽機, 出現了超厚(3.20m)和超深(170m)的地下連續牆結構。 已建成的日本東京灣跨海大橋的川崎人工島(牆厚2.8, 直徑 108m)的地下連續牆基礎, 最大深度已達 140m。

在國內自從引進地下連續牆技術至今地下連續牆作為基坑圍護結構的設計施工技術已經非常成熟。 進入 90 年代中期, 國內外越來越多的工程中將支護結構和主體結構相結合設計, 即在施工階段採用地下連續牆作為支護結構, 而在正常使用階段地下連續牆又作為結構外牆使用, 在正常使用階段承受永久水準和豎向荷載, 稱為“兩牆合一”。

如新閘路地鐵車站、上海銀行大廈、越洋廣場、平安保險廣場和上海二十一世紀中心大廈等均採用了“兩牆合一”設計。 “兩牆合一”減少了工程資金和材料投入, 充分體現了地下連續牆的經濟性和環保性。 2000 年以後, 隨著國內又一輪建築高潮的興起, 深大基坑和市區內周邊環境保護要求較高的基坑工程不斷湧現, 對工程的經濟性和社會資源的節約要求越來越高, 一系列外部條件的發展, 促進了地下連續牆工藝又得到了進一步推動, 同時也出現了一批設計難度較高的工程。 例如上海 500kV 世博地下變工程直徑 130m 的圓形基坑, 基坑開挖深度為 34m, 採用了 1.2m 厚的地下連續前作為圍護結構, 同時在正常使用階段又作為地下室外牆。

一、地下連續牆的特點與適用條件

1. 地下連續牆的特點

在工程應用中地下連續牆已被公認為是深基坑工程中最佳的擋土結構之一, 它具有如下顯著的優點:

(1) 施工具有低噪音、低震動等優點, 工程施工對環境的影響小;

(2) 連續牆剛度大、整體性好, 基坑開挖過程中安全性高, 支護結構變形較小;

(3) 牆身具有良好的抗滲能力, 坑內降水時對坑外的影響較小;

(4) 可作為地下室結構的外牆, 可配合逆作法施工, 以縮短工程的工期、降低工程造價。

但地下連續牆也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題, 因而需採取相關的措施來保證連續牆施工的品質。

2. 地下連續牆的適用條件

由於受到施工機械的限制, 地下連續牆的厚度具有固定的模數,不能像灌注樁一樣對樁徑和剛度進行靈活調整,因此,地下連續牆只有用在一定深度的基坑工程或其它特殊條件下才能顯示其經濟性和特有的優勢。對地下連續牆的選用必須經過技術經濟比較,確實認為是經濟合理時才可採用。一般情況下地下連續牆適用於如下條件的基坑工程:

(1) 深度較大的基坑工程,一般開挖深度大於 10m 才有較好的經濟性;

(2) 鄰近存在保護要求較高的建、構築物,對基坑本身的變形和防水要求較高的工程;

(3) 基地內空間有限,地下室外牆與紅線距離極近,採用其它圍護形式無法滿足留設施工操作空間要求的工程;

(4) 圍護結構亦作為主體結構的一部分,且對防水、抗滲有較嚴格要求的工程;

(5) 採用逆作法施工,地上和地下同步施工時,一般採用地下連續牆作為圍護牆;

(6) 在超深基坑中,例如 30m~50m 的深基坑工程,採用其它圍護體無法滿足要求時,常採用地下連續牆作為圍護體。

二、地下連續牆的結構形式

目前在工程中應用的地下連續牆的結構形式主要有壁板式、T 型和 П 形地下連續牆、格形地下連續牆、預應力或非預應力 U 形折板地下連續牆等幾種形式。

1. 壁板式

該形式又可分為直線壁板式(如圖 11-1(a)所示)和折線壁板式(如圖 11-1(b)所示),折線壁板式多用於模擬弧形段和轉角位置。壁板式在地下連續牆工程中應用得最多,適用于各種直線段和圓弧段牆段,例如,在上海世博 500kV 地下變電站直徑 130m 的圓筒形基坑地下連續牆設計中,就採用了 80 幅直線壁板式地下連續牆來模擬圓弧段。

2. T 型和 П 形地下連續牆

T 型(如圖 11-1(c)所示)和 П 形地下連續牆(如圖 11-1(d)所示)適用於基坑開挖深度較大、支撐豎向間距較大、受到條件限制牆厚無法增加的情況下,採用加肋的方式增加牆體的抗彎剛度。

3. 格形地下連續牆

格形地下連續牆(如圖 11-1(e)所示)是一種將壁板式和 T 形地下連續牆兩種形式組合在一起的結構形式,格形地下連續牆結構型式的構思出自格形鋼板樁岸壁的概念,是靠其自身重量穩定的半重力式結構,是一種用於建(構)築物地基開挖的無支撐空間坑壁結構。

格形地下連續牆多用於船塢及特殊條件下無法設置水準支撐的基坑工程,目前也有應用於大型的工業基坑,如上海耀華-皮爾金頓二期熔窯坑工程,熔窯建成後坑內不允許有任何永久性支撐和隔牆結構,而且要保護鄰近一期工程的正常使用。該工程採用了重力式格形地下連續牆方案,利用格形地下連續牆作為基坑支護結構,同時作為永久結構。格形地下連續牆在特殊條件下具有不可替代的優勢,但由於受到自身施工工藝的約束,一般槽段數量較多。

4. 預應力或非預應力 U 形折板地下連續牆

這是一種新形式的地下連續牆,已應用於上海某地下車庫工程。折板是一種空間受力結構,有良好的受力特性,還具有抗側剛度大、變形小、節省材料等特點。

地下連續牆的厚度具有固定的模數,不能像灌注樁一樣對樁徑和剛度進行靈活調整,因此,地下連續牆只有用在一定深度的基坑工程或其它特殊條件下才能顯示其經濟性和特有的優勢。對地下連續牆的選用必須經過技術經濟比較,確實認為是經濟合理時才可採用。一般情況下地下連續牆適用於如下條件的基坑工程:

(1) 深度較大的基坑工程,一般開挖深度大於 10m 才有較好的經濟性;

(2) 鄰近存在保護要求較高的建、構築物,對基坑本身的變形和防水要求較高的工程;

(3) 基地內空間有限,地下室外牆與紅線距離極近,採用其它圍護形式無法滿足留設施工操作空間要求的工程;

(4) 圍護結構亦作為主體結構的一部分,且對防水、抗滲有較嚴格要求的工程;

(5) 採用逆作法施工,地上和地下同步施工時,一般採用地下連續牆作為圍護牆;

(6) 在超深基坑中,例如 30m~50m 的深基坑工程,採用其它圍護體無法滿足要求時,常採用地下連續牆作為圍護體。

二、地下連續牆的結構形式

目前在工程中應用的地下連續牆的結構形式主要有壁板式、T 型和 П 形地下連續牆、格形地下連續牆、預應力或非預應力 U 形折板地下連續牆等幾種形式。

1. 壁板式

該形式又可分為直線壁板式(如圖 11-1(a)所示)和折線壁板式(如圖 11-1(b)所示),折線壁板式多用於模擬弧形段和轉角位置。壁板式在地下連續牆工程中應用得最多,適用于各種直線段和圓弧段牆段,例如,在上海世博 500kV 地下變電站直徑 130m 的圓筒形基坑地下連續牆設計中,就採用了 80 幅直線壁板式地下連續牆來模擬圓弧段。

2. T 型和 П 形地下連續牆

T 型(如圖 11-1(c)所示)和 П 形地下連續牆(如圖 11-1(d)所示)適用於基坑開挖深度較大、支撐豎向間距較大、受到條件限制牆厚無法增加的情況下,採用加肋的方式增加牆體的抗彎剛度。

3. 格形地下連續牆

格形地下連續牆(如圖 11-1(e)所示)是一種將壁板式和 T 形地下連續牆兩種形式組合在一起的結構形式,格形地下連續牆結構型式的構思出自格形鋼板樁岸壁的概念,是靠其自身重量穩定的半重力式結構,是一種用於建(構)築物地基開挖的無支撐空間坑壁結構。

格形地下連續牆多用於船塢及特殊條件下無法設置水準支撐的基坑工程,目前也有應用於大型的工業基坑,如上海耀華-皮爾金頓二期熔窯坑工程,熔窯建成後坑內不允許有任何永久性支撐和隔牆結構,而且要保護鄰近一期工程的正常使用。該工程採用了重力式格形地下連續牆方案,利用格形地下連續牆作為基坑支護結構,同時作為永久結構。格形地下連續牆在特殊條件下具有不可替代的優勢,但由於受到自身施工工藝的約束,一般槽段數量較多。

4. 預應力或非預應力 U 形折板地下連續牆

這是一種新形式的地下連續牆,已應用於上海某地下車庫工程。折板是一種空間受力結構,有良好的受力特性,還具有抗側剛度大、變形小、節省材料等特點。

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