湖南旺旺医院二期医疗大楼共19层,结构高度为69.30m,整体设置6层地下室,基础底板面标高为-30.700m,基坑开挖深度为32.10m。基坑面积约10 000m²,周长约440m,基坑周边存在一定数量的市政管线及医药内部管线,周边环境较为复杂,环境保护要求极高。工程场地分布有人工填土层、植物层、粉质黏土、含有机质粉质黏土、粉砂、中砂、圆砾、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩等共10层,各地层主要特征和物理力学指标如表1所示。

　　 本工程基坑开挖深度为32.10m,属深基坑。深基坑工程实施过程中受到基坑开挖、地下水、大气降水以及施工动载等许多不确定因素的影响,在本地区水量丰富、渗透性较强的地层中开挖如此深的基坑工程存在着一定的风险性; 另外基坑位于医院内部,周边已有建构筑物较多且与基坑距离较近,周边环境保护要求高; 地下室外墙紧邻建筑红线,场地内施工场地较小; 业主对地下空间的利用和施工工期提出了较高的要求。

　　 根据本工程的建筑结构特点、场地的工程地质条件和水文地质条件、周边环境的保护要求程度、经济性及业主对施工工期要求等因素,结合国内其他地区类似基坑围护工程案例,提出了全逆作法的基坑围护设计方案:地下连续墙(两墙合一)+地下结构梁板替代水平支撑+地上、地下同时施工,即基坑整体采用逆作法施工,逆作施工阶段同步完成地上19层结构的施工,基坑周边采用两墙合一的地下连续墙作为围护体,利用地下结构梁板作为水平支撑,采用一柱一桩(钢立柱结合柱下钻孔灌注桩)作为竖向支承构件承受施工阶段结构自重和施工荷载。

　　 本文基于现行规范并借鉴类似工程实践经验,主要针对超深基坑逆作法“两墙合一”的地下连续墙进行了设计。首先从施工能力和计算分析等方面分析了地下连续墙的厚度和深度; 接着结合工程地质条件和施工特点对地下连续墙槽段接头和成槽方法进行了设计; 最后对地下连续墙的防水节点进行了设计。

　　 本工程围护体采用地下连续墙,作为基坑围护结构起到挡土和止水作用的同时,又作为地下结构外墙,即“两墙合一”。基坑工程开挖深度达到32.10m。根据工程地质条件和表1所示场地内各土层的物理力学指标、开挖深度以及《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012) ^[1]的相关规定,通过采用理正深基坑软件进行计算分析,最终确定本基坑工程地下连续墙厚度取1 000mm。

　　 地下连续墙插入深度结合地下连续墙整体稳定、坑底抗隆起和抗倾覆等各项稳定性的验算,以及当前地下连续墙施工机械设备的能力条件等因素,同时遵循安全、经济、合理的原则确定 ^[2]。本工程通过理论分析、计算和调研工作,最终确定地下连续墙插入基底以下深度为7m,并根据不同的受力情况对地下连续墙进行分类,开展相应的力学性能分析。

　　 两墙合一地下连续墙的设计与计算需考虑地下连续墙在施工期、竣工期和使用期不同的荷载作用状况和结构状态,应同时满足各种情况下承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求 ^[2,3]。在施工阶段,墙体内力计算按照地下结构的梁板布置确定支撑标高,根据施工条件、基坑分层开挖深度等计算工况,进行各种工况下的连续完整的设计计算; 共考虑了12种工况,如表2所示。

　　 该工程地下连续墙的计算采用竖向弹性地基梁法,计算简图如图1所示。作用在弹性地基梁上的水土压力与土层分布以及地下水位有关系。地下连续墙变形、内力计算和各项稳定验算计算时,黏性土、粉质黏土、岩层的水土压力计算采用水土合算,砂质粉土、砂土的水土压力计算采用水土分算,土的凝聚力c、内磨擦角φ值详勘察报告中的相应值(表1)。计算中地面压应力原则上取为30kPa,坑外建筑的附加压应力按每层15kPa计算。基坑周边地下连续墙配筋计算时分项系数取1.25,重要性系数取1.1。

　　 以结构梁板作为基坑开挖阶段的水平支撑,其支撑刚度大,对水平变形的控制极为有效,对周边环境保护非常有利,同时也避免了临时支撑拆除过程中围护墙的二次受力和二次变形对环境造成的进一步影响。且计算结果表明,外部侧向水土压力很大部分由地下连续墙自身通过梁板水平支撑来承担,相应减轻了地下连续墙结构负担,克服了竖向应力过大的缺点,使结构整体应力分布均匀,设计趋于经济合理。1 000mm厚的钢筋混凝土地下连续墙足以满足各阶段的轴向受压承载力、地下连续墙变形和水平抗弯要求。

　　 本工程中地下连续墙墙底深度接近40m,超深地下连续墙若采用锁口管或接头箱,其与一期槽段侧壁混凝土接触面积大,顶拔锁口管或接头箱需克服较大的摩阻力。巨大的顶拔力对锁口管自身与导墙承载力的考验是相当大的,因管身材料焊接加工质量和导墙后座强度不够导致锁口管拔断或埋管的风险几率将大为增加。因此,地下连续墙的接头应满足以下要求:可隔离侧壁混凝土、大幅降低顶拔难度,或者可免除锁口管的设置和拔出困难。

　　 目前超深地下连续墙中常用的槽段接头形式是工字形接头和V字形接头,但是V字形接头相对工字形接头加工和安装更复杂,施工精度要求更高; 相对而言,V字形接头刚度稍小一些,钢筋笼下放过程中的变形会引起接头的变形,或在混凝土的侧压力作用下容易变形、移位而影响后续刷壁和捣固施工; 并且V字形接头的渗流路径比工字形接头短30%,止水性能没工字形接头好 ^[2]。因此,本工程地下连续墙槽段接头采用工字形接头,如图2所示。

　　 工字形接头降低了施工难度,使施工质量得到保证; 而且工字形接头为刚性接头,形成的地下连续墙较其他接头形式整体性更好,支护结构的整体受力和止水性能都更符合设计要求 ^[2,4]。常规工字形接头在一期槽段浇筑时,工字钢后侧回填碎石或沙袋,二期槽段施工时又需将上述回填物清理干净,工序较为复杂,本工程考虑在一期槽段工字钢外侧设置圆形锁口管,待二期槽段成槽前将锁口管拔出,免除了接头位置碎石回填及清理的工序,可有效加快施工速度。为加强圆形锁口管对工字钢的限位作用,本工程考虑在圆形锁口管外侧焊接两个角钢,如图3所示; 相应地下连续墙施工流程图如图4所示。

　　 本工程⑨强风化泥质粉砂岩岩面埋深约10m,基坑开挖深度约32.1m,地下连续墙墙底埋深约39.1m,地下连续墙进入⑩中风化泥质粉砂岩超过20m。一般地下连续墙常规液压成槽机适用于较松软的土质,通常土层标贯击数N值超过30则挖掘速度会急剧下降,而当N值超过50即难以挖掘。本工程⑨强风化泥质粉砂岩标贯击数N值已达55,⑩中风化泥质粉砂岩标贯击数N更高,根据以往类似土层的工程实践经验 ^{[2,3,4,5,6,7,8]},采用一般的液压成槽机无论在工效、垂直度等方面均难以满足工程要求。经过综合比较,本工程地下连续墙的施工采用“钻抓结合”的方式,即采用旋挖钻机与液压抓斗相结合的成槽工法,采取先深后浅、跳一挖一、先直行段后转角段的开挖措施。目前地下连续墙已全部施工完毕,监测机构对地下连续墙、周边建筑物、管网的各项监测数据均在规范限值以内,基坑处于稳定状态,表明采用“钻抓结合”的施工工艺对复杂的周边环境影响很小。

　　 地下连续墙采用泥浆护壁成槽施工,水下浇筑混凝土,槽段分幅形成。根据工程的实际情况,地下连续墙防渗漏设计除了需加强自身结构防水的设计之外,尚需对如下几个防水薄弱环节进行重点设计:1)槽段接缝及内衬墙防水; 2)地下连续墙与压顶圈梁、各层结构梁板及基础底板接缝防水 ^[9,10]。

　　 本工程地下连续墙混凝土强度等级为C35(水下混凝土提高一级),抗渗等级为P12。地下连续墙成槽过程中的槽壁稳定性与墙体的施工质量密切相关,成槽过程中槽壁失稳往往造成槽壁坍塌、地下连续墙平整度以及垂直度达不到设计要求,从而影响墙体中预埋钢筋接驳器和插筋的位置,形成墙体抗渗的薄弱点 ^[9,10]。因此地下连续墙成槽施工中应重视地下连续墙槽壁稳定性问题,并应采取有效的技术措施确保槽壁的稳定性以保证地下连续墙的施工质量。该工程采取的措施主要有:1)地下连续墙正式施工前,先试成槽以确定合理的施工参数; 2)适当提高护壁泥浆比重,有效提高槽壁的稳定性; 3)在地下连续墙两侧设置三轴水泥土搅拌桩槽壁加固,加固范围为自然地坪至强风化岩面顶,以防止塌槽现象、提高地下连续墙成槽及浇筑质量,如图5所示。

　　 地下连续墙接缝防水设计的原则为“以堵为主,以疏为备”,主要体现在以下个方面:

　　 (1)槽段间采用工字形接头,该接头既可满足地下连续墙环向受力要求,也可实现免除锁口管的设置与拨出,同时又增长了地下水由地下连续墙接缝渗入室内的绕流路径,起到了良好的防渗效果。

　　 (2)在地下连续墙槽幅分缝位置设置扶壁柱,扶壁柱通过预先在地下连续墙内预留的钢筋与地下连续墙形成整体,从而增强地下连续墙接缝位置的防渗性能; 地下连续墙与结构扶壁柱关系如图6所示。

　　 (3)在地下连续墙内侧设置通长的内衬砖墙,即在地下连续墙内侧一定距离处砌筑一道砖衬墙。砖衬墙内壁要做防潮处理,且与地下连续墙之间在每一楼面处设置导流沟,各层导流沟用竖管连通,使用阶段如局部地下连续墙有细微渗漏时,可通过导流沟和竖管引至积水坑排出,以保证地下室的永久干燥; 结构壁式框架与内衬砖墙的结合关系如图7所示。

　　 (1)地下连续墙顶部设置贯通、封闭的压顶圈梁,该工程与地下连续墙相交处的一层结构板顶标高与压顶圈梁标高一致。地下连续墙压顶圈梁与地下连续墙二次浇筑,压顶圈梁又与1层结构梁板二次浇筑,因此地下连续墙与1层结构存在两个二次浇筑施工缝。为确保二次浇筑施工缝位置的防水可靠性,在墙顶位置留置通长的凹槽以增加连接部位的渗透路径,同时在槽内放置遇水膨胀止水条; 压顶圈梁与1层结构梁板浇筑接缝处,提前凿除如图8所示阴影部分,并在两个面加设遇水膨胀止水条,再与1层结构梁板共同浇筑。该止水措施取得了良好的止水效果。

　　 (2)地下连续墙内预留插筋和剪力槽,与地下室各层环梁进行有效连接,环梁再与各层梁板进行连接,如图9所示。

　　 (3)地下室底板与地下连续墙连接部位考虑埋设两道遇水膨胀防水条,底板与地下连续墙连接处设置嵌入地下连续墙中的底板环梁,将各幅地下连续墙槽段连成整体,如图10所示。

　　 以上措施在该工程中得到充分实践,根据现场实施情况观测,本工程投产后地下连续墙与内衬墙、地下室顶板、各层楼板、底板之间连接位置防水效果良好。

　　 湖南旺旺医院医疗大楼扩建工程基坑面积约10 000m²,深度32.10m,工程地处高水位中风化岩,周边环境条件复杂。工程采用超深基坑全逆作法设计体系,围护体采用“两墙合一”地下连续墙。通过理论研究、计算分析以及类似工程调研等手段,对超深基坑逆作法“两墙合一”地下连续墙进行了专项设计,并得到如下结论:

　　 (1)通过当前地下连续墙施工机械设备的施工能力、受力分析以及抗渗要求三方面的分析,最终确定在开挖深度达32.10m的中风化岩超深基坑工程中地下连续墙厚度仅采用1 000mm,地下连续墙插入基底以下深度7m即可满足设计相关要求。

　　 (2)结合本工程具体情况以及水文地质和工程地质特点,地下连续墙槽段接头采用工字形接头,在工字钢外侧设置圆形锁口管,并在圆形锁口管外侧焊接两个角钢,加强圆形锁口管对工字钢的限位作用; 成槽方法采用“钻抓结合”的地下连续墙成槽新技术。

　　 (3)对地下连续墙墙身、槽段接缝、地下连续墙与压顶圈梁、各层结构梁板及基础底板接缝防水以及内衬墙等防水薄弱环节进行了专项的防水设计,实施结果表明这些部位防水效果良好。