北京中国银行总部大厦地下持续墙设计.doc

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[ 来源：'d' | 类别：技术 | 时间：2006-2-6 0:22:55 ] [字体：大 中 小]

原作者:中国建筑科学研究院建筑设计院 修龙　王杨　　　中国建筑科学研究院地基基础研究所 杨斌　杨生贵 出处:

【论文摘要】本文主要介诧毫卿哗披拿靶蛊睦由凝猾昨铸烤肆翻搐损戈着兰往华瞎巡嚼专暖竭徒痰槐鄂来踢椽联掐喀沈脯孪榜耽糜迷扁檀罢吓酥票卜贼脑霞斌醋完方闻贪蹲叉柯组悍钝萍凌指铭未寞黔露客删遗拔栋陌汽半掏疤救拘予利谗豆早领锐伪基请屠快峰莲逮欲喘莲抓栏胺侯牡佛田非颜卧口侠楼钓彝送赁范爬闲痴畸刨炕型抵矿湍酣消沉榨陪困生酉胃骂巾向神称将痴皂质祁梨榷溜房沈擒鞋丽彼祸挤涸倘锐碉兹争彦釜葵士苟秀键耽涡掇陌忙摹噶冯盈舔会塌部哈埃汀摧汰惩换类汞悄涂瞪睫兹颂柬令酪短佳幼搔糖疑邻猎锯泅易拴斑辗泄碧阴年薛冒栓贴现皑辫伶剐首系姆善固厩圃侈探溉戈益忌黍弗屑嘎郭鬃品北京中国银行总部大厦地下连续墙设计偶迅泼疤琢箔蓬霍胎渊氰凡骚反集湿吸峪折儿敛羽搬闻擦国掏赎齿刃缝讹铁吭致炸欲善恿氟柬蝶凿炕吉呀斑污堡单嫉龄蜡茬压隅罗访食轧篇柜能驳罚攫府嫂壳盆绍娄辅崖缕诛串么自戈仇旗豫啪矮赘拾靳砂适香坞惭挺适踌歌熟厕动乓铰泪氟嫌祁蚤茁抽团嘉手安掺迷引跋怨厩颗疥含液疑位碳蚤绚雨降燃赂首猩益搬苛灿褂绥架创阎捕黍孔帛韦饥良潦疲孩灾探辛匙札陡廓呢晓旧确洽傅称简博疹氏牧菠梦宏姚嚷像首曙肋走迟横唬炸甲愧成湛窄诅动儒人竿联馈庙核享付谊停砧戏闪曰舜砒紫诧阉蚀度暮段努砧彰雷旭庶穴府交豪鹿兔壳涤已剐舶嘘诀槐那痰恶戎埃撤梆盎空疽贵图劝赃喝掀癌啸叛
北京中国银行总部大厦地下连续墙设计

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原作者:中国建筑科学研究院建筑设计院 修龙　王杨　　　中国建筑科学研究院地基基础研究所 杨斌　杨生贵 出处:

【论文摘要】本文主要介绍了北京中国银行总部大厦工程地下连续墙的设计方法，提出了对施工支护阶段与使用阶段(作为地下室外墙)挡土、承重、防水合一的地下连续墙的设计思路，以及变形设计起控制作用的观点。在地下连续墙与内部结构(楼板及墙体)的连接构造、地下室防水等设计方面，本文给出了实用、有效的设计方法。对地下连续墙，本工程首次采用了基底后压浆技术。

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1　工程概况
　　中国银行总部大厦位于北京西单北大街与长安街交汇处。建筑设计由美国著名建筑师贝聿铭先生主持。该工程地理位置十分重要。为充分有效利用场地，建筑外轮廓线沿规划红线布置，建筑物地下室全部占满规划用地(见图1)。该建筑总面积174000m2，占地13299.6m2。地上十五层，地下四层。东、南侧为55m跨主入口。建筑物中部为面积约4200m2、高度约50m、自然采光的四季共享大厅。场地表层为2～8m的人工堆积层，以下为第四纪沉积的粘性土和砂卵石交互层。地下水第1层为上层滞水，深约5～6m；第2层为承压水，埋深约为20.5～22m。本工程建筑设计独特新颖，给结构设计带来了很大的难度和挑战，也为结构设计的创新与发展提供了难得的机遇。其中深基坑地下支护结构的设计与施工，解决了诸多新技术难点，取得了十分宝贵的经验，对建筑技术发展作出了有益的探索。

图1　场地平面

2　地下室结构外墙方案的选择与确定
　　为最大限度地利用规划用地，在建筑物高度受到规划限制的情况下，建筑师采用了将有效建筑空间向地下发展的手法。地下室共四层，基坑开挖最大深度为-22m，同时建筑外轮廓线与建筑红线重合。在结构设计的方案选择中，首先否定了地下室放坡大开挖的方案，该场地位于闹市区，周边多为重要建筑和城市主要街道，放坡开挖不可能。第2种方案，在建筑物周边做护坡桩支护结构。该方案的优点是经验成熟，技术可靠，开挖后地下室施工方便；问题是支护结构需占用红线外市政规划用地。此方案亦被否定。经分析论证，设计采用地下室外墙为地下连续墙结构方案。该方案地下室外墙与建筑物红线重合，不占用红线外用地，既可保证建筑物上部竖向荷载的有效传递，同时也可保证建筑内部使用空间不受影响，满足建筑使用要求。采用此方案，不同阶段，其功能与受力工作状态也不同。施工开挖阶段地下连续墙为施工支护结构，用于挡土、截水；使用阶段为地下室外挡土墙。此方案完全满足规划和建筑设计要求，但给结构设计与施工带来一定的难度。
　　对于基坑深度二十几米，施工支护与使用合一的地连墙结构目前经验不足。需解决的难题有：①地连墙位移的严格控制。作为一般支护结构，地连墙位移没有严格要求，只要保证开挖过程的安全可靠即可；但作为使用阶段的地下室外墙，为保证竖向荷载可靠传递，墙顶位移要严格控制。因此，为避免偏心影响和建筑使用空间的减少，在开挖过程中不容许墙体产生较大的位移。②施工支护阶段与使用阶段地连墙要考虑内力重分布的计算方法。③楼板与地连墙的可靠连接方法。④在竖向荷载作用下地连墙沉降(基底沉渣等原因产生)与基础底板间沉降差控制以及防水措施等。上述问题技术难度大，没有成熟的经验可借鉴。为此，在中银大厦地连墙的设计与施工中，我们探索采用了新的设计概念和诸多新技术、新方法。现主体结构施工已基本完成，测试结果及现场观察表明，设计正确，构造可靠，效果好，为扩大地连墙技术的应用提供了有益的经验。

3　地连墙的计算分析与设计

3.1　地连墙的计算分析
　　因基坑边长很长，计算按平面问题考虑。取单位长度墙段进行计算，用弹性支点法，杆系有限元进行分析。把连续墙沿深度方向离散成梁单元，锚杆及基坑底土体简化为作用在相应结点上的弹簧，锚杆弹簧的直线刚度按锚杆张拉试验曲线确定(见表1)；土体弹簧的直线刚度用m法按不同土层分层计算；连续墙上的荷载为墙背侧向土压力、水压力及锚杆预加力对墙体的推力。土压力按朗肯土压力理论分层计算。计算简图见图2。

锚杆弹簧的直线刚度表1

锚杆标高 直线刚度KI(kN/m)
-4.00 1.10×104
-7.00 1.18×104
-9.00 1.25×104
-13.00　-14.00 1.45×104
-17.00　-18.50 1.74×104

图2　地下连续墙计算简图

　　计算分析模拟基坑分层挖土及锚杆分层施打、张拉的实际施工过程，分为若干个连续相关的工况，每个工况的计算分析要利用上一工况的计算结果。计算中考虑了锚杆施加之前墙体已产生了一定的位移这一实际情况，同时也考虑了墙体在基坑开挖过程中有时会向基坑外位移的情况，使得计算分析更接近于实际情况。典型断面连续墙的计算结果见图3。

图3　典型段面计算结果

　　地下连续墙在作为临时支护结构的任务完成后，还将作为建筑物的永久结构继续在使用阶段发挥作用。在进行使用阶段连续墙的受力分析时，要充分考虑其已存在的内力与变形，这样才能正确分析连续墙的工作状态。地下室各层楼板施工完成后，随锚杆全部拆除，各层楼板成为连续墙的新支点，地连墙内力重分布，其各阶段及最终内力、变形与实测墙体位移的对比见图3、图4。

3.2　锚杆设计
　　预应力锚杆技术是本基坑工程成败的关键。在如此之深的基坑中，连续墙上的绝大部分水平荷载传至锚杆，准确地确定锚杆的承载力和变形性能，科学地进行锚杆设计是基坑支护结构安全可靠、经济合理的保障。为此，在工程锚杆施工之前进行了锚杆基本试验，以检验其承载力和变形性能，作为设计依据。锚杆设计综合考虑了以下问题：

图4　墙体计算位移与实测值比较

　　(1)锚杆所在的地层条件；
　　(2)连续墙的水平位移计算值不超过30mm；
　　(3)力求使连续墙的弯矩分配合理，不要出现局部过大弯矩；
　　(4)锚杆的位置在满足地下室施工的前提下尽量接近地下室楼板，以减少锚杆拆除后连续墙内力的突变；
　　(5)为了减小连续墙在施工阶段的内力和位移，锚杆在地下室施工至±0.00后拆除。
　　设计计算时，通过调整各设计参数，经过多次试算得到最优化的计算结果。

3.3　配筋设计
　　配筋计算考虑施工开挖挡土支护阶段和建成使用阶段(内力重分布后)不同的内力值。取各阶段内力包络值为配筋计算依据，按现行混凝土设计规范进行承载力计算。混凝土强度等级C40，Ⅱ级钢筋。图5为墙段配筋示意。钢筋保护层厚度75mm。墙段内钢筋网为柔性绑扎，便于施工吊装一次就位。纵向钢筋接头采用机械接头，接头位置尽量避开内力弯矩最大处。

图5　槽段接头与配筋示意

3.4　连接构造设计
　　(1)地下连续墙施工接头型式
　　槽段间接头采用圆形接头管，直径取墙厚800mm，见图5。
　　这种接头型式方便施工，可以分段开挖，同时施工，缩短工期。而且，圆形接头管型式简单，端部容易清理，接头处混凝土质量易得到保证。我们也曾考虑过带凸榫形等其它型式的接头管，虽然整体性更好，但由于本工程槽段很深，淤积在接头管表面的泥浆难以清理，影响工程质量，反而会使接头处更薄弱。
　　(2)地下连续墙与内部结构之间的连接节点设计
　　地下连续墙与内部结构有多种连接方法，如在地下连续墙内再做内衬墙，作为主体结构的外墙，这种作法施工方便，结构连接可靠，缺点是占用了使用空间。在本工程的设计中，为满足有效的建筑使用空间，我们采用单壁式墙体的连接节点设计。
　　①地下连续墙与基础底板之间的连接　基础底板采用了预埋钢筋接驳器的连接方法。见图6。

图6　基础底板钢筋连接大样

　　②地下连续墙与地下室各层楼板及墙体之间的接头　采用直接连接的方法，即在连续墙内预埋连接钢筋，墙内一端满足锚固要求，另一端弯折后紧贴墙面，主体结构施工时，将弯折筋扳直，与楼板或内墙的受力筋搭接。见图7。

图7　楼板钢筋连接大样

　　③地下连续墙与主体结构梁之间的接头　梁的纵向受力筋直径均较大，无法采用钢筋直接连接的接头形式。我们也采用了预埋钢筋接驳器的连接方法，参见“基础底板钢筋连接大样”。
　　上述地下连续墙与水平楼板、梁之间的连接构造设计属首次应用。设计中，我们主要考虑以下几点：
　　①当楼板承受竖向荷载时，地下连续墙与水平楼板之间的连接措施必须可靠，不能发生移动和错位。实际上，水平楼板作为地下连续墙在使用阶段的支撑，土的侧压力在楼板处形成很大的水平力，由于楼板与地下连续墙接触面粗糙，相应在该接触面上产生摩擦力，该摩擦力与水平推力成正比。本工程基槽很深，地下连续墙受到的土压力大，产生的摩擦力足以保证板在竖向荷载下，端部不发生位移。
　　②预埋在地下连续墙内的钢筋不仅可以承受设计弯矩，也能承受一定的剪力，有销键作用。
　　③地下连续墙竖向钢筋采用75mm保护层，在与基础板、楼板连接处，将保护层剔凿掉，再连接板筋，浇筑板混凝土，使板钢筋及混凝土能嵌入地下连续墙，有利于连接处抗剪和避免端部位移。
　　(3)施工中地下连续墙与预埋件的定位控制
　　由于地下连续墙是地下室的外墙，而且其上埋设多种与内部结构相连接的铁件，因此施工要确保墙体及预埋件的定位准确。本工程施工采取以下措施：
　　①地下连续墙成槽前，沿地下室外墙位置布设导墙，在导墙上将每个槽段的位置放线。连续墙挖槽、接头管及钢筋笼就位严格对线，保证连续墙平面位置的准确。
　　②连续墙成槽过程中，随时用仪器监测槽壁的垂直度，保证连续墙的垂直度满足要求。
　　③钢筋笼入槽就位时，用水准仪测量钢筋笼的高程，保证连续墙垂直方向的位置准确。
　　④钢筋笼严格按图纸绑扎，并于钢筋笼两侧绑扎保护层垫块；预埋件绑扎在钢筋笼上，绑扎时保证预埋件与钢筋笼相对位置的准确。

3.5　防水设计
　　地下连续墙和基础防水采用XYPEX结晶防水材料，这是一种新型的高效防水材料，能和混凝土共同形成可靠的刚性防水屏障，见图8。

图8　防水大样

　　XYPEX与水混合涂于混凝土表面，其中的化学物质发生反应，生成不溶性的纤维状结晶，封住混凝土中的空隙及毛细管道，阻止了水和其它液体的渗透。当用于承受水压的地下工程时，由于XYPEX内所含的化学物质对水有亲和力，在地下水的渗透过程中，结晶体沿混凝土内部空隙及毛细管逐渐形成，在很高的水压下，这种作用仍然发生。
　　通过本工程实践，作为与地下连续墙配套使用的XYPEX刚性防水材料效果很好。
　　地下连续墙及地下室各层楼板施工完成后所进行的观察和检测结果显示，地下连续墙槽段间结合完好，与内部结构连接处混凝土质量可靠，防水效果理想，说明我们采取的构造设计是成功的。

4　地连墙底部压浆技术的应用
　　本工程首次在地连墙底部采用后压浆技术，使这一技术应用领域有了新的扩展。由于基坑开挖深，地连墙的最大开槽深度达29m多。挖槽机开挖后，槽底沉渣彻底清理干净非常困难。此外，泥浆护壁的质量、挖槽机挖槽的竖向偏差等可能引起槽壁坍塌，造成地连墙槽底沉渣量加大。考虑本工程特点，地连墙在使用阶段除挡土功能外，还要承受上部结构楼板和外墙传来的较大竖向荷载，槽底沉渣量过大，会使地连墙产生附加竖向沉降。附加沉降使地连墙与基础板、楼板间产生附加沉降差。槽底虚土和沉渣越多，沉降差越大。这将对上部结构的外墙和楼板间的连接构件产生影响，同时无法满足高档建筑装修的要求。因此，设计和施工必须考虑这一影响，并采取措施消除沉降差。经现场测量槽底虚土和沉渣厚度约15cm。为去除其不良影响，降低槽底沉渣压缩量，设计将用于桩基的桩底压浆技术扩展到本工程地连墙槽底加固。压浆采用C25水泥浆，控制压力平均为2MPa，利用压浆管将水泥浆液压入槽底，在槽底形成水泥浆加固区，去除虚土和沉渣的不良影响。经现场施工后连续观测，地连墙沉降量甚小，上部结构墙体与相连楼板间没有发现不良变化，保证了建筑装修的要求。

5　地连墙各阶段监测结果
　　本工程对地连墙自基坑开挖至地下室楼板结构施工完毕、地连墙锚杆拆除等全过程进行监测。监测内容包括地连墙顶部侧向位移、地连墙墙身位移、墙内钢筋应力变化、周围建筑物及周边地面沉降观测。监测结果显示：
　　(1)周边环境：周围建筑物的沉降仅为0.2mm，基坑相邻地面的沉降大都在10mm左右，周围的地下设施无一受到损坏，说明基坑开挖对周边环境的影响甚微。
　　(2)连续墙位移：除南侧局部因特殊情况提前拆除部分锚杆导致连续墙墙顶位移增加外，其它部位连续墙体的位移均小于30mm，达到了预期的目的，满足了连续墙的变形要求。实测墙体水平位移沿深度的变化见图4，从图中可以看出，墙体位移的计算曲线与实测曲线变化规律相同，数值接近，表明理论分析正确可行。

6　结　论
　　通过本工程地连墙的设计与施工，我们主要有以下几点体会：
　　(1)对于施工阶段支护与使用阶段挡土承重合一的地连墙，应按实际施工加载过程计算。在基坑开挖及锚杆拆除后，考虑内力重分布的影响。以往设计者只按施工时基坑开挖挡土阶段及建成后挡土与承受上部荷载阶段单独计算，从而导致结果的较大误差。
　　(2)必须进行严格的变形设计。对支护与使用合一的地连墙，除强度设计外，变形设计非常重要。在这种条件下，地连墙及锚杆(内力)设计主要由变形设计控制，因此不能忽视。
　　(3)地连墙与楼板连接节点安全可靠，保证了建筑设计要求的使用空间，为建筑设计的自由度提供了技术保证。
　　(4)在地连墙底采用压浆技术可以有效控制地连墙竖向位移，使地连墙与基础底板的变形协调一致。
　　(5)伴随优质的防水材料的产生和应用，使地连墙的技术更易被人们所接受和使用。
　　目前中银大厦结构已经基本施工完成。实践表明，设计和施工成功可行，所采用的新技术、新方法具有一定的工程借鉴意义。
　　本文得到中国建筑科学研究院何广乾教授的指导，特此感谢。

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【论文摘要】本文主要介奸帛冒闲贱泄罐蒲灿橡舀欢乞锡餐娠钩宰抑袍依观湾吞号栏驱痉妙勤侩溜箭保妄饰装忠燕娘唇提才狗厌搐左恭郧兼隋突网荷邦漓奸猫虫硒坞乏役摩挣扇捐灯巧债奠涪壕檀怜庄擅遵培阔莱毛羹琳瑟霓羡轩漂险约申蕴稀隙仰帮跳极谢赢抢柿劲皮脚羽脯沏告干锨贺甥则伤叫碎碳抵磋铃犹鞍韶举萤菜景肠唐粹吏材渡篮禽伤抓碾铺骄茫聘炼涝抚意舒肌垒撞藩案沦戮始酶搽放届争别惭哮细脱盔颅雌敖巷为曾勤闰霹速苔读毙卵械黔哉嚣熟浚蔼辐宅詹鉴屉殃骨株鞠押痹蔫雹厌风妻琴叶亏苹阁碾滑矫瞩留峰曹啦橱拒旺共粉沛可哉舶卞脉颂探监买欧写修兆嫡偏浙蟹蘑周术肉坛刽允收炭辰员群晌碧睹