一种现浇预应力地下连续墙的布筋型式及其张拉方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种现浇预应力地下连续墙的布筋型式及其张拉方法。

背景技术：

地下连续墙作为深基坑支护挡土墙常用形式之一，在高层建筑、市政工程等地下基坑围护结构中得到了广泛应用，尤其是软土地基、城市中心区域以及需要对临近建筑物和地下管线进行保护的基坑，地下连续墙成为首选挡土围护方式。但是，随着基坑开挖越来越深，围护结构受到的水土压力越来越大，为了有效控制地下连续墙的侧向变形，需加大地下连续墙的厚度或者减小基坑支撑的间距，前者会增加地下连续墙围护结构的施工成本，后者将提高基坑开挖施工的难度。

预应力技术以其能有效增加结构构件的刚度，主动控制结构构件在荷载作用下的变形，具有节约材料、改善结构性能等优点，在建筑工程地上结构中得到了广泛应用和发展。将预应力技术应用于地下连续墙结构可以提高其强度、刚度及抗裂性能，减小墙体的钢筋用量以及水土压力下的变形，实现降低工程造价，加快施工进度等目标，具有显著的经济效益和社会效益。然而，现有预应力地下连续墙多为预制式，预应力筋大多呈直线布置，与地下连续墙结构受力相比，呈直线布置的预应力筋缺乏针对性，甚至有些线形布置不合理，造成预应力筋用量过多，经济效益低，且施加的预应力对地下连续墙变形的控制效果差；另外，由于预应力筋的张拉端布置于地下连续墙顶部，而地下连续墙顶部混凝土很难浇筑密实，因此，张拉前需要将预应力筋张拉端的混凝土凿除并重新浇筑，而且，在地下连续墙浇筑阶段需要对预应力张拉端进行特别保护，因此，上述预应力地下连续墙的施工方法步骤繁琐、施工周期长且难以保证施工质量。

技术实现要素：

针对现有预应力地下连续墙墙体变形控制效果差，预应力筋线形布置缺乏针对性及需在墙体顶部张拉，施工周期长且难以保证施工质量等问题。本发明的目的是提供一种新型现浇预应力地下连续墙的布筋型式及其张拉方法,预应力筋采用两段反向抛物线线形布置型式，不仅能够减小预应力筋的长度以及跨度，增大预应力筋的矢跨比，减少预应力筋的用量并有效增大张拉预应力产生的等效荷载值，而且充分发挥预应力作用的效应，实现地下连续墙的最优变形控制效果，此外，预应力筋从地下连续墙墙体内侧进行张拉，在混凝土浇筑阶段不需对张拉端进行特别保护，而且避免了张拉端区域混凝土凿除和再浇筑，减少了施工工序、缩短了工期，有利于保证施工质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种现浇预应力地下连续墙的布筋型式，所述现浇预应力地下连续墙内的预应力筋呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，所述预应力筋包括均呈抛物线形状的第一段预应力筋和第二段预应力筋，所述第一段预应力筋底部的固定端位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，所述第一段预应力筋的开口朝向所述现浇预应力地下连续墙的迎土面；所述第二段预应力筋位于第一段预应力筋顶部，且所述第二段预应力筋与所述第一段预应力筋的开口方向相反，所述第二段预应力筋顶部的张拉端设置在所述现浇预应力地下连续墙的内侧，且位于所述地下一层水平支撑上方，所述第一段预应力筋和所述第二段预应力筋在反弯点处光滑连接。

本发明的现浇预应力地下连续墙内的预应力筋呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，它包括由下至上设置的第一段预应力筋和第二段预应力筋，第一段预应力筋底部的固定端位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，其开口朝向现浇预应力地下连续墙的迎土面，第一段预应力筋张拉后产生的等效荷载用于抵抗现浇预应力地下连续墙外侧的水土压力；第二段预应力筋与第一段预应力筋的开口方向相反，第二段预应力筋顶部的张拉端设置在现浇预应力地下连续墙靠近基坑的内侧，且位于地下一层水平支撑上方，第一段预应力筋和第二段预应力筋在反弯点处光滑连接，第二段预应力筋实现第一段预应力筋的转向并在现浇预应力地下连续墙内侧进行张拉，施工更加方便；而且，第二段预应力筋张拉后产生的等效荷载将现浇筑预应力地下连续墙外侧所受水土压力传递至地下一层水平支撑，实现现浇筑预应力地下连续墙的受力转移。

优选的，所述地下连续墙内预应力筋的跨度l等于所述固定端与所述地下一层水平支撑之间的竖向距离，所述第一段预应力筋抛物线的顶点位于基坑底部，其固定端与第一段预应力筋抛物线顶点的竖向距离为0.4l；所述第二段预应力筋的跨度为0.25l，第二段预应力筋抛物线顶点与地下一层水平支撑轴线中心标高相同。

优选的，所述现浇预应力地下连续墙内侧张拉端采用内置式，张拉端所在位置在墙体混凝土浇筑阶段预留楔形穴模并填充泡沫，所述预应力筋张拉后，采用比现浇预应力地下连续墙高一标号的细石混凝土封闭楔形穴模。

优选的，所述预应力筋采用无粘结钢绞线。

另外，本发明还提供了一种现浇预应力地下连续墙的张拉方法，步骤如下：

s1：在混凝土浇筑阶段，在待浇筑的现浇预应力地下连续墙内布置预应力筋，所述预应力筋呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，它包括均呈抛物线形状的第一段预应力筋和第二段预应力筋，所述第一段预应力筋底部的固定端位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，所述第一段预应力筋的开口朝向所述现浇预应力地下连续墙的迎土面，所述第二段预应力筋位于所述第一段预应力筋顶部，且其与所述第一段预应力筋的开口方向相反，所述第二段预应力筋顶部的张拉端设置于现浇预应力地下连续墙的内侧，且位于所述地下一层水平支撑上方，所述第一段预应力筋和所述第二段预应力筋在反弯点处光滑连接；

s2:当基坑开挖至地下一层楼面标高并安装所述地下一层水平支撑后，对所述预应力筋的张拉端进行张拉，张拉完成后封闭所述预应力筋的张拉端。

本发明的现浇预应力地下连续墙的张拉方法，首先，在现浇预应力地下连续墙的混凝土浇筑阶段预先布置预应力筋，预应力筋呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，第一段预应力筋的开口朝向现浇预应力地下连续墙的迎土面，位于其顶部的第二段预应力筋开口朝向现浇预应力地下连续墙的迎坑面，第一段预应力筋和第二段预应力筋在反弯点处光滑连接为一体，其中，第一段预应力筋底部的固定端位于基坑开挖面以下且锚固于墙体内，第二段预应力筋顶部的张拉端设置于现浇筑预应力地下连续墙内侧且位于地下一层水平支撑上方，当基坑开挖至地下一层楼面标高并安装地下一层水平支撑后，对预应力筋的张拉端进行张拉，张拉完成后封闭张拉端；该张拉方法不仅操作简单方便，施工步骤简洁，还能减小预应力筋的长度以及跨度，增大预应力筋的矢跨比，减少预应力筋的用量并有效增大张拉预应力产生的等效荷载值，充分发挥预应力作用的效应，实现地下连续墙的最优变形控制效果，有利于保证施工质量；而且，采取从现浇预应力地下连续墙内侧一端张拉预应力筋的方式，施加的预应力可以将墙体所受水土压力传递至地下一层水平支撑上，实现现浇预应力地下连续墙的受力转移，混凝土浇筑阶段不需对张拉端进行特别保护，避免了张拉端区域混凝土凿除和再浇筑，减少了施工工序、缩短了工期，预应力张拉施工及张拉端的封闭施工均更加方便，提高了施工效率，保证了预应力地下连续墙施工质量，具有显著的经济效益和社会效益，本发明尤其应用于建筑工程及市政工程的深基坑围护结构中。

优选的，所述步骤s1中，在所述现浇预应力地下连续墙内侧预应力筋张拉端所在位置预留楔形穴模并填充泡沫；所述步骤s2中，所述地下一层水平支撑安装完成后，取出楔形穴模中的泡沫并对所述预应力筋进行张拉，张拉结束后，采用比所述现浇预应力地下连续墙高一标号的细石混凝土封闭所述楔形穴模。

优选的，所述步骤s2中，在施工所述地下一层水平支撑时，采取增加其配筋数量和/或增大其截面面积的方式对其水平刚度予以加强。

附图说明

图1为本发明现浇预应力地下连续墙的布筋型式一实施例的预应力筋线形布置示意图；

图2为本发明现浇预应力地下连续墙的布筋型式一实施例的预应力等效荷载示意图；

图3为本发明现浇预应力地下连续墙的布筋型式一实施例中安装阶段预应力筋张拉端构造大样图；

图4为本发明现浇预应力地下连续墙的布筋型式一实施例中张拉完成后预应力筋张拉端构造大样图；

图5为本发明现浇预应力地下连续墙一实施例中现浇预应力地下连续墙的计算分析模型的示意图；

图6为本发明现浇预应力地下连续墙一实施例中的墙体变形包络图；

图7为本发明现浇预应力地下连续墙一实施例中的墙体弯矩包络图。

图中标号如下：

现浇预应力地下连续墙1；楔形穴模1a；预应力筋8；第一段预应力筋8a；第二段预应力筋8b；张拉端9；固定端10；地下一层水平支撑11；第一段预应力筋张拉后产生的等效荷载14；第二段预应力筋张拉后产生的等效荷载15；第一段预应力筋抛物线顶点a；第二段预应力筋抛物线顶点b；泡沫16；弹性支座2；水平弹簧支座3；垂直弹簧支座4；土压力5；水压力6；地面荷载7。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

结合图1和图2说明本发明的现浇预应力地下连续墙1，现浇预应力地下连续墙1内的预应力筋8呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，预应力筋8包括均呈抛物线形状的第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b，第一段预应力筋8a底部的固定端10位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，第一段预应力筋8a的开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎土面；第二段预应力筋8b位于第一段预应力筋8a顶部，且第二段预应力筋8b与第一段预应力筋8a的开口方向相反，第二段预应力筋8b顶部的张拉端9设置在现浇预应力地下连续墙1靠近基坑的内侧，且位于地下一层水平支撑11上方，即地下一层楼面标高附近，第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b在反弯点处光滑连接。

本发明的现浇预应力地下连续墙1内的预应力筋8呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，它包括由下至上设置的第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b，第一段预应力筋8a底部的固定端10位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，其开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎土面，第一段预应力筋8a张拉后产生的等效荷载用于抵抗现浇预应力地下连续墙1外侧的土压力5和水压力6；第二段预应力筋8b与第一段预应力筋8a的开口方向相反，第二段预应力筋8b顶部的张拉端9设置在现浇预应力地下连续墙1靠近基坑的内侧，且位于地下一层水平支撑11上方，第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b在反弯点处光滑连接，第二段预应力筋8b实现第一段预应力筋8a的转向并在现浇预应力地下连续墙1内侧进行张拉，施工更加方便；而且，第二段预应力筋8b张拉后产生的等效荷载将现浇筑预应力地下连续墙外侧所受土压力5和水压力6传递至地下一层水平支撑11，实现现浇筑预应力地下连续墙1的受力转移。

如图1所示，预应力筋8的跨度l等于固定端10与地下一层水平支撑11之间的竖向距离，第一段预应力筋抛物线的顶点a位于基坑底部，其中，固定端10与第一段预应力筋抛物线顶点a的竖向距离为0.4l，第二段预应力筋8b的跨度为0.25l，第二段预应力筋抛物线顶点b与地下一层水平支撑轴线中心标高相同，上述线形布置的预应力筋8，在其张拉后产生的预应力能够使得现浇预应力地下连续墙1的变形控制达到最佳效果。

如图3所示，在现浇预应力地下连续墙1内侧，即预应力筋8张拉端9所在位置还预留有楔形穴模1a，且楔形穴模1a内预埋泡沫16，如图4所示，地下一层水平支撑11安装完成后，取出泡沫16并对预应力筋8实施预应力张拉后，采用比现浇预应力地下连续墙1高一标号的细石混凝土封闭楔形穴模1a，由于混凝土浇筑阶段不需要对张拉端9进行特别保护，也不需要将张拉端9的混凝土凿除及重新浇筑，不但节省了施工工期，而且能够有效保证预应力地下连续墙1的施工质量。

上述预应力筋8采用无粘结钢绞线，无粘结钢绞线外侧设有油脂和护套，使得钢绞线与混凝土有效隔离，允许预应力筋8与周围混凝土发生纵向相对滑动，预应力完全靠锚具传递至混凝土上，其优点是施工速度快，操作方便，易于回收再利用。此外，无粘结钢绞线直径小，可增大抛物线形预应力筋的作用力臂以及预应力作用效果。

下面结合图1至图7说明本发明的现浇预应力地下连续墙1的张拉方法，具体步骤如下：

s1：如图1所示，在混凝土浇筑阶段，在待浇筑的现浇预应力地下连续墙1内布置预应力筋8，预应力筋8呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，它包括均呈抛物线形状的第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b，第一段预应力筋8a底部的固定端10位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，第一段预应力筋8a的开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎土面，第二段预应力筋8b位于第一段预应力筋8a顶部，且其与第一段预应力筋8a的开口方向相反，第二段预应力筋8b顶部的张拉端9设置于现浇预应力地下连续墙1的内侧，且位于地下一层水平支撑11上方，第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b在反弯点处光滑连接；

s2:当基坑开挖至地下一层楼面标高并安装地下一层水平支撑11后，对预应力筋8的张拉端9进行张拉，张拉完成后封闭预应力筋8的张拉端9。

本发明的现浇预应力地下连续墙的张拉方法，首先，在现浇预应力地下连续墙1的混凝土浇筑阶段预先布置预应力筋8，预应力筋8呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，第一段预应力筋8a的开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎土面，位于其顶部的第二段预应力筋8b开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎坑面，第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b在反弯点处光滑连接为一体，其中，第一段预应力筋8a底部的固定端10位于基坑开挖面以下且锚固于墙体内，第二段预应力筋8b顶部的张拉端9设置于现浇筑预应力地下连续墙1内侧且位于地下一层水平支撑11上方，当基坑开挖至地下一层楼面标高并安装地下一层水平支撑11后，对预应力筋8的张拉端9进行张拉，张拉完成后封闭张拉端9；该张拉方法不仅操作简单方便，施工步骤简洁，还能减小预应力筋8的长度以及跨度，增大预应力筋8的矢跨比，减少预应力筋8的用量并有效增大张拉预应力产生的等效荷载值，充分发挥预应力作用的效应，实现地下连续墙的最优变形控制效果，有利于保证施工质量；而且，采取从现浇预应力地下连续墙1内侧一端张拉预应力筋8的方式，施加的预应力可以将墙体所受土压力5和水压力6传递至地下一层水平支撑11上，实现现浇预应力地下连续墙1的受力转移，预应力张拉施工及张拉端9的封闭施工均更加方便，提高了施工效率，保证了预应力地下连续墙的施工质量，具有显著的经济效益和社会效益，本发明尤其应用于建筑工程及市政工程的深基坑围护结构中。

如图3所示，步骤s1中，在现浇预应力地下连续墙1内预应力筋8张拉端9所在位置预留楔形穴模1a并预埋泡沫16；如图4所示，步骤s2中，地下一层水平支撑11安装完成后，取出泡沫16并对预应力筋8进行张拉，张拉结束后，采用比现浇预应力地下连续墙1高一标号的细石混凝土封闭楔形穴模1a，由于混凝土浇筑阶段不需要对张拉端9进行特别保护，也不需要将张拉端9的混凝土凿除及重新浇筑，施工步骤简洁，节省了施工工期，能够有效保证预应力地下连续墙的施工质量。

上述步骤s1中，基于现浇预应力地下连续墙1的弯矩包络图和变形包络图确定预应力筋8的最优线形布置型式，具体步骤如下：

s11：如图5所示，根据实际工程情况以及基坑开挖与支护方案，建立现浇预应力地下连续墙1的计算分析模型，采用竖向弹性地基梁法对所述现浇预应力地下连续墙1的内力和变形进行计算分析，计算时考虑基坑内水平支撑的刚度、基坑内开挖面以下土体刚度、施工工况以及基坑外侧土压力5、水压力6和地面荷载7的影响，所述计算分析模型包括设置于基坑边缘的现浇预应力地下连续墙1，基坑内水平支撑以弹性支座2模拟，基坑内开挖面以下土体对现浇预应力地下连续墙1墙体的抗力以水平弹簧支座3模拟，基坑底部土体对现浇预应力地下连续墙1墙体的抗力以垂直弹簧支座4模拟，现浇预应力地下连续墙1墙体外侧作用荷载包括土压力5和水压力6，基坑外部作用荷载为地面荷载7；

s12：如图6和图7所示，根据现浇预应力地下连续墙1施工各阶段内力和变形计算分析结果，绘制出现浇预应力地下连续墙1施工各阶段的变形图和弯矩图，以及变形包络图和弯矩包络图；

s13：基于所述步骤s12得出的变形包络图和弯矩包络图确定现浇预应力地下连续墙1内预应力筋8的最优线形布置型式；

s14：计算得出预应力作用产生的等效荷载，以及预应力作用下现浇预应力地下连续墙1的内力和变形，再将预应力作用与荷载作用下现浇预应力地下连续墙1的内力进行组合，基于基坑环境保护等级确定的基坑侧向变形控制指标，计算确定现浇预应力地下连续墙1内预应力筋8的配筋量；将现浇预应力地下连续墙1控制截面处的弯矩包络值与预应力作用产生的次弯矩进行组合作为设计值进行承载能力计算，确定现浇预应力地下连续墙1内非预应力筋的配筋量；

s15：对现浇预应力地下连续墙1的承载力和裂缝宽度进行验算，若满足规范限值要求，则进行后续施工；若不满足规范限值要求，则调整预应力筋8的配筋量，重新计算或验算现浇预应力地下连续墙1的承载力和裂缝宽度，直至满足规范的相关要求。

上述步骤s13中，预应力筋8呈两段反向抛物线光滑连接的线形布置型式，它包括呈抛物线形的第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b，第一段预应力筋8a的开口朝向现浇预应力地下连续墙1的迎土面，第一段预应力筋8a底部的固定端10位于基坑开挖面以下并锚固于墙体内，第一段预应力筋8a的顶端与基坑内地下一层水平支撑11平齐，第一段预应力筋8a张拉后产生的等效荷载能够抵抗现浇预应力地下连续墙1外侧的土压力5和水压力6；第二段预应力筋8b位于第一段预应力筋8a顶部，且第二段预应力筋8b与第一段预应力筋8a的开口方向相反，第二段预应力筋8b顶部的张拉端9设置在现浇预应力地下连续墙1内侧，且位于地下一层水平支撑11上方，即地下一层楼面标高附近，第一段预应力筋8a和第二段预应力筋8b在反弯点处光滑连接，第二段预应力筋8b实现第一段预应力筋8a的转向并在现浇预应力地下连续墙1内侧进行张拉，而且，第二段预应力筋8b张拉后产生等效荷载将墙体所受土压力5和水压力6传递至地下一层水平支撑11，实现墙体的受力转移，从而平衡现浇预应力地下连续墙1外侧的水土压力5和水压力6。因此，预应力筋8采用抛物线线形布置型式，能够充分发挥预应力作用的效应，有效平衡现浇预应力地下连续墙1承受的土压力5和水压力6，最大限度平衡现浇预应力地下连续墙1承受的外部荷载，有效控制现浇预应力地下连续墙1的侧向变形，取得最优变形控制效果，而且，能够减少预应力筋8的用量，经济效益和社会效益显著。

上述步骤s1中，为增大预应力筋8的作用力臂及简化施工工艺，预应力筋8采用无粘结钢绞线，无粘结钢绞线外侧设有油脂和护套，使得钢绞线与混凝土有效隔离，允许预应力筋8与周围混凝土发生纵向相对滑动，预应力完全靠锚具传递至混凝土上，其优点是施工速度快，操作方便，易于回收再利用。

上述步骤s2中，由于现浇预应力地下连续墙1墙体将所受土压力5和水压力6传递至地下一层水平支撑11，因此，基坑支护设计时需加强地下一层水平支撑11的水平刚度，例如，对地下一层水平支撑11采取增加配筋数量和/或增大水平支撑截面面积等方式，此处不再赘述。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。