預(yù)制雙面疊合剪力墻在污水池工程中的應(yīng)用
——深圳市下坪場生產(chǎn)廢水處理設(shè)施和地表水處理設(shè)施項(xiàng)目

楊尚榮 萬俊飛

（深圳市深汕特別合作區(qū)盛騰科技有限公司）

0 前言

預(yù)制雙面疊合剪力墻俗稱雙皮墻，是一種新型住宅結(jié)構(gòu)體系，屬半裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)制疊合剪力墻由格構(gòu)鋼筋拉結(jié)兩側(cè)預(yù)制墻片，然后在空腔內(nèi)現(xiàn)澆混凝土形成整體。格構(gòu)鋼筋最常見的便是桁架鋼筋，后澆混凝土和預(yù)制混凝土墻片整體受力，共同承擔(dān)外部荷載。

這種預(yù)制構(gòu)件適用于抗震設(shè)防烈度為6～8 度的多層、高層建筑，包括工業(yè)與民用建筑。這種技術(shù)結(jié)構(gòu)體系具有良好的整體性和防水性能，除了地上工程外還適用于地下工程，包括地下室、地下車庫、地下綜合管廊等。

1 項(xiàng)目概況

深圳市下坪場生產(chǎn)廢水處理設(shè)施和地表水處理設(shè)施項(xiàng)目是深圳市首個(gè)裝配式污水處理池，其填埋規(guī)模4000t/d，填埋庫區(qū)面積約32 萬m2，建設(shè)用地位于深圳市下坪固體廢棄物填埋場大坑水庫旁邊。大坑水庫南面為填埋場二期滲瀝液處理廠，西北面均為山體，水庫東面200m 為高架橋。見圖1。

圖1 工程項(xiàng)目現(xiàn)場照片

項(xiàng)目共計(jì)三座水池，其中一座受污染地表水MBR 一體化池（池一）及生產(chǎn)廢水MBR 一體化池（池二）采用裝配式設(shè)計(jì)，一座水池采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式。項(xiàng)目屬于應(yīng)急工程，不僅場地復(fù)雜，同時(shí)工期也十分緊張。

2 預(yù)制構(gòu)件選型

由于項(xiàng)目自身特點(diǎn)，需要采用的預(yù)制構(gòu)件包括豎向構(gòu)件在內(nèi)都為主體受力結(jié)構(gòu)（由于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還不成熟，目前截止2021 年廣東省并不推薦在豎向構(gòu)件采用主體受力構(gòu)件），且需要較高的防水要求，因此從預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)選型、生產(chǎn)工藝技術(shù)、施工安裝技術(shù)都進(jìn)行了細(xì)致的討論。其中水池的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是主要討論的問題，也是建設(shè)單位最為關(guān)注的焦點(diǎn)問題。裝配式設(shè)計(jì)和防水問題在其他類型的工程中也是存在很大爭議的常見問題。

綜合多種因素，在裝配式設(shè)計(jì)上要保證以下基本原則和效果：

⑴在設(shè)計(jì)合理的情況下加大裝配式的設(shè)置比例，加快現(xiàn)場施工作業(yè)速度，因此設(shè)計(jì)選型優(yōu)先考慮可以免模板、免支撐的構(gòu)件和體系。

⑵常規(guī)住宅類項(xiàng)目防水節(jié)點(diǎn)，很多采用PE 棒加密封膠的方式。不同于常規(guī)住宅類防水節(jié)點(diǎn)，水池的結(jié)構(gòu)自防水是防水的重要措施。因此裝配式設(shè)計(jì)和預(yù)制構(gòu)件的選型應(yīng)能滿足節(jié)點(diǎn)區(qū)域濕連接的實(shí)施要求。

最終確認(rèn)采用預(yù)制雙面疊合剪力墻+疊合板的結(jié)構(gòu)體系，主要基于以下幾個(gè)原因：

⑴雙面疊合剪力墻采用預(yù)制+現(xiàn)澆相結(jié)合的方式，而不是采用預(yù)制灌漿套筒技術(shù)。預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆底座之間、預(yù)制構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)的防水施工簡單具有保障，充分保證結(jié)構(gòu)自防水的完整性。

⑵工程池壁的計(jì)算模型為雙向板，水平及豎向鋼筋均為受力鋼筋。但常規(guī)預(yù)制池壁分塊間的水平受力鋼筋由于構(gòu)件拆分的原因無法相互連接形成整體，導(dǎo)致受力不連續(xù)。預(yù)制疊合雙面剪力墻的桁架鋼筋對兩層預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土形成了“法向約束”，可以實(shí)現(xiàn)鋼筋間接傳力，類似于桁架鋼筋疊合樓板的拼縫鋼筋受力，因此拼縫部位的搭接鋼筋是能夠傳導(dǎo)力形成雙向板。

⑶水池的最高高度達(dá)到7.3m，意味著預(yù)制構(gòu)件的基本尺寸大、質(zhì)量大，對于運(yùn)輸、吊裝安裝都存在一定的難度。而雙面疊合剪力墻中間混凝土為現(xiàn)澆，同等體積下質(zhì)量大大減小，在考慮吊裝的情況下對于構(gòu)件尺寸的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行更靈活的調(diào)整，而且施工安裝工藝也相對簡單，對于施工效率、現(xiàn)場管理效率的提升也有一定的幫助。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目合計(jì)采用預(yù)制雙面疊合剪力墻1433件，合計(jì)方量434m3，疊合板268 件，方量99m3，合計(jì)預(yù)制構(gòu)件1701 件。

表1 水池最大構(gòu)件尺寸

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 壁厚控制對生產(chǎn)實(shí)施的影響

能否有效減少壁厚對于污水池的裝配式設(shè)計(jì)十分重要，而對于水池壁厚控制并不是為了降低重量滿足現(xiàn)場的施工安裝和吊裝機(jī)械的協(xié)調(diào)，更重要的是在設(shè)計(jì)滿足要求的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行機(jī)械化的生產(chǎn)加工。

首先水池壁厚直接影響著桁架鋼筋的尺寸，而目前國內(nèi)主要的鋼筋桁架焊接機(jī)器人一般都是針對住宅、辦公研發(fā)類的公用建筑等類型為主，預(yù)制構(gòu)件工廠主要配備的設(shè)備也是按照這種市場需求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和布置的。這類設(shè)備在桁架鋼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，鋼筋直徑一般不超過14mm，導(dǎo)致水池的設(shè)計(jì)在前期要控制好桁架鋼筋規(guī)格和尺寸，以保證后期能夠生產(chǎn)。

本項(xiàng)目通過設(shè)置扶壁柱的方式優(yōu)化結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件設(shè)計(jì)，降低壁厚。同時(shí)將扶壁柱設(shè)置在預(yù)制構(gòu)件間的連接位置，現(xiàn)場施工時(shí)模板封好后現(xiàn)澆作業(yè)。經(jīng)過計(jì)算,本項(xiàng)目雙面疊合剪力墻的相關(guān)參數(shù)為：剪力墻厚度400mm（75mm+250mm+75mm），采用340 高的桁架鋼筋，桁架鋼筋的間距300～400mm，混凝土等級C40；桁架鋼筋上弦鋼筋和下線鋼筋直徑為12mm。

圖2 預(yù)制構(gòu)件拆分布置圖

圖3 雙面疊合剪力墻桁架鋼筋

采用扶壁柱等一些設(shè)計(jì)措施只能作為現(xiàn)階段市場環(huán)境下的一種折中做法，因?yàn)橄啾扔谧≌?、工業(yè)、公用等建筑類型，水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和給排水設(shè)計(jì)互相之間影響更深，扶壁柱的設(shè)置直接對水流計(jì)算、沉淀物的不利積聚等產(chǎn)生影響，對于一些內(nèi)部水流系統(tǒng)復(fù)雜、生化處理系統(tǒng)有著較高要求的水池并不適用。

隨著裝配式的不斷推動(dòng)和實(shí)施范圍的擴(kuò)展，更新工藝生產(chǎn)加工設(shè)備是解決問題的有效途徑。目前許多包括預(yù)制管廊、污水處理池等在優(yōu)化后仍然不滿足生產(chǎn)工藝條件，甚至不得已采用人工焊接作業(yè)，在極大增加成本的同時(shí)，即使高素質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化作業(yè)工人也很難進(jìn)行較好的精度控制[1]。

此外隨著壁厚進(jìn)一步加大，鋼筋桁架已經(jīng)不再適用，例如位于西安的三星（中國）半導(dǎo)體有限公司12 英寸閃存芯片二期項(xiàng)目，其中5#動(dòng)力站及6#冷卻塔壁厚在1m 以上，采用三星自創(chuàng)的PTW（precast truss wall）預(yù)制雙面疊合剪力墻工藝技術(shù)，連接兩個(gè)面板的是鋼桁架。

圖4 在工廠中生產(chǎn)的PTW

3.2 節(jié)點(diǎn)的防水設(shè)計(jì)

水池的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：底座位置和預(yù)制雙面疊合剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)、預(yù)制構(gòu)件間的連接節(jié)點(diǎn)、頂部預(yù)制雙面疊合剪力墻和疊合板的連接節(jié)點(diǎn)。

實(shí)際上上述位置的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)，目前大部分污水處理池對分體式設(shè)計(jì)的裝配式預(yù)制管廊有很大的參考，或者可以說，對于豎向構(gòu)件采用預(yù)制雙面疊合剪力墻的裝配式節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)，都具有相似的處理方式。

在城市地下綜合管廊的研究方面，隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)，因適應(yīng)更多樣實(shí)際使用需要、場地條件需要等多方面因素，剛開始的整體預(yù)制管廊有很大的局限性，出現(xiàn)在運(yùn)輸?shù)跹b上多層多倉管廊施工難度大，在同一項(xiàng)目中樣式變化帶來的成本大幅度上升等多種問題。

因此如上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等諸多企業(yè)高校在此方向上都進(jìn)行了研究，形成了比較成熟的技術(shù)成果。目前比較具有代表性且較多應(yīng)用的是現(xiàn)澆或預(yù)制底座+預(yù)制雙面疊合剪力墻側(cè)壁+疊合板頂板的分體式設(shè)計(jì)體系[2]。

在水池項(xiàng)目中，雙面疊合剪力墻和底座的位置的連接節(jié)點(diǎn)，是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。圖5 為裝配式綜合管廊的節(jié)點(diǎn)模型，考慮到雙面疊合剪力墻和底座連接的整體性和防水要求，節(jié)點(diǎn)位置基本采用半現(xiàn)澆或現(xiàn)澆的底座，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)域濕連接，從而保證結(jié)構(gòu)自防水，同時(shí)考慮疊合層位置對材料整體性可能產(chǎn)生的削弱，設(shè)置止水鋼板。

圖5 綜合管廊底部節(jié)點(diǎn)模型

在深圳市下坪固體廢棄物填埋場二期項(xiàng)目中便采用了這種設(shè)計(jì)方式，即現(xiàn)澆底板結(jié)合雙面疊合剪力墻，同時(shí)節(jié)點(diǎn)設(shè)置止水鋼板的方式。止水鋼板的使用更像是疊合面的補(bǔ)強(qiáng)?；炷灵_裂是由于抗拉應(yīng)力不足，在受力狀態(tài)下是否開裂，取決于鋼筋的應(yīng)力是否抵抗了所有的拉應(yīng)力。如果沒有防水層，普通鋼筋混凝土?xí)?dǎo)致配筋率很大才能滿足抗?jié)B要求[3]。也可以采用后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)防止開裂，或者“后張緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力”等先進(jìn)技術(shù)，簡化施工，同時(shí)節(jié)省用鋼量。

圖6 水池底部節(jié)點(diǎn)示意圖

雙面疊合剪力墻構(gòu)件之間的水平連接節(jié)點(diǎn)，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)附加連接鋼筋保證結(jié)構(gòu)的整體性，同時(shí)保證施工操作空間的情況下可以盡量縮小現(xiàn)澆連接區(qū)段的寬度。在一些荷載受力大的工程中，保證結(jié)構(gòu)受力需要的情況下，壁厚厚度大，雙面疊合剪力墻兩側(cè)模板間現(xiàn)澆區(qū)域?qū)挾日急诤竦谋壤梢赃_(dá)到80%甚至更高，直接形成了滿足現(xiàn)場施工的操作空間，這種情況下預(yù)制構(gòu)件間的連接直接設(shè)置為拼縫，澆筑前設(shè)置PE 棒打膠進(jìn)行封堵，如圖7 所示。

圖7 拼縫式外墻連接節(jié)點(diǎn)

4 生產(chǎn)安裝

項(xiàng)目施工場地狹小，工作面小、作業(yè)交叉多，大型機(jī)械進(jìn)出困難，施工總平面布置困難。且工期緊，預(yù)制構(gòu)件數(shù)量多、重量大，安裝量大。因水池底板設(shè)計(jì)厚度為800mm，且預(yù)制雙面疊合剪力墻安裝完后與水池底板整體澆筑混凝土。為保證現(xiàn)場預(yù)制雙面疊合剪力墻的安裝安全性，先行澆筑水池底板一半，即先澆筑底板400mm厚混凝土，同時(shí)預(yù)埋好墻板斜撐預(yù)埋件、暗梁箍筋及底板插筋。待預(yù)制雙面疊合剪力墻安裝完后，再整體澆筑水池底板剩余的400mm 厚混凝土及墻內(nèi)混凝土。

然后整體按照測量放線→安裝墻體支撐馬鐙→馬鐙水平標(biāo)高復(fù)測、調(diào)整→墻板吊裝就位→安裝固定墻板斜支撐→墻體調(diào)整、加固→柱子鋼筋綁扎、模板安裝→墻體與柱拼縫檢查、處理→檢查驗(yàn)收→墻、柱混凝土澆筑的工藝流程進(jìn)行施工。

根據(jù)工程施工計(jì)劃及現(xiàn)場實(shí)際情況，采用280T 汽車吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝。本項(xiàng)目最初設(shè)計(jì)考慮工程特性，為減少現(xiàn)場施工時(shí)間，盡量減小了預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量。實(shí)際上將尺寸縮小更加合理，因?yàn)槌叽鐪p小雖然導(dǎo)致數(shù)量增加，但是運(yùn)輸能力同等上升，吊裝也更加簡單，吊裝的機(jī)械費(fèi)用會(huì)大幅度降低。大部分項(xiàng)目雙面疊合剪力墻的形狀狹長，都是出于減小預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量降低吊裝設(shè)備的型號來考慮的。

5 結(jié)語

目前，部分地區(qū)對于預(yù)制疊合雙面剪力墻的應(yīng)用還有一定的限制，原因在于認(rèn)為這種預(yù)制構(gòu)件的使用不能大規(guī)模減低現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土的工程量，更類似于一種裝配式模板。如在廣東省《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-163-2019》中豎向構(gòu)件（柱、墻）達(dá)35%～80%的體積預(yù)制率時(shí)得分為20～30 分，但是采用受力鋼筋與免拆模板形成一體的中空預(yù)制構(gòu)件（含疊合剪力墻），并在現(xiàn)場安裝和澆筑混凝土?xí)r，得14～21 分。

圖8 吊裝示意圖

有許多單位和機(jī)構(gòu)按照免模板的思路進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)升級，盡量通過材料的改進(jìn)來降低板厚，從而大幅度降低質(zhì)量。單就市政工程而言，采用預(yù)制雙面疊合剪力墻+疊合板的設(shè)計(jì)方式，最大的成效在于可以有效解決大體積混凝土容易開裂的問題。項(xiàng)目在后期使用過程中質(zhì)量良好，無裂縫滲水情況產(chǎn)生。