臨港船塢工程首幅地下連續墻施工技術

王世明，黃宏寶

（天津港建設工程質量安全監督站，天津 300461）

1 工程概況

天津臨港造修船基地1號、2號造船塢位于天津市塘沽區海河入海口南側灘涂區域，距離北京160 km，距天津市區46 km。1號、2號造船塢塢墻均采用單錨地下連續墻（下稱地連墻）加高樁承臺的結構。地連墻厚為1 000 mm，深23.6 m，墻頂標高+0.9 m，墻底標高-22.7 m，靠近塢口處個別槽段深度為27.6 m。地連墻內側設400 mm厚鋼筋混凝土襯砌，襯砌與地連墻之間以錨筋連接，錨筋預埋于地連墻，施工襯砌時鑿毛、扳出。地連墻混凝土強度等級為C30，抗凍等級為F300，抗滲等級為W8。地連墻施工采用鋼筋混凝土現澆結構的導墻，在泥漿護壁下用液壓抓斗機進行挖土成槽，用導管法進行混凝土水下澆筑。

2 工程地質概況

臨港船塢工程位于天津臨港工業區新圍海吹填的陸域內，目前剛剛完成地基處理，擬建場地屬河口三角洲～濱海平原地貌類型。擬建場地標高約-63.08 m以上深度范圍內的地基土均屬第四系上更新統Q3至全新統Q4沉積物，主要由飽和粘性土、粉土和砂土組成，一般具有成層分布特點。按其沉積時代、成因類型及其物理力學性質的差異可劃分為6層，其中第①、②、③、⑥層又可根據土性和工程特性的差異分成若干個亞層，地連墻成槽深度范圍內各土層地質情況詳見表1。

3 施工特點

根據地質情況，基坑圍護結構地連墻需要穿越約1.5 m厚的①2粉砂層和約2.4 m厚的①5細砂層及約3.2 m厚的③1粉質粘土夾砂質粉土層，此種情況很容易導致地連墻塌方并有可能在混凝土澆筑時形成大面積露筋。

根據本工程的地質報告顯示，連續墻施工地層主要為粉細砂、流塑狀粉質粘土夾粉砂等，且地下水位相當高。此種地質條件極易出現大面積塌方，如不采取針對性措施，無法保證工程質量及進度。針對本工程的特殊地質條件采取以下措施來保證槽段的安全性和穩定性：

（1）地連墻施工前先對墻兩側用單軸攪拌樁進行加固，每側兩排，加固深度為17.0 m，單根攪拌樁直徑為φ600 mm，攪拌樁間咬合距離為0.2 m，船塢場區原地面標高為+3.5 m，攪拌樁樁底標高控制為-13.5 m，見圖1。

（2）在基坑兩側距離地連墻中心線1.5 m位置，沿地連墻軸線方向設置單排井點降水，井點管內徑φ400 mm，間距1.5 m，井點深8 m，降水深度4 m，見圖2。

表1 船塢主體場區地質情況一覽表

圖1 地下連續墻施工斷面圖

圖2 加固范圍示意圖

（3）在地連墻外側約5 m處設置一條深3 m的排水溝，控制地下水頭，使場內地表水向施工區域流動。

（4）地連墻導墻施工為“┐┌”形，寬度為1.5 m，高1.5 m，厚200 mm，配置φ12@200單層雙向鋼筋，混凝土強度等級C20。

4 施工工藝

施工工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程圖

4.1 施工工藝簡介

地連墻成槽施工選用功效高、泥漿使用量較小的液壓抓斗（產品型號SG-35A）進行成槽作業。沿事先修筑并分割好段長的鋼筋混凝土導墻（單段導墻長度為7～15 m）中抓取土體，同時注入優質泥漿進行槽孔護壁，待槽段挖至設計深度后，下設接頭管及鋼筋籠，墻體混凝土澆筑根據槽段的長度采用雙導管澆筑。在混凝土初凝后起拔接頭管。

4.2 主要工序施工方法

4.2.1 施工臨時道路

根據本工程地質情況的特殊性，為保證地連墻內側能同時滿足兩臺大型吊機同時起吊地連墻鋼筋籠，臨時施工道路采用滿堂紅式鋪筑塊石，鋪設厚度為100 cm。抓槽機在地連墻外側就位進行抓槽施工，為保證地基承載力滿足全荷載施工的要求，經與相關方溝通暫利用塢墻廊道PHC管樁作為地連墻外側施工通道的主要承重結構。

4.2.2 水泥攪拌樁施工

根據工程地質情況，地連墻兩側用單軸攪拌樁加固土體。采用的深層攪拌法利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機在地基深部將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土發生一系列物理、化學反應，使軟土凝結成整體性、水穩定性和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復合地基，從而提高地基的強度。

水泥攪拌樁施工中水泥摻入比暫按地基土的12%或60 kg/m控制，減水劑用量按不同地質情況適當選用，水灰比為0.45～0.5，固化劑選用強度等級為32.5級普通硅酸鹽水泥。施工時，先將深層攪拌機用鋼絲繩吊掛在起重機上，用輸漿膠管將貯料罐送漿泵與深層攪拌機接通，開動電動機，攪拌機葉片相向而轉，借設備自重，以0.38～0.75 m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.3～0.5 m/min的均勻速度提升攪拌機，與此同時開動送漿泵將水泥漿從深層攪拌中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面（近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土），即完成一次攪拌過程。用同法再一次重復攪拌下沉和攪拌噴漿上升，即完成1根柱狀固體，外形呈“8”字形，1根接1根搭接，搭接寬度不宜小于200 mm，以增強其整體性，即成壁狀加固體。幾個壁狀加固體連成一片，即成塊狀。各分段施工間隔時間不宜超過24 h，若間隔時間過長則應采取適當壓漿補強措施，確保地基加固體整體質量符合施工要求。

4.2.3 導墻施工

導墻主要為液壓抓斗成槽時起導向及維護泥漿護壁的作用，另外還承擔支撐起拔鎖口管，固定鋼筋籠、混凝土澆筑機，存儲泥漿穩定液，維護上部土體穩定，防止土體坍落等作用。

導墻采用“┐┌”形整體式鋼筋混凝土結構，凈寬比連續墻厚度大5 cm，導墻頂口和地面平，肋厚200 mm，頂寬1 050 mm，深度為1.5 m，導墻必須插入原狀土20 cm以上，混凝土標號C20。常規導墻結構見圖4。

圖4 常規導墻結構示意圖

4.2.4 泥漿配置

在地連墻施工時泥漿性能的優劣直接影響到槽壁的穩定性，是一個很重要的因素。

（1）泥漿配合比

根據工程地質情況及以往地連墻施工經驗，本工程擬采用泥漿配比為水∶鈉基膨潤土∶純堿∶CMC（纖維素）=1 000∶80∶10∶1.0。有關參數見表 2。

（2）泥漿池設計

泥漿儲存采用半埋式磚砌泥漿池。其容量應能滿足成槽施工時的泥漿用量。泥漿池的容積計算：

表2 泥漿配制參數

式中：Qmax為泥漿池最大容量；V為單元槽段的最大挖土量，按V=180 m3選取；n為同時成槽的單元槽段，本工程取2；K為泥漿富余系數，取K=1.5。

經計算本工程泥漿池最大需要容積為540 m3，同時考慮循環泥漿的存貯和廢漿存放，地連墻施工期間泥漿池的設計容量為550 m3。另外各設1個容積為1.5 m3的新泥漿拌漿池和1個容積為45 m3的廢漿池。

（3）泥漿制備

泥漿配制的工藝流程見圖5。

圖5 泥漿配制工藝流程

具體制備要求是：泥漿制備的投料順序一般為水—鈉基膨潤土—純堿—CMC。將鈉基膨潤土與水在拌漿池中充分攪拌3 min后，向拌漿池中緩慢摻加CMC（CMC較難溶解）。攪拌10 min后，再加入純堿。所有摻合料添加完畢后將膨潤土泥漿在拌漿池中充分攪拌，攪拌時間一般控制在6～9 min范圍內（若攪拌時間過短會影響泥漿的失水量和粘度），然后將新鮮泥漿排放到泥漿池中充分膨脹，在泥漿使用之前至少膨脹12 h。

（4）泥漿循環

①在地連墻挖槽施工過程中，泥漿由循環池注入開挖槽段，邊開挖邊注入，保持泥漿液面距離導墻頂面0.3 m左右，并高于地下水位1.5 m以上。

②清槽過程中，采用泵吸反循環，泥漿由循環池泵入槽內，槽內泥漿抽到沉淀池，進行物理處理后，返回循環池。

③混凝土灌注過程中，上部泥漿返回沉淀池，而混凝土頂面以上4 m內的泥漿排到廢漿池，廢棄泥漿用泥漿罐車運輸出場。

4.2.5 成槽施工

本工程地連墻施工槽段標準長度為6 m，選用功效高、泥漿使用量較小的液壓抓斗SG-35A進行成槽作業。成槽機均配有垂直度顯示儀表和自動糾正偏差裝置。

（1）槽段開挖抓土順序

根據槽段長度與成槽機的開口寬度，確定出首開幅和閉合幅，保證成槽機抓土時兩側鄰界條件的均衡性，以確保槽壁垂直。標準槽段采取三抓成槽工藝——先兩邊后中間；對于轉角槽段，先長邊后短邊。

（2）地連墻槽段抓槽施工

成槽前，利用車載水平儀調整成槽機的平整度。挖槽過程中，抓斗入槽、出槽應慢速、穩當，根據成槽機儀表顯示的垂直度及自動糾偏裝置及時糾偏，跟蹤觀測，做到隨挖隨糾，以保證成槽垂直度。成槽垂直精度不得低于設計要求和規范規定的1／150偏差值，接頭處相臨兩槽段的中心線任一深度的偏差均不得大于30 mm。挖槽時，應防止由于次序不當造成槽段失穩或局部坍落，在泥漿可能漏失的土層中成槽時，應有堵漏措施，儲備足夠的泥漿。

（3）槽段土方外運

每臺成槽機配備3輛8 m3的短駁車將成槽土方轉運至業主指定堆土場。

（4）槽深測量及控制

挖槽結束后采用標定好的測繩測量槽深，每幅根據其寬度測2～3點，同時根據導墻標高控制挖槽的深度，以保證設計深度。

（5）槽段質量檢驗

槽段平面位置偏差的檢測采用測錘實測槽段兩端的位置，兩端實測位置線與該槽段分幅線之間的偏差即為槽段平面位置偏差。

槽段深度檢測采用測錘實測槽段左中右3個位置的槽底深度，3個位置的平均深度為該槽段深度。

成槽過程中，利用成槽機上的垂直度儀表及自動糾偏裝置來保證成槽垂直度，成槽過程中利用成槽機的顯示儀進行垂直度跟蹤觀測，做到隨挖隨糾。根據以前施工案例可知開挖后地連墻槽壁垂直度偏差均滿足設計要求和規范規定。

（6）清底換漿

刷壁器形式見圖6。

圖6 刷壁器示意圖

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵吸反循環吸取孔底沉渣，然后用吊車吊住刷壁器對槽段接頭混凝土壁進行上下刷動，以清除混凝土壁上的雜物。在灌注混凝土前，利用導管采取泵吸反循環進行二次清底并不斷置換泥漿，清槽后測定槽底以上0.2～1.0 m處的泥漿比重應小于1.2，含砂率不大于7%，粘度不大于25 s，槽底沉渣厚度小于200 mm。

4.2.6 鎖口管吊放

槽段清基合格后，立刻吊放特制的馬蹄形鎖口，由履帶起重機分節吊放安裝，垂直插入槽內。鎖口管的中心應與設計中心線相吻合，鎖口管利用自重，插入土體，防止混凝土倒灌。嚴格測量成槽深度，鎖口管安放的深度應與實際成槽深度相一致，上端口與導墻連接處用木榫楔實或用定位槽鋼固定，防止澆筑混凝土時移動。鎖口管后側填砂，防止傾斜。

4.2.7 鋼筋籠制作和吊放

（1）鋼筋籠制作

本工程采用現場制作地連墻鋼筋籠，平臺尺寸6 m×28 m。鋼筋籠平臺定位用經緯儀控制，標高用水準儀校正。平臺采用澆筑格形混凝土長條支墩，為便于鋼筋放樣布置和綁扎，在平臺上根據設計的鋼筋間距、插筋、預埋件及鋼筋接駁器的位置畫出控制標記，以保證鋼筋籠和各種埋件的布設精度。鋼筋籠采用整幅成型，整體起吊，這樣制作可很好地保證鋼筋籠的整體平整度，又不影響起吊。鋼筋籠加工時縱向鋼筋及橫向鋼筋用電焊連接，桁架筋單面焊，長度不小于10 d，接頭位置相互錯開，同一連接區段內焊接接頭百分率不得大于50%；縱橫向桁架筋相交處需點焊，鋼筋籠四周0.5 m范圍內交點需全部點焊，搭接錯位及接頭檢驗應滿足鋼筋混凝土規范要求。鋼筋保證平直，表面潔凈無油污，內部交點50%點焊，鋼筋籠桁架及鋼筋籠吊點上下1 m處需100%點焊。

由于接駁器及預埋筋位置要求精度高，在鋼筋籠制作過程中，根據吊筋位置測出吊筋處導墻高程，確定出吊筋長度，以此作為基點，控制預埋件位置。在接駁筋后焊一道水平筋，以便固定接駁筋，水平筋與主筋間通過短筋連接。接駁器或預埋筋處鋼筋籠的水平筋及中間加設的固定水平筋按3%坡度設置，以確保接駁器及預埋筋的預埋精度。

（2）鋼筋籠吊放

①吊點的確定

根據鋼筋籠重心的計算結果，結合鋼筋籠的形狀合理確定吊點，確保鋼筋籠平穩起吊，回直后鋼筋籠垂直。本工程鋼筋籠起吊吊點選用28 mm圓鋼，為防止鋼筋籠在吊裝過程中產生不可復原的變形，各類鋼筋籠均設置縱向抗彎桁架。平吊鋼筋籠狀態如圖7。

②吊車選擇

1臺100 t和1臺80 t履帶吊。

③吊裝過程

圖7 平吊鋼筋籠示意圖

主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤起吊鋼筋籠中下部，多組葫蘆主副鉤同時工作，使鋼筋籠緩慢吊離地面，并改變籠子的角度使之逐漸垂直，吊車將鋼筋籠移到槽段邊緣，插入鋼筋籠時，吊點中心必須對準槽段中心，然后徐徐下降，垂直而又準確地將鋼筋籠吊入槽內（詳見圖8）。在鋼筋籠進入槽內時，必須注意不要使鋼筋籠產生橫向擺動，造成槽壁坍塌。鋼筋籠插入槽內后，檢查其頂部高度是否符合設計要求，然后用槽鋼等將其擱置在導墻上。根據規范要求，導墻頂面平整度為5 mm，在鋼筋籠吊放前要再次復核導墻上4個支點的標高，精確計算吊筋長度，確保誤差在允許范圍內。

圖8 鋼筋籠吊裝示意圖

4.2.8 水下混凝土灌注

本工程地連墻混凝土設計強度為C30 F300 W8，水下混凝土澆筑采用導管法施工，導管選用D=300的圓形螺旋快速接頭型。每槽段布置兩根導管，導管間水平距離一般為2.5 m，最大不大于3 m，距槽段端部不應大于1.5 m。罐車運輸混凝土至現場后，混凝土罐車直接輸送混凝土至地連墻槽段內。灌注混凝土時應先在導管里放1個直徑小于導管內徑1 cm的球膽，然后在導管口放入1個100 cm×100 cm的方形漏斗。混凝土直接從罐車輸送至澆筑漏斗中，澆灌混凝土過程中，埋管深度保持在2.0～4.0 m。雙導管法澆筑時，兩套導管間距不大于3.0 m。嚴格控制兩根澆筑導管的灌注量及灌注速度大致一樣，并經常測量槽孔兩端混凝土頂面的位置，以確保混凝土澆筑上升面的均勻性，各處高差控制在0.3 m以內，詳見圖9。

圖9 混凝土灌注示意圖

澆灌混凝土在鋼筋籠入槽后的4 h之內開始，灌注混凝土要連續，不能長時間中斷，灌注混凝土面上升速度不小于2 m/h，中途停頓時間不得超過30 min，澆注時隨時測量混凝土量，并推算有無塌方現象。在離預定計劃最后4車時，每澆1車測1次混凝土面標高，將最后所需混凝土量通知攪拌站。澆筑需充分翻漿以保證墻頂質量，考慮浮漿厚度，終澆標準為混凝土頂面比設計標高高出80 cm。混凝土灌注結束后，應將灌注混凝土導管緩緩拔出，使用混凝土澆筑平臺上起吊設備拆卸，拔出后的導管應維護保養。球膽浮出泥漿液面后回收，以備繼續使用。

4.2.9 鎖口管提拔

鎖口管提拔與混凝土澆筑相結合，混凝土澆注記錄作為提拔鎖口管時間的控制依據。待澆筑的混凝土強度達到0.05～0.20 MPa時（一般在混凝土澆筑后3～5 h，視氣溫而定），開始用吊車或液壓頂升架提拔接頭管。接頭管上拔速度應與混凝土澆筑速度、混凝土強度增長速度相適應，一般為2～4 m/h。在混凝土澆筑結束后8 h以內將接頭管全部拔出。

5 結語

天津臨港造船塢工程受地質條件復雜、工期緊等因素影響，地下連續墻施工難度很大。本工程通過首幅槽段的成功施工，為后續槽段優化工藝、精心施工奠定了基礎。臨港船塢地連墻工程通過選擇合理的施工工藝，再加上科學管理和精心組織，一定能夠高效優質地完成地連墻施工任務。

[1]JTJ303-2003，港口工程地下連續墻結構設計與施工規程[S].

[2]錢家歡.土工原理與計算[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]叢藹森.地下連續墻的設計施工與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[4]JTS257-2008，水運工程質量檢驗標準[S].