超深地下連續墻施工

李慧霞,鹿群,原建博

(天津城市建設學院天津市軟土特性與工程環境重點實驗室,天津300384)

地下連續墻以其整體性好,剛度大,施工噪音小,防滲性能好等優點,越來越多地被用于超深基坑工程中。由于城市地下空間逐步向大尺寸、超深的方向發展,地連墻技術也隨之向超深超厚的方向發展。與此同時,由于各地地質條件的差異,以及不同的工程要求,超深地下連續墻施工中出現了很多技術難題,需要借鑒成功的施工經驗,不斷學習新技術,確保經濟性和安全性的有機統一。

1 超深地下連續墻及其應用

地下連續墻作為支護結構和止水帷幕,按穩定性驗算,軟土地層中,嵌入基底以下的深度一般接近或大于開挖深度即可滿足要求。基底以下土層物理力學性質較好時,嵌入深度還可大大縮短。但很多工程中地連墻需要隔斷坑內外潛水及承壓水的水力聯系形成可靠的隔水邊界,因此在原來的基礎上增大入土深度。比如天津津塔工程以及天津站交通樞紐工程中,設置超深地下連續墻都為了滿足隔斷第二承壓含水層的需要[1-2]。

深度超過40m的地下連續墻,施工時成槽垂直度、槽壁穩定、接頭止水等的難度較一般地下連續墻大,本文暫定為超深地下連續墻。

我國早在1993年小浪底工程中,用作壩基右側防滲墻的地連墻深達81.9m[1];2007年建成的武漢陽邏大橋采用了深62m、厚1.5m的地連墻;穿黃工程的地連墻深達76.6m[3];上海世博500kV變電站的地下連續墻深57.5m;上海軌道交通4號線采用了65.5m深的地下連續墻[4];2007年擴建的天津站交通樞紐,地下連續墻深至55m[5];在建的天津市文化中心地下連續墻深66～70m,目前為天津軟土地區最深。國外以日本發展較為迅速,日本東京灣橫斷道路工程中,研究開發了3.2m厚,深達170m的超大型地下連續墻施工技術;日本建設省關東地方建設局外郭放水路立坑,地下連續墻深達140m[6]。

2 超深地下連續墻的施工要點

2.1 成槽垂直度的控制

成槽垂直度不僅關系到鋼筋籠的吊放及整個地下連續墻工程的質量,而且影響超深地下連續墻的受力性能,對其后期的變形和位移也有不可忽視的影響。建筑地基基礎工程施工質量驗收規范(GB50202-2002)[7]規定：地下連續墻作為永久結構時,垂直度需達到1/300。而對超深地下連續墻的垂直度,國家規范目前沒有明確的規定,王衛東等認為,工程中一般要求達到1/600[8]。

施工工藝由單一的工法向多種工法相組合發展。天津站交通樞紐工程中,采用液壓抓斗順序成槽的施工工藝[5];上海世博500kV變電站地下連續墻[9]施工采用“抓銑結合”的工法,成槽效率提高,且垂直度滿足要求;上海軌道交通9號線R408標中間風井,地連墻深49m[10],采用鉆挖結合、二鉆一挖的施工方案,以導孔的垂直度控制成槽垂直度,效果理想;武漢陽邏大橋地連墻施工考慮到土層條件較復雜,采用純抓、純銑、鑿銑相結合的施工方法,成槽垂直度控制較好。

2.2 槽壁穩定性的改善

超深地下連續墻施工中經常發生槽壁坍塌事故,對人身和財產安全造成了不可估量的損害。因此,槽壁穩定性的改善成為一個重要的技術問題。工程施工中,一般對軟弱土、埋深較淺的松散地層提前加固,成槽之前試成槽,控制泥漿液面與導墻頂的距離,合理控制泥漿重度等。

當需穿過較厚的砂層時,由于其透水性很強,容易產生管涌、流砂等。可采用優質泥漿護壁,適當的提高泥漿的黏度指標,或者考慮采用超級泥漿SM[2]。

2.3 接頭處的止水措施

接頭處的止水性能對超深地下連續墻正常使用階段的性能影響很大,工程實例表明,可采取以下幾個措施提高接頭處的止水性能。

超深地下連續墻一般采用防水性能較好的剛性接頭。十字板接頭(如圖1所示)、工字鋼接頭、H型鋼隔板式接頭[9]等剛性接頭水流路徑長、防水性能較好,且能夠較好地傳遞應力,在超深地下連續墻中應用較多。

前期施工完成的槽壁泥皮必須清理干凈,保證高質量的刷壁效果,否則很容易導致接頭處接觸不好,外露處混凝土滲水。

在每個槽段的接縫位置內側設置鋼筋混凝土壁柱,以延長接縫位置的滲流路徑,外側采用高壓旋噴樁加固,增強接縫位置處的止水性能。在地連墻內側設置內襯磚墻和導流溝,疏排結合,確保地連墻在正常使用階段的止水功能。

3 新材料新工藝的應用

3.1 GFRP筋在超深地下連續墻中的應用

Glass-Fiber-Reinforced polymer(玻璃纖維增強聚合物,以下簡稱GFRP)是一種新型纖維復合材料。GFRP筋輕質、抗剪能力較低,越來越多地代替普通鋼筋在盾構機掘進部位地下連續墻中應用。盾構機切削采用普通鋼筋的地連墻時,對刀具損壞較大,施工效率低,且容易引起土體的坍塌,安全性和經濟性都得不到保障。而GFRP筋以其獨特的性能應用在地連墻盾構穿越區,既不過大影響地連墻的受力性能,又使得盾構機進出洞時直接切削地下連續墻掘進,尤其在超深地下連續墻中應用較多[11]。但GFRP筋抗彎變形能力較弱,無法進行焊接等加工,也致使其在施工過程中有諸多難點。

1)GFRP筋與普通鋼筋的連接[11-12]。GFRP筋置于地連墻鋼筋籠的最下端時用鋼絲綁扎即可滿足要求,但若下部還有鋼筋,鋼絲綁扎連接過于薄弱,采用鋼絲繩卡扣連接。通過選擇合理的卡扣數,能夠提供足夠的拉力,更安全合理。

2)GFRP筋的吊裝。為了保證整體剛度,一般在鋼筋籠內插入特制的桁架、鋼管、槽鋼等,防止折斷。桁架須保證鋼筋籠穩固,還應拆卸方便,能夠重復利用。

3)GFRP筋變形和內力的監測。其彈性模量只有普通鋼筋的25%左右,應加強對其變形的監測。通常采用貼應變片的方法監測內力和變形。

3.2 新工藝在超深地下連續墻中的應用

我國08-09年從日本新引進的TRD工法,主機液壓馬達驅動鏈鋸式切割箱分段連接鉆至預定深度,水平橫向挖掘推進,同時在切割箱底部,注入挖掘液或固化液,與原位土體強制攪拌,形成水泥土地下連續墻,也可插入型鋼以增加地連墻的剛度和強度。

TRUST工法施工地下連續墻[6]。采用液體護壁進行開挖,將挖掘出的土砂全部置換,清渣后向溝槽內填充止水材料,構造出超薄止水壁式連續墻。該工法采用專門的挖槽機械,并配有高精度位置管理系統,挖掘深度達150m。通過改變墻體充填物的性能,可使止水墻體的滲透系數控制在10-6～10-9cm/s以內,對于含砂層較厚的土層有很可靠的止水保障,較普通止水措施更加有效。對我國地連墻施工有很強的借鑒意義,也為超深地下連續墻未來的發展提供一個較好的研究方向。

CRM工法[6]與普通鋼筋混凝土地連墻施工技術相似,但挖掘出的大部分土砂被制成混合漿體,重復利用。形成的墻體等厚,內插型材比較靈活,從而大幅度提高墻體的剛度和強度,以達到增大槽壁穩定性的目的。

4 超深地下連續墻的監測和檢驗

超深地下連續墻屬超深隱蔽工程對周圍環境影響較大,應做好監測工作。墻身側移和周圍環境的監測是超深地下連續墻監測的重點,應確保監測值低于相關規范規定的警戒值,并對變形和內力做出正確的預測。此外,墻段完成后,對墻身質量進行檢測,可采用鉆孔取芯法或聲波投射法。聲波投射法不但可以檢測墻身質量,還可以檢驗墻身混凝土強度。目前,深處墻身質量檢驗的報道很少,建議收集相關資料加以分析研究,以便采取有效措施保證超深地下連續墻墻身質量。

5 結論

1)超深地下連續墻可用于軟土、砂土、卵石及高水位的地基中,在不同地質條件下,應選擇不同的設備、施工方法、接頭形式,以保證成槽垂直度、槽壁穩定性和止水的要求。

(2)相對于采取施工措施提高超深地下連續墻的穩定性和止水效果,改善墻體本身的性能更有效。

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