深異形地下連續墻施工技術研究

易智宏，趙建平，汪應朝，李莉萍

(1.武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北武漢430030;2.重慶正平工程造價咨詢有限責任公司武漢分公司，湖北武漢430000)

1 問題的提出

深異形地下連續墻，就是單元墻段成槽超過一定深度，且形狀非直線形的地下連續墻的統稱。深異形地連墻的成槽深度一般都在30 m以上，施工難度較一般直線形地連墻大幅度增加。

目前深異形地連墻的施工是所有地連墻施工中的軟肋，本文就是研究利用成槽機的鉆進施工工藝，配以相關設備和技術改造，高效、優質地完成超深異形地連墻的施工，并通過對該工藝的研究，總結出較為先進的施工方法，以利推廣應用。

2 深異形地連墻施工技術研究的目的和意義

近10年來，隨著地下空間的開發，以及城市地鐵工程興建，基坑工程越來越多，開挖深度也越來越深，其設計和施工技術發展很快。開挖深度超過20 m的基坑已屢見不鮮，原有常用的排樁支護結構逐漸被超深地連墻所取代，而深異形地連墻又是地連墻結構中最為關鍵的一個環節，具有很大的應用前景。其他快速發展的城市也正經歷著向深異形結構地連墻發展的大變革，在深異形地連墻復雜施工技術上給專業施工單位帶來了新的考驗。

3 深異形地連墻施工技術的關鍵

作為深異形地連墻，其突出特點在于深與異。施工要取得成功，關鍵要從以下7個方面來解決問題。

(1)導墻制作時預先考慮;

(2)泥漿性能指標的控制;

(3)成槽先后順序;

(4)成槽垂直度控制;

(5)深異形鋼筋籠的制作方法和安裝技巧;

(6)砼澆筑方法;

(7)接頭處理。

4 深異形地連墻施工技術研究

4.1 施工工藝流程(圖1)

4.2 導墻制作

深異形導墻制作前，應預先考慮異形部位的設計形式。其制作精度直接影響到成槽的先后順序、成槽垂直度、鋼筋籠安裝等方面。一般情況下，異形槽段有如圖2幾種形式。

圖1 深異形地下連續墻施工工藝流程圖

圖2 異形槽段形狀圖

由于地連墻超深，受地下空間范圍控制，要求垂直度一般為0.25% ～0.5%，而導墻深度一般至少為1.5 m，按照0.5%的最小垂直度計算，內外導墻容許正偏差為7.5 mm。故導墻制作時應根據地連墻設計垂直度提前計算其正偏差量，支模時將地連墻厚度加上其正偏差，就是理論導墻寬度。其次，異形導墻制作要提前考慮幾抓成槽的因素，該異形導墻的長度就會有一個范圍值。因此，實際導墻尺寸要根據地連墻垂直度和成槽機的現實因素綜合考慮，才能確保深異形地連墻導墻施工的成功。

另外，由于成槽機具工作時張開尺寸固定，異形導墻制作要預留成槽施工的機械操作有效長度，以此糾正由于斗體受力不均而造成的槽孔偏斜。此部分長度一般控制在30～60 cm即可，其作用主要是使成槽機具工作受力均衡，相對垂直升降，確保成槽質量。此有效段宜向基坑外延伸，避免成墻后在坑內形成鼓包。澆筑砼時，該部分可采用膠合板或其他材料隔離后填入袋裝泥土或袋裝碎石。如果是連續拐角，在預留有效段時還要提前考慮相鄰槽段成槽的先后順序。

成槽施工尺寸預留如圖3所示，相關施工現場實物照片見圖4。

圖3 抓斗施工導墻尺寸預留示意圖

圖4 導墻拐角處施工照片

4.3 泥漿性能指標的控制

深異形地連墻的施工對泥漿性能要求尤為嚴格。由于異形槽段在鉆進成槽時，陰角和陽角是應力最集中的部位，極易引起槽孔縮頸、坍塌甚至地面塌陷等而釀成質量安全事故，而避免此危害最有效的方法就是加強泥漿質量的控制。

深異形地連墻施工前，技術管理人員應仔細研究地勘報告，根據地質情況按下列要素配制相應性能的泥漿。

4.3.1 相對密度

泥漿相對密度越大，對槽壁的壓力也越大，槽壁也越穩固。但相對密度過大，泥漿中的水因受壓而滲失增多，使附著于槽壁上的泥皮增厚而疏松，不利固壁，同時也影響砼澆筑質量;而且由于流動性差而使泥漿循環設備的功率消耗增大。

泥漿相對密度宜每2 h測定一次。

4.3.2 粘度

粘度大，懸浮土渣、鉆屑能力強，但易糊鉆頭，鉆挖阻力大，生成的泥皮厚;粘度小，懸浮土渣、鉆屑能力弱，不利于防止泥漿漏失和流砂層。

4.3.3 含砂量

含砂量大，相對密度增大，粘度降低，懸浮土渣、鉆屑的能力減弱，土渣等易沉落槽底，形成沉渣。泥漿的含砂量愈小愈好，一般不宜超過5%。

4.3.4 pH 值與穩定性

膨潤土泥漿呈弱堿性，pH值一般為8～9，pH值＞11的泥漿易產生分層現象，失去護壁作用。泥漿穩定性常用相對密度差試驗確定。即將泥漿靜置24 h，經過沉淀后，上、下層的相對密度差≯0.02。

4.3.5 膠體率

泥漿靜置24 h后，其呈懸浮狀態的固體顆粒與水分離的程度，即泥漿部分體積與總體積之比為膠體率。膠體率高的泥漿，可使土渣、鉆屑呈懸浮狀態。要求泥漿的膠體率＞96%，否則要摻加純堿(Na2C03)或火堿(NaOH)進行處理。

4.3.6 投料制備

投料順序宜為:水→膨潤土→CMC→分散劑→其他外加劑。由于CMC溶液可能會妨礙膨潤土溶脹，宜在膨潤土之后投入。

配制宜選用優質鈉基膨潤土，初配配合比一般為:膨潤土∶純堿∶水=8∶0.5∶100，使用3PN高速泥漿攪拌機攪拌。在施工過程中，根據具體情況，適當摻入CMC、分散劑、其他外加劑增粘。因此，通常情況下，泥漿的性能指標為:新漿密度1.05～1.15 g/cm3;循環漿密度1.15～1.25 g/cm3;含砂量＜5%;粘度18～25 s;膠體率＞95%;pH值8～9。

泥漿池的位置與容量大小以不影響成槽施工為原則，應分設造漿池、儲漿池、供漿池、回漿池，輸送距離不宜超過100 m。泥漿的儲備量按最大單元槽段體積的1.5～2倍考慮為宜。

一般情況下，泥漿性能不能滿足施工要求的主要表現為:泥漿沒有合理配置與充分使用，其密度、粘度、含砂量等不能滿足施工要求，保證不了槽底沉渣厚度，致使槽壁坍塌、成槽效率低，鋼筋砼保護層厚度難以滿足設計及規范要求，容易發生質量安全事故、造成環境污染等。對于深異形地連墻來講，符合要求的優質泥漿是確保施工成功的一大關鍵。經過統計，優質泥漿帶來的經濟效益非常明顯，一般能保證工期或使工期節約1/8～1/10，施工成本降低0.5% ～1%。

4.4 成槽的先后順序

由于異形槽段導墻形狀的受限和垂直度的影響，決定了成槽施工順序的唯一性。

成槽順序分為2種情況，一是包括異形槽段在內的相鄰各槽段的施工順序，另一是單元槽段施工的先后順序，如圖5所示。

圖5 異形槽段施工順序示意圖

首先應考慮每個槽段的施工順序。由于成槽機斗體張開尺寸固定，一般為2800 mm，且垂直度必須滿足設計要求，對于槽段1～5的施工，施工順序為:應先施工槽段3，然后施工槽段2與4，最后施工槽段1與5。這種由客觀條件決定的施工順序，是保證成槽效率和垂直度的最佳措施，施工時能起到事半功倍的效果。采取這種施工順序，鋼筋籠制作便利，槽孔開挖量較少，槽孔穩定性較好，便于控制糾偏，垂直度能較好的滿足設計要求。

而對于單元槽段來講，其施工也存在一定的先后順序。施工時，一般應先施工最外側一抓(第一抓)，然后施工最內側一抓(第二抓)，最后施工第三抓，這樣才能確保斗體施工時受力均衡，不致產生傾斜，能有效保證槽孔的垂直度。第一抓與第二抓兩端受力均衡，成槽質量好，施工效率高。第三抓一般只剩小墻，其導向由第一抓和第三抓控制。

單元槽段成槽的先后順序還受槽段長度的影響。槽段較長時，施工的順序可適當調整，否則只能按照上述順序施工。

4.5 成槽垂直度的控制

深異形地連墻由于受到不同平面和角度的控制，對垂直度的要求更高，更加嚴格。影響槽孔垂直度的因素有:導墻垂直度、設備配合間隙、設備就位水平狀態、操作人員技術水平等。

(1)導墻制作精度應嚴格控制，其垂直度偏差＜0.5%，方能起到成槽時第一步導向的功能，后續成槽槽孔的垂直度才能有一定的保障。

(2)設備本身的制造精度以及糾偏系統的功能完整性。由于國內制造工藝和裝配工藝的平均水平還存在局限性，這就造成了設備制造的精度誤差，反映到成槽機上，給成槽垂直度帶來一定的波動，不能始終處于穩定狀態。而只能通過對設備定期的保養、維修、調試，才能較好的控制其糾偏功能的完整性。目前，所有成槽設備均配備有糾偏裝置和成槽測斜裝置，能夠對產生偏斜的槽段進行實時監控。

(3)設備操作人員的技術水平。操作水平主要反映在工人操作成槽機的熟練程度以及對地質情況的了解和領悟。人機合一狀態是最高境界，對槽孔垂直度的控制可以達到最佳狀態。開槽時，成槽機斗體應懸掛，鋼絲繩繃緊，張開斗體，按槽段劃分線外擴一定尺寸，緩緩下入槽內。當地層發生變化時，操作人員更要仔細觀察，一般情況下軟硬互層是最易產生偏斜的部位，鉆進時應按照開槽時的方法操作，才能更進一步的確保垂直度。

4.6 深異形鋼筋籠的制作方法和安裝技巧

由于鋼材具有柔性與撓性，超長、超重、異形的鋼筋籠在起吊過程中很容易產生變形，所以制作時必須對關鍵部位進行加固，確保起吊后垂直、平整，整體剛度良好。

4.6.1 深異形鋼筋籠制作

根據異形地連墻設計要求，在制作平臺上，將各種不同型號的鋼筋采用焊接或機械連接方式，制作成與導墻同形狀的網狀構件。為便于鋼筋籠安裝順利，制作前，應先實地量測異形段導墻形狀，實地放樣，確定鋼筋籠的角度與尺寸，然后按照放樣構件下料。制作時，先在加工平臺上鋪設底片鋼筋，掛控制線調整平直，點焊牢固后，設置縱橫向桁架，然后鋪設上片鋼筋，縱向桁架數量根據網片幅寬來確定，一般間距1.2～1.5 m，橫向桁架間距9 m較為合適。水平分布筋與主筋應全部點焊牢固。為保證鋼筋籠有足夠的起吊剛度，制作時還須在異形拐角部位加焊斜拉鋼筋(斜拉鋼筋間距一般為1～2 m，鋼筋直徑≮22 mm)，必要時還應架設撐桿或腳手架，穩固鋼筋籠形狀，安裝時再將其去掉。為確保網片在起吊和運輸過程中絕對安全可靠，嚴禁產生不可恢復的變形，一般深異形鋼筋籠宜按設計長度采用整體制作，分段下置方式，同時要對各吊點和控制標高尺寸的吊筋進行加固。

4.6.2 深異形鋼筋籠吊裝

根據鋼筋籠的規格、形狀、總質量及起吊的安全性，以及本身施工場地的影響，深異形網片采用分段起吊、孔口連接的方式，可大大降低吊裝的風險程度。

吊裝鋼筋籠，通常選用2臺起重設備抬吊。先水平吊離地面，再緩慢、平穩使之處于豎直狀態，通過吊車移動、調整，將網片置入已挖好的槽段中，其吊裝示意如圖6和圖7所示。

吊裝主扁擔采用厚度為δ=60 mm的Q235B鋼板加工制作，尺寸為4000 mm×500 mm;同時用160槽鋼與鋼板焊接，焊縫要平整、牢固，并在兩側分別銑出100 mm孔3個和2個，見圖8。

吊索具鋼絲繩的大小和長度根據鋼筋籠的質量、分段長度等來確定。卸扣和滑輪根據鋼筋籠的質量確定，確定原則為其承受最大總荷載的1.5～2倍為宜，數量以起吊使用方式為準。吊裝鋼絲繩按《鋼絲繩》(GB/T 8918－96)執行。

圖6 鋼筋籠水平吊裝示意圖

圖7 鋼筋籠豎直吊裝示意圖

圖8 鋼筋籠起吊主扁擔示意圖

如果吊點位置計算不準確，鋼筋籠會產生很大變形，使焊縫開裂，整體結構散架，無法起吊，嚴重時甚至拉翻副吊，折斷主吊臂桿，對周邊環境產生極大的影響。因此吊點位置的確定是吊裝過程的一個關鍵步驟。

起吊時一般應設置主、副兩吊共10～12點，兩吊點的位置按簡支梁簡化計算，質量按均布荷載考慮。

圖9 鋼筋籠分段起吊長段網片彎矩計算圖

根據力矩平衡原理，對圖9有:+M=－M有:

式中:q——均布荷載;M——彎矩。

故:

因此起吊點選取B、C、D、E時，鋼筋籠起吊彎矩最小，實際吊裝過程中B、C為主吊位置。根據相關技術數據和實際吊裝經驗，當A、B兩點重合，即A(B)、C為主吊位置，D、E為副吊位置時，鋼筋籠整體撓度變化微小，一般1～4 mm，在允許范圍內，符合安全起吊標準。

4.7 砼澆筑

深異形地連墻砼澆筑導管必須做氣密性試驗，壓力滿足要求后方可使用。澆筑前，應先量測槽底沉渣，置換底部泥漿。如果沉渣厚度超過設計要求，則必須清孔。清孔可采用氣舉反循環和泵吸反循環，沉渣滿足設計要求后即可開盤。灌注時，導管內必須下置隔水塞，使砼與泥漿兩種不同介質有效隔離。

相較于直線形地連墻，深異形地連墻的形狀獨特，角部位和面部位較多，成墻質量和防滲要求更高。考慮接頭部位和異形拐角部位的砼澆筑質量，以及灌注架的操作空間，導管安放位置要遵循薄弱部位就近原則。作為施工管理人員，應結合鋼筋籠的形狀，事先在導墻表面刻劃出灌注架的安放位置，該位置不得與接頭箱或鎖口管起拔空間有沖突，同時要計劃砼車進出路線，確保兩幅導管同時澆筑。

導管下置幅數及布置方式一般為:槽寬＜4 m時，使用1幅導管;槽寬4～7 m時，使用2幅導管;導管距槽段兩端距離≯1.5 m，導管間水平距離≯3 m。2幅導管安裝時必須居中槽段，以免提動時掛住鋼筋籠而導致埋管。當使用2幅導管澆注時，要同時進行，整個砼面上升速度不宜小于3 m/h，也不宜大于5 m/h，力求保持均衡，砼面高差≯50 cm。

4.8 接頭處理

深異形地連墻質量控制的另一個關鍵點就是接頭部位的防滲漏處理。無論是剛性接頭還是柔性接頭，均有各自的施工工藝和施工要求，但關鍵均是相鄰兩墻接頭的連接質量和滲漏水防治。

深異形地連墻的接頭宜設置在直段部位，可減少其應力集中而避免開挖時變形。

施工時，接頭處的回填要均勻，回填材料宜用編織袋袋裝，裝袋最多1/3，即以材料能在編織袋內來回滑動為最佳。另外，接頭管或接頭箱的起拔要根據砼的初凝時間來決定。起拔過晚，將直接導致埋管;起拔過早，砼繞流，給后期槽段施工帶來障礙，并導致接頭結合不緊密，開挖后出現滲漏。因此，掌握砼的初凝時間，對起拔及防滲漏至關重要。

為進一步防止接頭處夾砂、夾泥、或形成低強度素砼，施工后期槽段時，必須對一期槽段接頭采用專制鋼絲刷或沖擊鉆進行清刷處理。專制鋼絲刷宜制作成條形，以防止刷子在槽段內轉動而導致卡死。鋼絲刷制作形狀如圖10所示。

圖10 鋼絲刷實例照片

對于深異形地連墻，為控制接頭處滲漏水，一般還應在基坑外側的接頭部位施工高壓旋噴樁或三軸攪拌樁，形成止水帷幕，達到防滲漏和止水效果。

5 工程實例

5.1 武漢市軌道交通四號線二期一標段復興路站圍護結構工程

該工程圍護結構采用地下連續墻+內支撐支護形式。地連墻寬1 m，深45 m，采用“工”字鋼接頭，共有8幅異形槽段，分別為“L”形、“Z”形、“T”形，是典型的深異形地連墻。該項目共計33幅地連墻，施工分2期進行，先施工南側。

5.1.1 槽段調整和鋼筋籠分段

該項目制作導墻時，就預先考慮了異形槽段施工的便利性，對設計圖紙進行了調整，如槽段EW25，其調整情況如圖11。

圖11 復興路站地連墻EW25槽段施工調整示意圖

同時，將調整后的槽段分解為EW25－1、EW25－2兩個槽段，并且將EW25－1、EW25－2的施工先后順序進行了確定。實踐證明，EW25槽按此方法調整后，施工迅捷、安全、成槽成墻質量優良。施工時，同樣對EW11槽進行了調整，并將每抓成槽順序作出了詳細的要求，取得了很好的效果，如圖12。

圖12 復興路站地連墻EW11槽段施工調整示意圖

本項目地連墻鋼筋籠總長度為44 m，因為地處交通要道，車流人流異常繁忙，為確保安全，鋼筋籠采取整體制作、分段下置，兩段長度分別為36 m和8 m。長段鋼筋籠吊點的計算為:

計算得:L1=3.43 m;L2=9.7 m。

實際吊裝過程中，B、C是主吊位置，AB距離影響吊裝鋼筋籠。根據相關技術數據和實際吊裝經驗，適當調整A、B兩點位置，使其重合，其它各點位置同時作相應調整，如圖13。

圖13 鋼筋籠吊點布置圖

經過調整后，本項目鋼筋籠起吊非常安全、穩固，完全滿足預期要求。

5.1.2 起重設備選型

本項目選用200 t履帶吊車作為主吊，200 t吊車作業工況如表1(分段起吊時選用)。

表1 200 t吊車作業工況表

5.1.3 鋼筋籠吊裝點加強措施

為確保鋼筋籠在起吊和運輸過程中絕對安全可靠，制作時，須要對各吊點進行加固。并且，為確保鋼筋籠安裝時準確定位，控制標高尺寸的吊筋也必須得到應有的加強。

根據本項目地連墻鋼筋籠的實體質量，其最大質量55～62 t。吊點采用HPB235級32 mm鋼筋加強。驗算如下:

式中:F——極限拉伸力;fy——極限抗拉強度，fy=235 N/mm2，抗拉強度設計值fy=210 N/mm2;S——鋼筋截面積，S=3.14×(32/2)2mm2。

根據計算，F=210×3.14×(32/2)2/10000=16.88 t，即表明單根HPB235級32 mm鋼筋設計抗拉力為16.88 t。本項目鋼筋籠起吊時，最少設置4個吊點，設計受拉力為:16.88×4=67.52 t，完全滿足起吊要求，故吊點加強采用HPB235級32鋼筋合適。

5.2 武漢市永清綜合發展項目瑞安 A1、A2、A3地塊深基坑支護及降水工程

本項目共195幅地連墻，墻寬分為0.8 m和1.0 m兩種，深度為46.5～49.5 m，采用圓弧形鎖口管接頭，其中有10幅異形槽段，是典型的深異形結構地連墻。異形墻主要位于基坑四角部位及0.8 m和1.0 m墻交接處。

該項目施工時，針對漢口沿江砂層較厚的復雜地質情況，考慮到地連墻超深，且采用鎖口管接頭，導墻制作采用了新的方法，如圖14所示。

圖14 導墻制作示意圖

該形導墻制作分4步進行。第一步綁扎底面鋼筋，支模澆筑底部墻體;第二步綁扎立面鋼筋，支模澆筑立面墻體;第三步，立面墻體拆模養護后，回填粘土，并分層壓實，壓實時不得將立面墻體擠壓變形;第四步支模澆筑蓋板，拆模后養護一周，即可使用。施工驗證表明，該導墻具有很好的承力結構，完全滿足本項目接頭管的起拔要求。另外，在異形槽段處，提前將導墻形狀和開挖先后順序確定好，并按此制作導墻，施工時取得了非常好的效果。異形導墻制作經過周密計算，外擴部位相應進行了調整。

該項目地連墻超深，地質情況復雜，砂層穿越厚度＞30 m，因此，成槽過程中對泥漿質量要求非常高。施工時砌筑了專門的泥漿池，依次間隔分設造漿池、儲漿池、供漿池、回漿池，每個分池容量均在100 m3以上，能同時滿足2個槽段的施工需求。造漿采用優質鈉基膨潤土，新漿性能為:密度1.08～1.12 g/cm3，粘度28 s，含砂量1%。回收泥漿采用了ZX－200型大功率泥漿分離除砂器，經過除砂后的泥漿，其參數為:密度1.10～1.16 g/cm3，粘度30 s，含砂量3% ～4%，完全滿足設計與施工要求。

由于泥漿在循環使用過程中，不斷受到砼水泥漿液的污染，導致不同程度的劣化，需要不斷對其進行補充調節，使其滿足施工要求。因此，在施工過程中，除補充新漿外，還使用CMC和純堿進行調節，使循環泥漿能有效滿足施工要求，起到良好的護壁效果。

由于砂層厚，成槽時在軟硬互層和地質分層部位較易產生偏斜，因此，施工時，針對地質互層情況進行了詳細的研究，并對操作人員進行技術交底，要求在不同地質交錯層和軟硬互層部位采取抓斗懸掛挖掘的方法，成槽質量達到了預期的效果，成槽后經過檢測，槽孔垂直度完全達到或超過了設計要求的1/500。

另外，由于存在0.8 m和1.0 m墻的交接，根據具體情況，必須先施工0.8 m地連墻，后施工1.0 m地連墻，方能滿足設計，確保地連墻的完整性。

6 結語

隨著新技術、新設備、新工藝的不斷出現，施工管理和解析方法的不斷完善，地下連續墻作為一種基坑支護施工工藝，配合其他先進的施工方法，其施工技術將日益成熟，使用范圍和用途還將有新的突破，并且將占據基坑工程的主導地位。在此基礎上，深異形結構地連墻的施工技術也將越來越成熟，使用范圍也將越來越廣泛，如鉆孔灌注樁方樁的設計與施工，地下連續墻新型柔性鎖口管的發展，新形接頭處理技術的應用等，深異形地連墻的研究也將進一步通過實踐得到更加完善。

［1］易智宏，李小剛.地下連續墻施工技術難點探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(4):10 －12.

［2］李小剛，易智宏，李莉萍.地下連續墻施工中泥漿的合理使用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005，32(2):15 －17.

［3］易智宏，曾繼文，黃安.地下連續墻“三合一結構”的施工技術［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(8):51 －53.

［4］孫立寶.超深地下連續墻施工中若干問題探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(2):51 －55.

［5］日本土木工程師協會.地下連續墻施工技術［Z］，1997.