超大超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

□文/高海波

超大超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

□文/高海波

于家堡交通樞紐深基坑工程均采用61 m超深地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、細(xì)砂等不良地層，通過采取合理的對策解決了施工難度較大的問題，攻克復(fù)雜地層條件下超深超大地下連續(xù)墻施工技術(shù)難題，確保了工程質(zhì)量。

超深；地下連續(xù)墻；施工；不良地層；風(fēng)險

1　工程概況

于家堡交通樞紐工程是城際高速鐵路、輕軌交通和公交換乘的大型綜合交通樞紐工程，配套市政公用工程土建施工第一標(biāo)段包括部分B1線、Z1線軌道交通地下結(jié)構(gòu)工程。

其中Z1、Z4線全部采用1.2 m厚、61 m超大超深的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑內(nèi)設(shè)置7道混凝土支撐，豎向采用φ500 mm工具柱支撐。基坑開挖深度達(dá)29.5 m，為當(dāng)時天津市最深基坑，施工難度很大，見圖1。

圖1　干家堡一標(biāo)平面

工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地層表層為雜填土層，地下25 m深度范圍內(nèi)主要是粉土和粘土。其中5～17 m范圍內(nèi)存在軟弱淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；17～25 m為淺層承壓水的不透水層；30～60 m為粉砂和細(xì)砂層，厚度大、標(biāo)貴值較高，平均＞50；60 m以下為粘土層，形成深層承壓水的不透水層，61 m深地下連續(xù)墻底部坐于此不透水層上，使基坑形成封閉箱體，見圖2。工程是典型的上軟下硬地層，下部為巨厚砂層，砂層易塌槽且標(biāo)貴值大，導(dǎo)致地下連續(xù)墻成槽施工效率低，而上部存在的軟弱淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層在長時間暴露情況下也容易塌槽。

圖2　地質(zhì)條件與圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)系

2　地下連續(xù)墻施工工藝

地下連續(xù)墻施工工藝流程見圖3。

圖3　地下連續(xù)墻施工工藝流程

3　施工難點分析及對策

3.1成槽精度控制

地下連續(xù)墻深達(dá)61 m，要求成槽垂直度偏差必須控制在3‰以內(nèi)，垂直度較難保證。為此，需要在機(jī)械設(shè)備、施工工法及施工過程中加強(qiáng)控制才能保證垂直度，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。地下連續(xù)墻垂直度控制是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的難點之一。

成槽垂直度控制的第一步就是導(dǎo)墻的垂直度控制。但是根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況來看，在場地內(nèi)土層上部分布了較厚的一層粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，標(biāo)貴值2～3，承載力極低。坐落在該層土的導(dǎo)墻為保證其基底的穩(wěn)定性，預(yù)先應(yīng)對導(dǎo)墻下的土體進(jìn)行攪拌樁加固施工，提高其承載力，保證在機(jī)械成槽和鋼筋籠下放過程中，導(dǎo)墻的堅實穩(wěn)定。

3.2地面下30～60 m苑圍內(nèi)砂層開挖困難且容易塌槽

在地面下30～60 m范圍內(nèi)主要為粉砂和細(xì)砂層，標(biāo)貴值大。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗，在標(biāo)貴值＞30的土層中，液壓成槽機(jī)的成槽效率急劇下降，標(biāo)貴值＞50就很難挖掘。試槽時，直接采用液壓抓斗挖土的方式，成槽寬度5 m約用時78 h，而通過試槽情況來看，在采用旋挖鉆引孔的情況下，在砂層液壓，成槽機(jī)成槽進(jìn)尺約1 m/h左右，效率很低。而且由于該層粉砂和細(xì)砂含微承壓水層，地下水豐富，孔壁穩(wěn)定性差，可能發(fā)生流變，因此30 m深度以下的砂土層易發(fā)生塌孔，對成槽垂直度影響很大。

由于在硬砂土層的成槽效率低，30 m以上的雜填土、淤泥質(zhì)粘土、粉土、粉質(zhì)粘土層，成槽后長時間晾槽也容易出現(xiàn)塌孔。因此，在施工過程中合理地配置泥漿、控制成槽進(jìn)度，防止塌孔是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的難點之一。

1）嚴(yán)格控制槽邊荷載。成槽機(jī)本身質(zhì)量大（約60 t），如此荷載施加到上部軟弱地層很容易導(dǎo)致土體產(chǎn)生滑移，使槽段發(fā)生塌孔或?qū)μＫ允┕み^程中在成槽機(jī)下鋪設(shè)鋼板，將成槽機(jī)對土層形成的附加應(yīng)力分散，減小土體內(nèi)的應(yīng)力，保證土體穩(wěn)定。同時，在成槽施工5 m范圍內(nèi)禁止大型機(jī)械行走。挖出的土方及時由裝卸車運到臨時堆土場地放置，嚴(yán)禁在槽邊堆放土方。

控制坑邊荷載后，若在挖槽時仍出現(xiàn)上部槽段塌方，則在槽段兩側(cè)進(jìn)行水泥攪拌樁或粉噴樁加固施工，提高土體的粘聚力和強(qiáng)度，控制塌方事故的發(fā)生。

在初期慢速挖槽，控制槽段內(nèi)液面高于地下水位1.0 m以上；在砂層中開挖，控制進(jìn)尺不能過快，以免擾動泥漿形成負(fù)壓導(dǎo)致塌槽。

2）在砂土層中挖槽時提高泥漿密度，控制在1.2 kg/m3左右；但是嚴(yán)格控制其含砂量，對循環(huán)泥漿用大功率振動除砂器進(jìn)行除砂，處理后仍不符合要求（＞8%），予以廢棄，以免因含砂量大導(dǎo)致沉渣過厚、減小對壓油管的磨損。

3）針對泥漿密度大導(dǎo)致混凝土澆筑困難的情況，在完成鋼筋籠、導(dǎo)管下放后，對槽底進(jìn)行清孔，當(dāng)槽底泥漿密度＜1.15 kg/m3時，立即進(jìn)行混凝土澆筑。對槽內(nèi)的泥漿也進(jìn)行置換，減小密度和含砂率。

4）如在挖槽或混凝土澆筑過程中發(fā)生輕微塌槽，使用空氣吸泥機(jī)吸掉泥土后繼續(xù)挖槽或繼續(xù)澆筑。如發(fā)現(xiàn)大面積坍塌，應(yīng)及時將抓斗提出地面，用優(yōu)質(zhì)粘土（滲入20%水泥）回填至坍塌處以上1～2 m，待沉積密實在槽壁外側(cè)注漿后再行挖槽。

3.3混凝土繞流防治措施

地下連續(xù)墻混凝土繞流的主要原因：槽內(nèi)泥漿液面高度不夠、泥漿性能指標(biāo)不合格、地下連續(xù)墻鋼筋籠平整度差、成槽垂直度不滿足要求、成槽到灌注時間過長等引起的槽壁坍塌；地下連續(xù)墻工字鋼板下端未插入槽底或插入深度不滿足要求；地下連續(xù)墻工字鋼板兩側(cè)與槽壁間未采取防繞流措施；接頭箱未下放到槽底或起拔時間過早；接頭箱背后回填料不密實。

挖槽過程中派專人控制槽內(nèi)泥漿液面高度，液面下降及時補(bǔ)漿，確保槽內(nèi)液面高于地下水位1 m以上；根據(jù)不同的地層條件選擇合適的泥漿，保證泥漿的護(hù)壁效果；加強(qiáng)挖槽過程控制，充分利用成槽機(jī)垂直度控制系統(tǒng)，隨時檢查挖槽垂直度，發(fā)生偏斜后及時對槽壁進(jìn)行修正；鋼筋籠起吊時合理設(shè)計吊點位置，避免鋼筋籠產(chǎn)生縱向彎曲變形，使鋼筋籠入槽孔時，保持垂直狀態(tài)；挖槽過程中嚴(yán)格控制成槽深度，避免因超挖造成地下連續(xù)墻工字鋼板懸空或插入深度不足；挖槽時適當(dāng)放大幅寬，保證接頭箱正常下放；接頭箱下放完成后，其背后空隙用碎石回填，為保證回填密實，每回填8～10 m用吊車吊接頭箱將碎石砸壓密實；按設(shè)計要求安放好工字鋼兩側(cè)φ30 mm的鋼筋，防止混凝土從鋼板兩側(cè)繞流；在加工鋼筋籠時，在工字鋼板兩側(cè)，沿籠體通長設(shè)置2塊0.3 mm的薄鐵皮，鐵皮寬1 m左右，澆筑混凝土?xí)r，利用混凝土的流動性，使薄鐵皮受擠壓后緊貼槽壁，封堵接頭鋼板與槽壁間空隙，使混凝土不能從兩側(cè)繞流。若發(fā)生繞流，則在混凝土澆筑完拔出接頭箱后，采用旋挖鉆對工字鋼板后的繞流進(jìn)行處理，對工字鋼夾角處的混凝土繞流也能起到松動的作用，然后再用自制的鏟刀對工字鋼背后的繞流混凝土進(jìn)行處理，鏟刀安裝到液壓抓斗上，利用液壓抓斗的自重，將鏟刀貼緊在工字鋼上。對于強(qiáng)度比較高的繞流混凝土可以采用接頭箱底部焊接鋼板三角形鏟刀，對繞流定位沖擊。

3.4接頭箱起拔難度大

根據(jù)初步估算，在理想垂直狀態(tài)下，頂拔接頭箱需克服的接頭箱自重（約50 t）與側(cè)壁的摩阻力（單位側(cè)阻取20 kN/m2）之和就已達(dá)到400 t以上，這樣大的頂拔對接頭箱本身與導(dǎo)墻承載力的考驗都是相當(dāng)大的，因接頭箱自身材料焊接加工質(zhì)量、連接部位螺栓抗剪強(qiáng)度不足或?qū)笞鶑?qiáng)度不夠?qū)е陆宇^箱被拔斷或埋管的風(fēng)險幾率將大大增加。

針對61 m超深地下連續(xù)墻，接頭箱如果強(qiáng)行下放到底，勢必難以起拔。擬將接頭箱下放到開挖面以下10 m位置，接頭箱下部用袋裝砂石進(jìn)行填充并用吊車懸吊重物（接頭箱或自制鐵塊）進(jìn)行夯實。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，只要砂袋填充密實，能夠給止水鋼板提供足夠的支撐反力，能夠有效控制混凝土繞流。

對于上部的接頭箱，為防止接頭箱難于起拔的現(xiàn)象，接頭箱制作精度（垂直度偏差）應(yīng)在1/1 000以內(nèi)，安裝時必須垂直插入，偏差≯50 mm。同時，抽拔時掌握時機(jī)，一般混凝土達(dá)到自立程度（3.5～4 h），即開始松動接頭裝置，每次抬高5 cm，每間隔5 min頂拔一次。嚴(yán)格按照混凝土澆灌記錄曲線表所實際記錄的混凝土在某一高度的終凝時接頭裝置允許頂拔的高度，嚴(yán)禁早拔、多拔。同時考慮到混凝土澆筑時將產(chǎn)生側(cè)向推力，導(dǎo)致反力箱的摩擦力增加，本工程地下墻鋼筋籠制作時采用以先行幅和順幅施工為主的措施。其中先行幅的鋼籠兩側(cè)均設(shè)置止水鋼板，與鋼筋籠水平筋牢固焊接，整體起吊入槽。順幅設(shè)置單邊止水鋼板，減少反力箱起拔的風(fēng)險。

3.5鋼筋籠變形難以下放

本工程最長鋼筋籠達(dá)到50 m，質(zhì)量72.16 t，在起吊過程中如果鋼筋籠加強(qiáng)措施不到位或起吊方法不對，極易導(dǎo)致鋼筋籠發(fā)生不可恢復(fù)彎曲變形，導(dǎo)致鋼筋籠難以入槽。另外，加工過程中鋼筋籠尺寸偏差或加工場地平整度達(dá)不到要求，鋼筋籠本身存在一定的扭曲，也將導(dǎo)致鋼筋籠難以入槽。

為防止鋼筋籠在吊裝過程中變形，要對鋼筋籠進(jìn)行加固；制定專項鋼筋籠吊裝方案，合理設(shè)置吊點位置，吊點設(shè)置在縱、橫向桁架交點處，設(shè)置吊環(huán)、拉筋、斜拉筋，并加設(shè)大直徑圓鋼以使鋼筋籠受力均勻；吊裝過程中輕起慢放，防止產(chǎn)生較大沖擊荷載。另外，嚴(yán)格控制鋼筋籠外形尺寸，其長寬應(yīng)比槽孔小20 cm；鋼筋籠入槽孔時，保持垂直狀態(tài)。如因槽壁彎曲鋼筋籠不能放入則修整后再放鋼筋籠。

嚴(yán)格控制鋼筋籠加工平臺的標(biāo)高，保證鋼筋籠加工平臺的平整，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，平臺標(biāo)高差應(yīng)控制在10 mm以內(nèi)，以保證鋼筋籠加工平整度。

4　結(jié)語

于家堡站交通樞紐配套市政公用工程土建施工第一標(biāo)段地下連續(xù)墻為天津市最深，施工技術(shù)難度與國內(nèi)其他地下連續(xù)墻施工中屬前列。在工期緊、任務(wù)重的情況下，合理組織、精心施工，總結(jié)出一套適合復(fù)雜地質(zhì)條件下超大超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)，促進(jìn)了本工程順利、安全、如期地完成。

［1］趙志縉，應(yīng)惠清.簡明深基坑工程設(shè)計施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］江正榮.建筑地基與基礎(chǔ)施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用［M］.北京：水利水電出版社.

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C

1OO8-3197（2O16）O1-45-O3

2O15-1O-2O

高海波/男，1981年出生，工程師，中鐵一局集團(tuán)天津建設(shè)工程有限公司，從事地鐵深皇坑施工工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O15