一種接頭管防繞流料倉漏斗在地連墻中的應用

李 昊，郭 東

（天津深基工程有限公司，天津 300222）

引言

隨著地下連續(xù)墻（以下簡稱“地連墻”）越來越廣泛應用于基礎(chǔ)工程及圍護結(jié)構(gòu)[1]，如何防止和控制地連墻接頭管底部混凝土繞流成為地連墻施工質(zhì)量控制的重點。傳統(tǒng)的地連墻接頭型式采用圓形或圓形帶翼接頭管，采用此類接頭管當接頭管下放不到底時，混凝土會通過接頭管底部發(fā)生繞流從而進入接頭管內(nèi)部；當接頭管下放到底時，混凝土澆筑后，上拔接頭管時間過早，混凝土凝固不充分或未達到初凝條件。當接頭管起拔時，混凝土從接頭管底部繞流進入管內(nèi)，造成接頭管內(nèi)部清理困難。

為解決上述地連墻施工中接頭管底部繞流問題，本文結(jié)合實際工程情況，提供一種新穎可靠、操作簡單的地連墻接頭管防繞流料倉漏斗裝置及施工方法。

1 概述

唐山港京唐港區(qū)23號至25號多用途泊位工程位于京唐港區(qū)三港池南側(cè)岸線的西側(cè)[2]，碼頭總長度為945 m，新建1個7萬t級和2個10萬t級多用途泊位。碼頭前沿設(shè)計水深為-15.5 m，碼頭面高程為4.0 m，采用遮簾式地連墻板樁結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)主要由地連墻、錨碇墻、遮簾樁、胸墻、導梁及鋼拉桿等組成，地連墻數(shù)量為182幅。根據(jù)碼頭地連墻的施工特點，為了確保地連墻接縫處的施工質(zhì)量，防止接縫處滲水漏沙，施工時在地連墻接縫處采用圓形接頭管。地連墻施工過程中，結(jié)合本工程的實際情況，發(fā)明了一種接頭管防繞流的料倉漏斗裝置，解決了地連墻在使用圓形接頭管的情況下底部繞流的問題，并在實際工程中進一步得到了驗證和改進，總結(jié)出了一套接頭管防繞流的料倉漏斗的使用方法。

2 傳統(tǒng)接頭管混凝土繞流分析

2.1 傳統(tǒng)地連墻接縫施工方法

傳統(tǒng)的地連墻接縫施工時一般采用圓形或帶翼接頭管，成槽結(jié)束后混凝土澆筑前，槽段檢測滿足設(shè)計及規(guī)范要求后，使用履帶吊將圓形接頭管下放至兩槽段接縫處，然后吊放鋼筋籠、澆筑混凝土、上拔接頭管等后續(xù)工作。考慮到技術(shù)人員施工經(jīng)驗豐富，掌握拔管時機較準確，一般不采取混凝土防繞流措施。

2.2 傳統(tǒng)接頭管混凝土繞流通病

1）接頭管下放不到底

施工中常常因地質(zhì)問題距離設(shè)計底高程留有富裕高度h，使用混凝土灌注設(shè)備澆筑混凝土時，混凝土會通過接頭管底部發(fā)生繞流從而進入接頭管內(nèi)部，嚴重時接頭管強力提升時未施工槽段土體因頂部土壓力過大而在下部形成真空區(qū)域造成坍塌，混凝土不僅繞流進入接頭管內(nèi)部，而且繞過接頭管底部流入相鄰槽段，且隨混凝土澆筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作難以進行，如圖1和圖2所示。

圖1 接頭管未下放到底混凝土繞流平面

圖2 接頭管未下放到底混凝土繞流剖面

2）接頭管下放到底

施工中接頭管下放至設(shè)計底高程，未留富裕高度h，為了降低接頭管拔不出來的風險，上拔接頭管一般在混凝土初凝前進行。雖然拔管時間早已經(jīng)過試驗確定，但在實際施工過程中，由于混凝土自身質(zhì)量、天氣及地質(zhì)等外界因素的影響，技術(shù)人員在上拔接頭管時往往偏于保守，就是拔管時間“寧早勿晚”。這就可能引起混凝土凝固不充分或未達到初凝條件。當接頭管起拔時，混凝土從接頭管底部繞流進入管內(nèi)，造成接頭管內(nèi)部清理困難。這種情況下嚴重時如果接頭管強力提升，未施工槽段土體因頂部土壓力過大而在下部形成真空區(qū)域造成坍塌，混凝土不僅繞流進入接頭管內(nèi)部，而且繞過接頭管底部流入相鄰槽段，且隨混凝土澆筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作難以進行，如圖3、圖1和圖2右側(cè)圖所示。

圖3 接頭管下放到底混凝土繞流剖面

3 新型料倉漏斗的研發(fā)

3.1 新型料倉漏斗的結(jié)構(gòu)

為解決上述問題，本文提供一種地連墻接頭管防繞流的料倉漏斗，其中：該結(jié)構(gòu)包括有料倉、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳等；所述料倉、漏斗和漏斗封堵使用鋼板加工制作而成，所述支架采用方矩管制作，所述吊耳采用圓鋼制作，料倉、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳相互焊接成一個整體，如圖4所示。

該裝置為可拆除的結(jié)構(gòu)，漏斗底部留置有可拆卸的漏斗封堵，可隨時控制級配碎石的下送，料倉頂部設(shè)置有圓鋼制作的吊耳，可隨時使用吊車將該裝置與接頭管分離。

圖4 新型料倉漏斗

3.2 新型料倉漏斗的設(shè)計思想

新型料倉漏斗的設(shè)計思想是將料倉和漏斗通過支架坐在接頭管上，通過料倉和漏斗將級配碎石下送至接頭管底部，施工中可隨時用漏斗封堵控制下送速度和時間，施工前后使用吊車經(jīng)吊耳將裝置上下移動，如圖5所示。

圖5 新型料倉漏斗與接頭管安裝示意

3.3 新型料倉漏斗加工制作要點

1）料倉、漏斗采用2 mm的鋼板制作，漏斗封堵采用4 mm的鋼板制作，材質(zhì)均為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度σs=235 MPa，剛度彈性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；料倉直徑取值1 m、高度取值1.5 m，漏斗底部直徑取值0.3 m，即可滿足常用地連墻使用要求。

2）支架采用方矩管制作，規(guī)格型號為160 mm×160 mm×5 mm，材質(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度σs=345 MPa，剛度彈性模量E取值206 GPa，剪切模量G取值79.38 GPa；支架牛腿高度取值0.5 m，即可滿足常用地下連續(xù)墻使用要求和吊裝要求。

3）吊耳采用16 mm圓鋼制作，與料倉的焊縫長度為180 mm，材質(zhì)為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度σs=235 MPa，剛度彈性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；吊耳高度取值280 mm，其中懸空高度100 mm，焊接長度180 mm，即可滿足該料倉漏斗滿載下的吊裝要求。

3.4 新型料倉漏斗工作特征

1）接頭管下放不到底

施工中常常因地質(zhì)原因接頭管未下放到底，通常留有富裕高度h，混凝土灌注設(shè)備工作之前，使用該料倉漏斗沿接頭管將級配碎石下送至接頭管底部，用于填充接頭管與設(shè)計底高程之間的富裕高度h，混凝土灌注設(shè)備工作時可有效防止混凝土繞流進入接頭管內(nèi)部，如圖6所示。

圖6 接頭管未下放到底新型料倉漏斗工作原理

2）接頭管下放到底

在接頭管下放到底的情況下，混凝土灌注設(shè)備工作之前，使用該料倉漏斗沿接頭管將級配碎石下送至接頭管底部，混凝土灌注后，上拔接頭管時，級配碎石自由塌落可有效防止混凝土繞流進入接頭管內(nèi)部。與此同時，隨著接頭管逐步提升和級配碎石高度逐步上升，也可有效防止側(cè)壁坍塌，尤其是側(cè)壁為松散、均一性差的土質(zhì)，如流沙土層、濕陷性黃土等不良地質(zhì)[3]，如圖7所示。

圖7 接頭管下放到底新型料倉漏斗工作原理

3.5 新型料倉漏斗工作步驟

1）裝級配碎石。考慮到漏斗底部直徑、鋼板的承重力要求以及下料速度，料倉和漏斗內(nèi)每次裝載的碎石高度不大于料倉和漏斗的總高度的2/3為宜。

2）吊車吊運料倉漏斗。料倉頂部對應兩側(cè)設(shè)置2個吊耳，施工前后使用50 t履帶吊上下吊運。

3）人工拉、裝漏斗封堵。料倉和漏斗內(nèi)的碎石裝載到一定高度后，人工拉除漏斗下的漏斗封堵，即可使碎石自由落下；過程中間歇施工必須中斷時，人工安裝漏斗封堵，可使碎石下送過程停止。施工中作業(yè)人員注意的安全事項包括機械傷害、高處墜物和物體打擊等。

3.6 施工中注意要點

1）此新型料倉漏斗主要針對地連墻接頭管底部混凝土繞流情況，不能解決接頭管與槽壁縱向混凝土繞流，施工時要注意控制接頭管與槽壁縱向縫隙寬度。

2）此裝置在地連墻施工時能夠起到預防作用，對于已經(jīng)發(fā)生混凝土繞流進入接頭管的情況，只能強力上拔接頭管，使用沖擊鉆或風鎬等設(shè)備將接頭管內(nèi)混凝土鑿除。

3）隨著級配碎石在接頭管內(nèi)高度上升，拔管機起拔時，碎石會對接頭管有向下的摩阻力f1，同時還應考慮接頭管的自重G、土體對接頭管的摩阻力f2、底部初凝混凝土和上部泥漿漿液對接頭管的摩阻力f3、以及土體、混凝土等對接頭管的粘結(jié)力e等等，見圖8所示。碎石高度越高，f1越大，相應的拔管機起拔力F1也就越大。如果碎石上升高度較高，可適當加大拔管機的起拔力F1，施工中應注意此類情況。

圖8 接頭管起拔時受力示意

4 經(jīng)濟效益分析

新型裝置用于地連墻施工后，降低了接頭管難以拔除的風險，有效的保證了地連墻接縫質(zhì)量。同時臨近槽段成槽時，還可將接頭管位置的碎石挖除，現(xiàn)場將挖除的碎石高壓水沖后還可重復使用，節(jié)約了資源。

表2為使用新型料倉漏斗的碼頭工程與使用傳統(tǒng)施工方法的碼頭工程在施工中的實際成本費用對比。通過對比發(fā)現(xiàn)，在地連墻數(shù)量相差無幾的情況下，使用傳統(tǒng)施工方法的實際成本約為2 179元/幅，而使用新型料倉漏斗的實際成本約為681元/幅，同時新型裝置可重復利用，經(jīng)濟效益可觀。

表2 項目工程實際成本費用對比

5 結(jié)語

本文所述的新型料倉漏斗裝置，能夠循環(huán)利用，可以一次安裝到位，節(jié)約了地連墻因事故處理費用，減少了相鄰槽段接縫處理時間，降低了接頭管損壞的風險，提高了槽段間接縫的抗?jié)B透能力，使用效果十分明顯。同時本裝置操作簡便，方便快捷，在地連墻基礎(chǔ)工程主體及圍護結(jié)構(gòu)工程項目中應用前景十分廣闊。