剛性地下連續墻框架基礎施工關鍵技術

左少兵

上海遠方基礎工程有限公司 上海 200436

隨著施工技術的成熟與發展，地下連續墻在橋梁錨碇基礎中的應用越來越多，在超深超大基礎中大有取代沉井、樁基礎的趨勢。在以往的工程建設中，地下連續墻在懸索橋錨碇基坑中經歷了矩形到圓形，再到“∞”字形的發展，如潤揚大橋北錨碇矩形基礎、虎門二橋東錨碇圓形基礎、深中通道伶仃洋大橋西錨碇“∞”字形基礎等。

矩形地下連續墻可以很好地適應錨碇的要求，因為錨碇從受力結構上來說，順橋向比較長，橫橋向比較短，完全契合錨碇的受力要求，能夠充分地被利用。但是這種結構形式需要很大的支撐體系將地下連續墻墻體支護起來，由于結構整體剛度不連續，導致深基坑開挖時地下連續墻墻體變形較大，不可避免地會影響周邊環境。另外，由于內部結構復雜，基坑開挖作業相對比較困難。

圓形基礎形式利用結構自身的拱效應，得到較大的連續結構剛度。基坑開挖過程中墻體變形較小，可以做到無支撐開挖。其主要弱點是，圓形兩側沒有被充分利用，開挖的面積比錨碇需要的受力面積大，在場地比較有限的地方，圓形錨碇基礎受限較多。

“∞”字形地下連續墻不僅具有較好的結構剛度，而且可以像圓形地下連續墻那樣做到無內支撐開挖，既能很好地適應錨碇結構對基礎的持力要求，又能最大限度地節約土地，可以有效降低深基坑施工過程中的風險，減少對周邊環境的影響[1-5]。

該項目錨碇地點位于山區，山區地形復雜，場地受限，土方轉運困難。上述3類錨碇地下連續墻形式均存在著局限，為克服傳統地下連續墻及錨碇開挖中的難點，本項目錨碇基礎采用了剛性地下連續墻框架基礎方案。

1 工程概況

本工程是四川某大橋錨碇地下連續墻框架基礎項目，地下連續墻墻深27 m，墻厚1.2 m，地下連續墻接頭采用新型剛性接頭。地下連續墻墻身兩側設置注漿管，以增強框架基礎側壁與土體之間的黏結力，減少錨碇基礎水平變位。地下連續墻完成后，無需開挖，采用特殊方式將剛性接頭進行連接，以形成承受懸索橋巨大拉力的錨碇基礎。

1.1 地層巖性

錨碇區覆蓋有巨厚覆蓋層，主要由3層土體構成：

1）坡表有厚4～14 m的第四系全新統崩坡積含碎石粉質黏土或角礫覆蓋，呈稍密-中密狀為主，干燥-稍濕。

2）下為厚度較大的第四系上更新統崩坡積碎石、塊石及角礫，鉆孔揭露最厚可達145 m，該層石質成分均為志留系泥巖，泥巖受風化影響明顯，自上而下石質風化程度逐漸減弱，整體密實程度逐漸增大，主要由中密-密實狀碎石及塊石構成，為錨碇基礎持力層。

① 根據鉆探揭露，強風化石質的碎石土層厚40～50 m，呈黃灰色為主，中密狀，石質以強風化粉砂質泥巖為主，手捏易碎。

② 中風化石質的碎石土層呈灰色為主，以中密狀為主，局部密實，埋深多為50～60 m，錘擊聲啞。

3）第3 層為卵石層，鉆孔揭示卵石層最厚可達31.2 m，石質成分以灰巖、玄武巖及少量紫紅色砂巖、石英砂巖等為主，密實狀，該層普遍膠結較好，具半成巖狀，錘擊聲脆。

1.2 水文地質

1）錨碇區土體入滲系數為6.90×10－4～7.07×10－4cm/s，為中等透水性土；含水率4.47%～7.53%，土體中地下水總體含量不豐，整體呈稍濕狀。

2）根據水質分析，錨碇區地表水類型為HCO3－Ca2+型水，按地層滲透性對混凝土結構的腐蝕性為微腐蝕，對鋼筋的腐蝕性為微腐蝕。

3）錨碇基礎最低標高為628.204 m，遠高于地下水位線，基礎持力層無地下水。

1.3 錨碇基礎設計

大橋錨碇區為典型的“象鼻地形”：山脊頂部狹窄，山脊兩側斜坡高陡；錨碇正位于山脊左側陡緩轉換區。相比傳統的擴大基礎方案，創新的框架基礎方案極大地減少了邊坡開挖的土方量和丟棄的土方量，更環保、更經濟；極大地減小了邊坡開挖高度和永存高度，更安全、更經久。

基礎包括承臺、框架基礎兩部分。承臺厚6 m，在錨體與框架基礎間承上傳下。框架基礎分為前趾和后趾，前后趾框架基礎尺寸相同，平面尺寸均為64.8 m（橫橋向）×18 m（順橋向），均分為6個隔室，深度均為25 m，壁厚1.2 m。框架與承臺相連處設置1.5 m×0.5 m倒角，避免應力集中，增大關鍵截面承載能力。

2 剛性地下連續墻的施工原理

在地下連續墻技術中，單元槽段間的連接設計與施工是地下連續墻體系關鍵環節。地下連續墻受力有明顯的三維空間效應，接頭需承擔豎向、水平向剪力、橫向彎矩，且接頭施工往往是地下連續墻施工的薄弱環節，因此需確保接頭處的抗剪與抗彎達到設計要求。近年來，隨著地下連續墻的發展，圍繞著地下連續墻槽段單元接頭的受力和防滲效果的改善，發展了較多接頭形式。目前，橋梁基礎中的地下連續墻接頭形式主要采用銑接頭或工字鋼接頭，這類接頭仍存在著結構整體不連續的缺點。本項目采用的特殊剛性接頭可以實現地下連續墻接頭處的真正連接，解決了矩形地下連續墻框架結構整體剛度不連續的問題。圖1為特殊剛性接頭的大樣。

圖1 接頭大樣

3 施工的主要設備介紹

結合項目施工環境和地質條件，成槽設備選擇了低凈空銑槽機。地下連續墻成槽設備一般選用成槽機、銑槽機或沖擊錘，在塊石、碎石密集的區域成槽機抓槽困難，而沖擊錘在此類地質條件下沖孔會使下方碎石越錘越密實而導致沖孔效率越來越低，且沖孔完成后需要方錘修孔，施工進度緩慢，銑槽機在這類地層中則優勢明顯。另外，項目地勢險要，從邊坡穩定性考慮，大型設備行走安全性差，低凈空銑槽機以其重心低的優勢更加適應這個項目。

4 施工的關鍵技術

4.1 成槽施工

4.1.1 成槽工藝

成槽工藝采用“純銑”工藝，選取首開-連接-閉合的方式分幅施工。

4.1.2 槽段分幅

錨碇框架地下連續墻結構形式與一般基坑支護工程中地下連續墻采用的一個“框”存在較大差異。該結構形式下，墻與墻之間存在多個交叉點，異形槽段勢必較多，因此合理分幅也是保障地下連續墻成功作業的一個重點。

從結構穩定性、整體性考慮，槽段劃分時應盡量減少接頭數量；從施工便捷性考慮，槽段劃分形狀應盡量統一。綜合考慮以上2個條件，具體分幅過程如下：

該錨碇地下連續墻左右呈矩形對稱，且矩形自身也是上下、左右對稱，邊角處可考慮為大小一致的“L”形。

隔斷處考慮統一大小的“T”形，由于鋼筋籠接頭部分鋼板尺寸為65 cm，且為了鋼筋籠吊裝安全，考慮“T”形短邊突出部分不宜過長，“T”形短邊突出部分取70 cm正好滿足接頭所需。“L”形墻短邊同樣取70 cm。

隔斷部分地下連續墻減去兩短邊70 cm，剩余14.2 m，從減少接頭角度考慮，分為2幅墻，每幅墻長度6.95 m。

同理，為了槽段盡量統一且兼顧槽段大小不超過6 m的原則去適當調整“L”形墻、“T”形墻的大小。

最后得出5種規格的墻，具體規格如表1所示，圖2為地下連續墻框架基礎結構，圖3為地下連續墻分幅。

表1 槽段類型

圖2 地下連續墻框架基礎結構

圖3 地下連續墻分幅

4.1.3 泥皮控制

泥漿泥皮厚度是本項目的一個重要控制指標，地下連續墻側面的泥皮過厚將會減小錨碇框架與土體的側向摩阻力，也會加大錨碇的側向位移。因此對泥皮的厚度控制要求高。基于現場施工給出以下解決措施：鋼筋籠側面注漿；縮短成孔，下放鋼筋籠、接頭箱等工序銜接時間，減短槽孔靜置；優先泥漿配比，選用優質山東鈉土制備泥漿，確保最終滿足施工需求的泥漿質量，相對密度不低于1.15，泥漿黏度＞25 s，保證泥漿具備較好護壁及懸渣效果；減少槽段5 m范圍內大型荷載車輛并鋪設鋼板以減小地基擾動；成槽施工第3抓時，將泥漿箱制備的新漿打入槽中，在鋼筋籠下放完畢之后進行反循環換漿。

4.2 鋼筋籠制作及吊裝

4.2.1 鋼筋籠制作

鋼筋籠制作主要有以下步驟：“K”型鋼布置→水平筋焊接→桁架筋焊接→聲測管、注漿管綁扎→上部鋼筋焊接→“K”型鋼焊接→扁擔筋焊接→剪刀筋焊接。

水平筋焊接是制作過程中的一個難點，常規“一”字形鋼筋籠制作時，水平筋僅需鋪在工字鋼上進行焊接即可，本項目的“一”字形鋼筋籠制作時，水平筋需要穿進“K”型鋼接頭內部。

“T”字形鋼筋籠制作時，“K”型鋼需要吊裝插進豎立的2排水平筋，每個孔均需穿過“K”型鋼的預留孔。這個步驟難點有二：其一為豎向水平筋需精準定位且保持豎直平行狀態；其二為“K”型鋼的孔需與豎向水平筋一一對應，方可保證順利插入。針對此處難點，對現場鋼筋籠加工順序做了優化，將常規的“豎向水平筋焊接完成即焊接主筋，最后焊接上部型鋼”更改為“豎向水平筋焊接完成即進行‘K’型鋼板吊裝插入，最后補焊主筋完成鋼筋籠的制作”。這樣做的優點在于不焊接主筋使得豎向水平筋有活動空間，可適當調整其位置，便于插入“K”型鋼。

4.2.2 鋼筋籠吊裝

吊裝采用雙機臺吊，由于所有鋼筋籠均帶有至少2道“K”型鋼來提升鋼筋籠整體剛度，確保起吊過程中不易彎折，該過程難點在于鋼筋籠的安裝。鋼筋籠的安裝精度直接決定特殊接頭對接完成度。鋼筋籠的前后左右以及高程均需要精準控制，現場施工中，利用全站儀對鋼筋籠的左右進行定位限制并做好標記點；鋼筋籠的前后控制在下放時利用鋼尺量測；通過控制吊筋長度進行鋼筋籠吊裝高程控制，利用水準儀測量出吊點所在位置的高程，通過計算配置相應長度的吊筋即可準確控制鋼筋籠的高程。

4.3 接頭施工及后期的施工

為實現接頭的無縫連接，采用特殊的接頭工藝處理技術，主要分以下6個步驟：接頭鋼板與先期槽段鋼筋籠形成整體，一同下放→另一槽段接頭鋼板與先期槽段鋼筋籠形成整體，一同下放→待先期槽段內混凝土達到設計強度后，將型鋼N7與鋼板B1連接，接頭箱形成整體→采用機械連接的方式連接水平筋→下放豎向鋼筋，并與水平筋綁扎連接→澆筑接頭內混凝土，接頭內混凝土采用自密實、微膨脹混凝土。

在相鄰2幅槽段完成之后，接頭部分需使用潛水泵抽取泥漿，待降低液面之后，采用高壓旋噴設備對接頭進行高壓水噴射沖洗，再使用潛水泵抽取泥漿。如此反復進行，直至接頭沖洗干凈，潛水泵抽取上來的泥漿呈清水狀為止。另有泥砂、石子無法抽取的需要人工清理。錨碇范圍內無地下水是該特殊接頭得以實現的關鍵條件。

作業人員進入接頭內部需要在接頭上方架設滑輪組，滑輪組連接吊籃，人隨著吊籃的下放進入到接頭內部，主要作業內容包括鋼筋綁扎與焊接。在狹窄幽深的洞穴內作業時需要保障作業人員的人身安全，具體采取以下3個措施：通風、照明、通信。

通風采用抽壓混合式通風。焊接作業時焊接電弧所產生的高溫和強紫外線作用下，會產生大量的有毒氣體，如臭氧、一氧化碳、氮氧化物、氟化氫等，因此通風保障既要考慮新鮮空氣的輸入也要考慮有害氣體的排出；照明方式采用頭戴式照明燈；通信方式采用對講機。

5 結語

基于四川某大橋錨碇基礎項目，進行了剛性地下連續墻框架基礎施工，并成功實施。總結如下：世界上首次實現了剛性地下連續墻框架基礎施工；設計并使用了K型鋼，并成功地將K型鋼與鋼筋籠進行有效剛性連接；創新的框架基礎方案極大地減少了邊坡開挖土方量和丟棄土方量，同時極大地減小了邊坡開挖高度和永存高度，與傳統的擴大基礎方案相比更環保、更經濟、更安全、更經久。

基于本文的研究，總結如下：

1）剛性地下連續墻在工藝上是可以實現的，并且在橋梁錨碇基礎中應用廣泛。

2）本項目的特殊性為實現地下連續墻的剛性連接提供了必要條件。

3）應進一步研究新的剛性地下連續墻的施工工藝。

4）剛性地下連續墻前景廣闊，大有取代沉井的趨勢。