錨碇基坑地下連續墻圍護結構作永久受力結構的應用研究

薛 磊

（上海遠方基礎工程有限公司，上海市 200436）

0 引言

地下連續墻自20 世紀50 年代引進我國以來，長期作為臨時結構用于基坑支護工程。隨著地下空間建設的不斷發展，地下連續墻近年來拓展了新的用途——作永久受力結構。在作為基坑工程中支護結構的同時，作為地下結構主體使用，即“兩墻合一”。“兩墻合一”在工民建領域與錨碇基坑圍護結構中皆有應用，在工民建領域中，地下連續墻作為主體結構承受豎向荷載，并防止側向滲漏；作為錨碇基坑圍護結構使用時，如大橋錨碇，則主要用于抵抗水平向荷載。“兩墻合一”支護形式具有明顯的經濟性優勢，該支護形式能夠節省地下室外墻施工工序，大幅減少土方開挖及回填量。同時，地下連續墻結構還具有整體性好，結構剛度大，抗滲能力強等突出優勢。對于地下連續墻在工民建領域內“兩墻合一”結構的設計研究吸引了眾多學者的目光[1-5]。王衛東[1]結合深基坑“兩墻合一”領域的研究與實踐，論述了地下連續墻豎向承重、地下連續墻與主體結構的變形協調設計以及地下連續墻墻體質量方面關鍵技術問題，提出各項針對性設計建議和對策；宋青君[2]以上海世茂北外灘酒店基坑工程的設計和實施為背景，對“兩墻合一”地下連續墻與臨時圍護結構的連接、在結構梁板大面積缺失情況下的處理措施以及支撐結合施工棧橋的設計等作了較為詳細的介紹；孫峰[3]進一步探討了地下連續墻豎向極限承載力的計算方法以及計算中尺寸效應系數的選取；張紅州[4]、戴清峰[5]分別論述了永久連續墻在設計和施工中需重點考慮的防水抗滲措施，以及針對超深基坑逆作法“兩墻合一”的地下連續墻設計方法，進一步將設計與工程實踐相互結合。地下連續墻施工技術隨著地下連續墻在地下建設工程中的廣泛應用已經愈發成熟。部分學者在工程實踐中探索“兩墻合一”結構施工過程中的技術控制措施[6-8]。何慶生[6]介紹了復雜環境下超深基坑“兩墻合一”地下連續墻施工關鍵技術；張益明[7]以上海新建海航總部辦公樓項目施工為例，針對“兩墻合一”的地下連續墻工程施工中的防滲、接駁器精度、垂直度控制等施工難點，介紹了針對性的技術措施；王瀟雨[8]突破性的針對預制地下連續墻技術在軟土地區綜合管廊工程中的應用進行介紹，豐富了地下連續墻作為兩墻合一結構的施工工藝。少部分學者則對地下連續墻作為兩墻合一結構施工結束后的變形進行了監測[9]，以期研究在該結構圍護下，基坑開挖對鄰近建筑的變形影響。

然而，地下連續墻在錨碇基坑中的應用比較少，且地下連續墻在錨碇基坑設計中作永久受力結構應用的結構形式比較單一，多是以地下連續墻結構形成的“口”字型或是單一的地下連續墻圓形結構。

地下連續墻作永久結構應用在橋梁基礎施工設計中較為常見，如南京長江四橋地連墻支護錨碇基礎[10]、陽邏長江大橋地連墻支護錨碇基礎[11]、洞庭湖大橋雙圓地連墻支護錨碇基礎[12]等。

基于上海遠方地下連續墻工程經驗，對框架式地下連續墻結構、樁- 墻咬合式地下連續墻結構、圓形地下連續墻結構作永久受力結構的應用進行分析研究。

1 框架式地下連續墻結構

1.1 卡哈洛錨碇基坑工程概況

卡哈洛大橋項目位于四川省涼山州雷波縣元寶山鄉與云南省昭通市永善縣黃華鎮交界處，大橋全長1817 m，橫跨金沙江。大橋錨碇為重力式錨碇，施工場地采用框架基礎接承臺形式。錨碇框架基礎采用地下連續墻結構，地墻厚1.2 m，深25 m。

該錨碇框架基礎所處地層主要為第四系上更新統崩坡積層（Q3C+dl），包含塊石、碎石及含角礫碎石粉質黏土，且以中密- 密實狀為主，石質成分為粉砂巖、灰巖、玄武巖，詳細地層信息見圖1。

圖1 地質剖面圖（單位：m）

1.2 設計概況

盡管地下連續墻結構具有較好的整體性與強度，但是，在場地較大情況下，當僅考慮“口字型”地下連續墻結構作為錨碇基礎時，不能滿足受力設計要求。錨碇基礎除承受上部錨碇重量外，水平向也受到較大吊索的水平力作用，因此，該地下連續墻錨碇基礎設計為框架式結構，具體由兩部分組成，分別為前趾與后趾。圖2 為錨碇框架基礎平面圖，展示了地下連續墻前趾、后趾兩部分地下連續墻分布情況。前趾與后趾地下連續墻結構形式基本一致，包括一字型、L 型、T 型三種地下連續墻。總計80 幅地下連續墻，前趾、后趾各40 幅。

圖2 地下連續墻錨碇框架基礎平面圖（單位：m）

由于各槽段地下連續墻并非整體澆筑，相鄰槽段間仍然存在施工冷縫，對地下連續墻在水平受力下的整體穩定性不利。為削弱施工冷縫的影響，利用該項目水位較低的特點，采用特殊鋼筋籠進行相鄰地下連續墻鋼筋籠之間的機械連接，以期在分別澆筑后，提高地下連續墻之間的連接有效性。鋼筋籠接頭設計示意圖見圖3。

圖3 鋼筋籠接頭設計（單位：m）

1.3 接頭施工技術

該框架式地下連續墻關鍵施工技術為相鄰槽段鋼筋籠的連接，其連接方式為機械連接，具體連接方式分為以下幾個步驟。

步驟一：利用成槽設備進行槽段開挖，開挖完成后下放帶K 型鋼板的鋼筋籠，并完成左側槽段澆筑，見圖4。

圖4 步驟一示意圖

步驟二：以同樣的方式完成另一側槽段的開挖與澆筑，此時，兩K 型鋼板之間存在已成槽空間，見圖5，K 型鋼板在槽內的分布形式見圖6。

圖5 步驟二示意圖

圖6 單側K 型鋼板分布示意圖

步驟三：采用焊接的方式，利用鋼板將前述兩相鄰K 型鋼板進行連接，形成整體。此處的連接為人工下至槽底，自下至上采用焊接的方式連接兩側K 型鋼板，見圖7。

圖7 步驟三示意圖

步驟四：為進一步強化該接頭的連接強度，提高接頭箱的整體性，采用機械連接的方式，自上而下連接水平筋，見圖8。

圖8 步驟四示意圖

步驟五：在連接水平筋后，下放豎向鋼筋，并自上而下將豎向鋼筋與水平筋綁扎連接，使得兩K 型鋼板在鋼筋焊接、扎絲連接的作用下，達到設計的強度與整體性，見圖9。

圖9 步驟五示意

步驟六：在完成鋼筋連接后，進行人工掏孔，掏空兩K 型鋼板所形成空間內的雜土，并進行混凝土填料澆筑，完成接頭施工，見圖10。

圖10 步驟六示意圖

2 樁-墻咬合式地下連續墻結構

2.1 龍門大橋工程概況

龍門大橋東錨碇基坑所在位置為海島微丘陵斜坡，地形起較大，地面標高在1.3～9.8 m。鉆孔揭露上覆第四系地層為角礫及碎石，部分地段基巖裸露，出露基巖為志留系下統連灘組強風化砂巖、中風化砂巖、強風化頁巖、中風化頁巖，其中強風化巖厚度大，發育層底標高為-88.40～-21.90 m。

2.2 設計概況

基坑圍護結構為外徑92.5 m 的圓形結構，由一期樁與二期墻組成。一期樁為大直徑混凝土灌注樁，直徑3.5 m；二期槽段采用1.5 m 厚地下連續墻，地下連續墻墻深24.7～43.3 m，墻頂空墻3 m，一期支護采用直徑3.5 m 大直徑樁基，接頭型式為銑接頭，連續墻嵌入基巖。錨碇基坑結構平面布置見圖11，樁- 墻咬合示意見圖12。地連墻成槽深度最深處達46.3 m，設計墻深為43.3 m，空槽深度3 m，成槽垂直度要求為1/400，結合成槽深度，槽段最大允許偏移寬度為11.6 cm，墻厚誤差不得大于30 mm，平面誤差不得大于30 mm。

圖11 龍門大橋地下連續墻錨碇基礎結構

圖12 樁- 墻咬合結構示意（單位：mm）

2.3 關鍵施工技術

垂直度控制是該項目施工難點之一。由于施工需入巖，故銑槽過程中需嚴格控制成槽垂直度。施工過程中采用鋼導墻作為垂直度控制的輔助措施，鋼導墻示意見圖13。另外，島上施工，臨近海域，地下水豐富，因此成墻成孔穩定性不易控制。施工過程中需嚴格控制泥漿質量，尤其對于泥漿重度要進行密切關注，施工過程中通過添加重晶石粉增加泥漿重度。

圖13 云南滇中引水接收井地下連續墻結構

3 圓形地下連續墻結構

3.1 滇中引水工程概況

龍泉倒虹吸為滇中引水工程昆明段輸水工程的其中一段，主要位于昆明市盤龍區境內。該接收井開挖深度為77 m，基坑圍護結構為外徑R=10 m 圓形結構，采用1.5 m 厚地下連續墻，地下連續墻墻深94 m，分Ⅰ期槽和Ⅱ期槽施工，接頭型式為銑接頭，墻頂設鎖口圈梁，連續墻嵌入基巖，見圖13。

3.2 設計概況

接收井地下連續墻共計14 幅，Ⅰ、Ⅱ期槽段各7 幅。Ⅰ、Ⅱ期槽段交錯布置，地下連續墻成槽深度96.6 m，地連墻墻深94 m，墻頂至硬化地面高度2.6 m。

3.3 關鍵施工技術

該接收井的突出特點為基坑超深。基坑深度以及開挖深度超深意味著成槽垂直度需嚴格控制，避免形成開叉槽。針對這一特點，施工過程中需對成槽的垂直度進行嚴格控制，實際施工中采用了設備定位、以及三抓三銑工藝等措施。地下連續墻分幅示意見圖13。設備定位即對成槽設備的站位及斗體進行限位，見圖14。三抓三銑即上部土層采用成槽機進行三抓成槽，下部巖層采用三銑成槽，第一抓、第二抓以及第一銑和第二銑是對槽段兩端進行成槽，第三抓與第三銑是對中部小墻進行清理，示意如圖15。

圖14 設備限位實景

圖15 成槽示意圖

需要注意的是，施工過程中，第三抓不需抓至土層底部，第三抓抓至土層底部上方5～10 m，方便銑槽機進入預設位置進行巖層銑除工作。

4 結語

根據上海遠方地下連續墻作永久受力結構工程實踐，對框架式地下連續墻、樁- 墻咬合式地下連續墻、圓形地下連續墻設計與關鍵施工技術進行分析。

地下連續墻在錨碇基坑領域作永久受力結構的可行性在于地下連續墻組合結構能提高錨碇基坑的水平受力能力。目前，已實現框架式地下連續墻錨碇基礎、樁- 墻咬合式錨碇基礎以及小直徑圓形地下連續墻結構。以上三種結構皆是針對于特殊項目的特殊要求所提出的地下連續墻結構，可以預見的是，隨著地下建設的不斷發展，地下建設的深度、廣度不斷突破，也將對目前提出的地下連續墻結構提出更大的挑戰，如何應對這類挑戰將是該類結構主要發展方向之一。