临港船坞工程首幅地下连续墙施工技术

2010-08-13王世明黄宏宝

中国港湾建设 2010年3期

王世明，黄宏宝

（天津港建设工程质量安全监督站，天津 300461）

1 工程概况

天津临港造修船基地1号、2号造船坞位于天津市塘沽区海河入海口南侧滩涂区域，距离北京160 km，距天津市区46 km。1号、2号造船坞坞墙均采用单锚地下连续墙（下称地连墙）加高桩承台的结构。地连墙厚为1 000 mm，深23.6 m，墙顶标高+0.9 m，墙底标高-22.7 m，靠近坞口处个别槽段深度为27.6 m。地连墙内侧设400 mm厚钢筋混凝土衬砌，衬砌与地连墙之间以锚筋连接，锚筋预埋于地连墙，施工衬砌时凿毛、扳出。地连墙混凝土强度等级为C30，抗冻等级为F300，抗渗等级为W8。地连墙施工采用钢筋混凝土现浇结构的导墙，在泥浆护壁下用液压抓斗机进行挖土成槽，用导管法进行混凝土水下浇筑。

2 工程地质概况

临港船坞工程位于天津临港工业区新围海吹填的陆域内，目前刚刚完成地基处理，拟建场地属河口三角洲～滨海平原地貌类型。拟建场地标高约-63.08 m以上深度范围内的地基土均属第四系上更新统Q3至全新统Q4沉积物，主要由饱和粘性土、粉土和砂土组成，一般具有成层分布特点。按其沉积时代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为6层，其中第①、②、③、⑥层又可根据土性和工程特性的差异分成若干个亚层，地连墙成槽深度范围内各土层地质情况详见表1。

3 施工特点

根据地质情况，基坑围护结构地连墙需要穿越约1.5 m厚的①2粉砂层和约2.4 m厚的①5细砂层及约3.2 m厚的③1粉质粘土夹砂质粉土层，此种情况很容易导致地连墙塌方并有可能在混凝土浇筑时形成大面积露筋。

根据本工程的地质报告显示，连续墙施工地层主要为粉细砂、流塑状粉质粘土夹粉砂等，且地下水位相当高。此种地质条件极易出现大面积塌方，如不采取针对性措施，无法保证工程质量及进度。针对本工程的特殊地质条件采取以下措施来保证槽段的安全性和稳定性：

（1）地连墙施工前先对墙两侧用单轴搅拌桩进行加固，每侧两排，加固深度为17.0 m，单根搅拌桩直径为φ600 mm，搅拌桩间咬合距离为0.2 m，船坞场区原地面标高为+3.5 m，搅拌桩桩底标高控制为-13.5 m，见图1。

（2）在基坑两侧距离地连墙中心线1.5 m位置，沿地连墙轴线方向设置单排井点降水，井点管内径φ400 mm，间距1.5 m，井点深8 m，降水深度4 m，见图2。

表1 船坞主体场区地质情况一览表

图1 地下连续墙施工断面图

图2 加固范围示意图

（3）在地连墙外侧约5 m处设置一条深3 m的排水沟，控制地下水头，使场内地表水向施工区域流动。

（4）地连墙导墙施工为“┐┌”形，宽度为1.5 m，高1.5 m，厚200 mm，配置φ12@200单层双向钢筋，混凝土强度等级C20。

4 施工工艺

施工工艺流程见图3。

图3 工艺流程图

4.1 施工工艺简介

地连墙成槽施工选用功效高、泥浆使用量较小的液压抓斗（产品型号SG-35A）进行成槽作业。沿事先修筑并分割好段长的钢筋混凝土导墙（单段导墙长度为7～15 m）中抓取土体，同时注入优质泥浆进行槽孔护壁，待槽段挖至设计深度后，下设接头管及钢筋笼，墙体混凝土浇筑根据槽段的长度采用双导管浇筑。在混凝土初凝后起拔接头管。

4.2 主要工序施工方法

4.2.1 施工临时道路

根据本工程地质情况的特殊性，为保证地连墙内侧能同时满足两台大型吊机同时起吊地连墙钢筋笼，临时施工道路采用满堂红式铺筑块石，铺设厚度为100 cm。抓槽机在地连墙外侧就位进行抓槽施工，为保证地基承载力满足全荷载施工的要求，经与相关方沟通暂利用坞墙廊道PHC管桩作为地连墙外侧施工通道的主要承重结构。

4.2.2 水泥搅拌桩施工

根据工程地质情况，地连墙两侧用单轴搅拌桩加固土体。采用的深层搅拌法利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机在地基深部将软土和固化剂强制拌和，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，使软土凝结成整体性、水稳定性和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成复合地基，从而提高地基的强度。

水泥搅拌桩施工中水泥掺入比暂按地基土的12%或60 kg/m控制，减水剂用量按不同地质情况适当选用，水灰比为0.45～0.5，固化剂选用强度等级为32.5级普通硅酸盐水泥。施工时，先将深层搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上，用输浆胶管将贮料罐送浆泵与深层搅拌机接通，开动电动机，搅拌机叶片相向而转，借设备自重，以0.38～0.75 m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.3～0.5 m/min的均匀速度提升搅拌机，与此同时开动送浆泵将水泥浆从深层搅拌中心管不断压入土中，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面（近地面开挖部位可不喷浆，便于挖土），即完成一次搅拌过程。用同法再一次重复搅拌下沉和搅拌喷浆上升，即完成1根柱状固体，外形呈“8”字形，1根接1根搭接，搭接宽度不宜小于200 mm，以增强其整体性，即成壁状加固体。几个壁状加固体连成一片，即成块状。各分段施工间隔时间不宜超过24 h，若间隔时间过长则应采取适当压浆补强措施，确保地基加固体整体质量符合施工要求。

4.2.3 导墙施工

导墙主要为液压抓斗成槽时起导向及维护泥浆护壁的作用，另外还承担支撑起拔锁口管，固定钢筋笼、混凝土浇筑机，存储泥浆稳定液，维护上部土体稳定，防止土体坍落等作用。

导墙采用“┐┌”形整体式钢筋混凝土结构，净宽比连续墙厚度大5 cm，导墙顶口和地面平，肋厚200 mm，顶宽1 050 mm，深度为1.5 m，导墙必须插入原状土20 cm以上，混凝土标号C20。常规导墙结构见图4。

图4 常规导墙结构示意图

4.2.4 泥浆配置

在地连墙施工时泥浆性能的优劣直接影响到槽壁的稳定性，是一个很重要的因素。

（1）泥浆配合比

根据工程地质情况及以往地连墙施工经验，本工程拟采用泥浆配比为水∶钠基膨润土∶纯碱∶CMC（纤维素）=1 000∶80∶10∶1.0。有关参数见表 2。

（2）泥浆池设计

泥浆储存采用半埋式砖砌泥浆池。其容量应能满足成槽施工时的泥浆用量。泥浆池的容积计算：

表2 泥浆配制参数

式中：Qmax为泥浆池最大容量；V为单元槽段的最大挖土量，按V=180 m3选取；n为同时成槽的单元槽段，本工程取2；K为泥浆富余系数，取K=1.5。

经计算本工程泥浆池最大需要容积为540 m3，同时考虑循环泥浆的存贮和废浆存放，地连墙施工期间泥浆池的设计容量为550 m3。另外各设1个容积为1.5 m3的新泥浆拌浆池和1个容积为45 m3的废浆池。

（3）泥浆制备

泥浆配制的工艺流程见图5。

图5 泥浆配制工艺流程

具体制备要求是：泥浆制备的投料顺序一般为水—钠基膨润土—纯碱—CMC。将钠基膨润土与水在拌浆池中充分搅拌3 min后，向拌浆池中缓慢掺加CMC（CMC较难溶解）。搅拌10 min后，再加入纯碱。所有掺合料添加完毕后将膨润土泥浆在拌浆池中充分搅拌，搅拌时间一般控制在6～9 min范围内（若搅拌时间过短会影响泥浆的失水量和粘度），然后将新鲜泥浆排放到泥浆池中充分膨胀，在泥浆使用之前至少膨胀12 h。

（4）泥浆循环

①在地连墙挖槽施工过程中，泥浆由循环池注入开挖槽段，边开挖边注入，保持泥浆液面距离导墙顶面0.3 m左右，并高于地下水位1.5 m以上。

②清槽过程中，采用泵吸反循环，泥浆由循环池泵入槽内，槽内泥浆抽到沉淀池，进行物理处理后，返回循环池。

③混凝土灌注过程中，上部泥浆返回沉淀池，而混凝土顶面以上4 m内的泥浆排到废浆池，废弃泥浆用泥浆罐车运输出场。

4.2.5 成槽施工

本工程地连墙施工槽段标准长度为6 m，选用功效高、泥浆使用量较小的液压抓斗SG-35A进行成槽作业。成槽机均配有垂直度显示仪表和自动纠正偏差装置。

（1）槽段开挖抓土顺序

根据槽段长度与成槽机的开口宽度，确定出首开幅和闭合幅，保证成槽机抓土时两侧邻界条件的均衡性，以确保槽壁垂直。标准槽段采取三抓成槽工艺——先两边后中间；对于转角槽段，先长边后短边。

（2）地连墙槽段抓槽施工

成槽前，利用车载水平仪调整成槽机的平整度。挖槽过程中，抓斗入槽、出槽应慢速、稳当，根据成槽机仪表显示的垂直度及自动纠偏装置及时纠偏，跟踪观测，做到随挖随纠，以保证成槽垂直度。成槽垂直精度不得低于设计要求和规范规定的1／150偏差值，接头处相临两槽段的中心线任一深度的偏差均不得大于30 mm。挖槽时，应防止由于次序不当造成槽段失稳或局部坍落，在泥浆可能漏失的土层中成槽时，应有堵漏措施，储备足够的泥浆。

（3）槽段土方外运

每台成槽机配备3辆8 m3的短驳车将成槽土方转运至业主指定堆土场。

（4）槽深测量及控制

挖槽结束后采用标定好的测绳测量槽深，每幅根据其宽度测2～3点，同时根据导墙标高控制挖槽的深度，以保证设计深度。

（5）槽段质量检验

槽段平面位置偏差的检测采用测锤实测槽段两端的位置，两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差即为槽段平面位置偏差。

槽段深度检测采用测锤实测槽段左中右3个位置的槽底深度，3个位置的平均深度为该槽段深度。

成槽过程中，利用成槽机上的垂直度仪表及自动纠偏装置来保证成槽垂直度，成槽过程中利用成槽机的显示仪进行垂直度跟踪观测，做到随挖随纠。根据以前施工案例可知开挖后地连墙槽壁垂直度偏差均满足设计要求和规范规定。

（6）清底换浆

刷壁器形式见图6。

图6 刷壁器示意图

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵吸反循环吸取孔底沉渣，然后用吊车吊住刷壁器对槽段接头混凝土壁进行上下刷动，以清除混凝土壁上的杂物。在灌注混凝土前，利用导管采取泵吸反循环进行二次清底并不断置换泥浆，清槽后测定槽底以上0.2～1.0 m处的泥浆比重应小于1.2，含砂率不大于7%，粘度不大于25 s，槽底沉渣厚度小于200 mm。

4.2.6 锁口管吊放

槽段清基合格后，立刻吊放特制的马蹄形锁口，由履带起重机分节吊放安装，垂直插入槽内。锁口管的中心应与设计中心线相吻合，锁口管利用自重，插入土体，防止混凝土倒灌。严格测量成槽深度，锁口管安放的深度应与实际成槽深度相一致，上端口与导墙连接处用木榫楔实或用定位槽钢固定，防止浇筑混凝土时移动。锁口管后侧填砂，防止倾斜。

4.2.7 钢筋笼制作和吊放

（1）钢筋笼制作

本工程采用现场制作地连墙钢筋笼，平台尺寸6 m×28 m。钢筋笼平台定位用经纬仪控制，标高用水准仪校正。平台采用浇筑格形混凝土长条支墩，为便于钢筋放样布置和绑扎，在平台上根据设计的钢筋间距、插筋、预埋件及钢筋接驳器的位置画出控制标记，以保证钢筋笼和各种埋件的布设精度。钢筋笼采用整幅成型，整体起吊，这样制作可很好地保证钢筋笼的整体平整度，又不影响起吊。钢筋笼加工时纵向钢筋及横向钢筋用电焊连接，桁架筋单面焊，长度不小于10 d，接头位置相互错开，同一连接区段内焊接接头百分率不得大于50%；纵横向桁架筋相交处需点焊，钢筋笼四周0.5 m范围内交点需全部点焊，搭接错位及接头检验应满足钢筋混凝土规范要求。钢筋保证平直，表面洁净无油污，内部交点50%点焊，钢筋笼桁架及钢筋笼吊点上下1 m处需100%点焊。

由于接驳器及预埋筋位置要求精度高，在钢筋笼制作过程中，根据吊筋位置测出吊筋处导墙高程，确定出吊筋长度，以此作为基点，控制预埋件位置。在接驳筋后焊一道水平筋，以便固定接驳筋，水平筋与主筋间通过短筋连接。接驳器或预埋筋处钢筋笼的水平筋及中间加设的固定水平筋按3%坡度设置，以确保接驳器及预埋筋的预埋精度。

（2）钢筋笼吊放

①吊点的确定

根据钢筋笼重心的计算结果，结合钢筋笼的形状合理确定吊点，确保钢筋笼平稳起吊，回直后钢筋笼垂直。本工程钢筋笼起吊吊点选用28 mm圆钢，为防止钢筋笼在吊装过程中产生不可复原的变形，各类钢筋笼均设置纵向抗弯桁架。平吊钢筋笼状态如图7。

②吊车选择

1台100 t和1台80 t履带吊。

③吊装过程

图7 平吊钢筋笼示意图

主钩起吊钢筋笼顶部，副钩起吊钢筋笼中下部，多组葫芦主副钩同时工作，使钢筋笼缓慢吊离地面，并改变笼子的角度使之逐渐垂直，吊车将钢筋笼移到槽段边缘，插入钢筋笼时，吊点中心必须对准槽段中心，然后徐徐下降，垂直而又准确地将钢筋笼吊入槽内（详见图8）。在钢筋笼进入槽内时，必须注意不要使钢筋笼产生横向摆动，造成槽壁坍塌。钢筋笼插入槽内后，检查其顶部高度是否符合设计要求，然后用槽钢等将其搁置在导墙上。根据规范要求，导墙顶面平整度为5 mm，在钢筋笼吊放前要再次复核导墙上4个支点的标高，精确计算吊筋长度，确保误差在允许范围内。

图8 钢筋笼吊装示意图

4.2.8 水下混凝土灌注

本工程地连墙混凝土设计强度为C30 F300 W8，水下混凝土浇筑采用导管法施工，导管选用D=300的圆形螺旋快速接头型。每槽段布置两根导管，导管间水平距离一般为2.5 m，最大不大于3 m，距槽段端部不应大于1.5 m。罐车运输混凝土至现场后，混凝土罐车直接输送混凝土至地连墙槽段内。灌注混凝土时应先在导管里放1个直径小于导管内径1 cm的球胆，然后在导管口放入1个100 cm×100 cm的方形漏斗。混凝土直接从罐车输送至浇筑漏斗中，浇灌混凝土过程中，埋管深度保持在2.0～4.0 m。双导管法浇筑时，两套导管间距不大于3.0 m。严格控制两根浇筑导管的灌注量及灌注速度大致一样，并经常测量槽孔两端混凝土顶面的位置，以确保混凝土浇筑上升面的均匀性，各处高差控制在0.3 m以内，详见图9。

图9 混凝土灌注示意图

浇灌混凝土在钢筋笼入槽后的4 h之内开始，灌注混凝土要连续，不能长时间中断，灌注混凝土面上升速度不小于2 m/h，中途停顿时间不得超过30 min，浇注时随时测量混凝土量，并推算有无塌方现象。在离预定计划最后4车时，每浇1车测1次混凝土面标高，将最后所需混凝土量通知搅拌站。浇筑需充分翻浆以保证墙顶质量，考虑浮浆厚度，终浇标准为混凝土顶面比设计标高高出80 cm。混凝土灌注结束后，应将灌注混凝土导管缓缓拔出，使用混凝土浇筑平台上起吊设备拆卸，拔出后的导管应维护保养。球胆浮出泥浆液面后回收，以备继续使用。

4.2.9 锁口管提拔

锁口管提拔与混凝土浇筑相结合，混凝土浇注记录作为提拔锁口管时间的控制依据。待浇筑的混凝土强度达到0.05～0.20 MPa时（一般在混凝土浇筑后3～5 h，视气温而定），开始用吊车或液压顶升架提拔接头管。接头管上拔速度应与混凝土浇筑速度、混凝土强度增长速度相适应，一般为2～4 m/h。在混凝土浇筑结束后8 h以内将接头管全部拔出。