埃及塞得东港超深T形地下连续墙施工关键技术

周翰斌，陈日胜

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510500）

1 工程概况

埃及塞得东港集装箱码头二期工程地处苏伊士运河北端，北临地中海，码头岸线1 200 m，前沿水深-17.5 m（海图基准面，下同），为4个深水泊位的现代化码头。由于该工程地层主要为第三纪中新世砂与黏土沉积层及第四纪上新世海洋沉积物，淤泥质土层和粉细砂层厚度大，承载力低，持力层埋深大，以及码头前沿及后方堆场形成20 m的土压力差，结构的刚度要求尤其突出，经反复比选后采取了国内应用很少的T形地连墙桩墙结构桩基码头的新形式，将T形地下连续墙作为主体结构的主要桩基础，以减少码头的工后沉降和墙体的水平位移，提高结构的使用性能，降低工程造价。二期工程共有886个桩墙单元，桩墙厚度均为0.8 m。其中T形墙共349个单元，设计墙顶标高-1 m，墙底标准设计标高-55 m，由于地层厚度变化，墙底最低标高-58.5 m，最大成槽深度达61 m；码头前沿的两个T形墙之间的一形围幕连系墙底标高为-32 m，岸侧的底标高则为-13 m；中间的一形桩的长度为5 m，底标高为-53 m。主体结构的桩墙平面布置见图1。

工程所在地属于热带沙漠气候，春秋季节短，冬季平均最低气温10℃，夏季室外最高气温超过45℃，平均最高气温38℃，降雨量少。

场地高程+2.3～+3.0 m，所处海域平均潮高为+0.45 m，高潮位+0.75 m，低潮位-0.05 m。地下水位标高+0.7～+1.0 m，与海水有密切水力联系，水位变化受潮汐影响较为显著。

场地主要土层为：回填土，主要为中细砂及砾砂，深灰～褐色，稍密～中密，层顶标高1.6～7.43 m，平均标贯击数9.4击。②1淤泥质黏土，灰～深灰色，软塑状，混细砂，含有机质、贝壳碎片，层顶标高4.51～-1.85 m，标贯击数1～5击。②2粉细砂与淤泥质粉质黏土互层，灰色，含有机质及贝壳碎片，呈薄层互层状，层顶标高7.19～-12.39 m，标贯击数5～32击。②3粉细砂，灰色，中密～密实，局部夹有粉土薄层，混有贝壳及有机质，层顶标高1.52～-5.09 m，平均标贯击数35击。③淤泥质黏土，灰色，软塑状，混有贝壳碎屑，为有机质土，层顶标高-7.81～-16.39 m，标贯击数2～6击。④黏土，灰色，可塑状，混有少量贝壳碎屑，层顶标高-16.59～-40.67 m，标贯击数6～36击。⑤细中砂层，灰～灰绿～褐绿色，中密～极密实状，混有贝壳碎屑及夹杂薄～中等厚度灰色黏土，层顶标高-34.57～-63.48 m，平均标贯击数＞50击。整体上地层较复杂，上部的松散回填土层、软塑状淤泥质土层及粉细砂层厚度大，对槽壁稳定性不利，下部的细中砂层平均标贯值超过50，不利于抓斗成槽机的挖槽施工。

图1 桩墙的平面布置

2 施工难点及特点

1）地层条件差，淤泥质土层及粉细砂层深厚，并在高水位情况下施工，由于T形槽壁临空面大，施工过程中扰动多，阳角处易产生应力集中，槽壁容易整体失稳或局部坍塌。

2）细中砂层的平均标贯击数＞50击，常规液压抓斗在该深度土层的挖掘效率会急剧下降，对成槽机的切削能力、纠偏功能及成槽工艺的选择是严峻的挑战，同时依靠抓斗自重冲击成槽的垂直度难以控制。但T形槽壁的垂直精度要求高，必须确保其大于JTJ303—2003《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》规定的1/150而达到1/300以上，否则即使控制好T形钢筋笼的起吊变形，只要槽壁垂直度有一个方向达不到要求，钢筋笼就会被卡住而无法顺利下放到位。

3）T形钢筋笼存在两个互为垂直的平面，如果制作时两个平面笼体的垂直夹角控制不好，或者起吊过程中钢筋笼两个方向中的任何一个方向的变形超标，即便T形槽壁的垂直精度符合要求，钢筋笼仍会被卡住而无法快速、顺利吊装到位，很可能会引起槽壁土层剥落，墙底沉渣超标而影响墙体质量，甚至会造成槽壁坍塌。

4）T形地下连续墙作为主体结构的主要桩基础，工后沉降要求高，要求墙底沉渣厚度≤50 mm。

5）当地大型成槽设备较少，需从国内调遣，且工期紧张，总共17万多m3的桩墙开挖量需在15个月内完成，每天需完成约300 m3的成槽量。

6）水下混凝土强度等级为C50，这在地下连续墙围护结构与钻孔灌注桩基础中是较少应用的，同时由于工程地处热带沙漠气候，夏季气温高，对混凝土的配制及灌注施工要求高。

3 成槽设备及工艺

地下连续墙的成槽施工多采用液压抓斗成槽机。一般液压抓斗成槽机适用于较松软土层，具有施工速度快、成本低等优点，但本工程地表以下至45 m大多为淤泥质土层及粉细砂层，液压抓斗频繁上下抓土，带动槽内泥浆反复冲击槽壁，产生挤压力及吸附力，极易造成T形槽壁坍塌及沉渣过厚现象。另外，普通抓斗式成槽设备在土层标贯击数超过30击时挖掘速度下降较快，当超过50击则挖掘较难，成槽速度仅为0.3～0.5 m/h。而且超深T形槽孔的垂直精度很难保证，JTJ303—2003规程中的精度控制标准1/150并不适用于30 m深度以上的T形地下连续墙施工[1]，成槽垂直度控制不理想，很难满足T形钢筋笼下放要求。

根据本工程的具体情况，最适宜的成槽方法应是双轮铣槽机铣槽，或者“抓铣结合”的成槽工艺，即地表下40 m深度以上较松软土层采用液压抓斗成槽施工，40 m深度以下土层采用双轮铣设备成槽，施工效率以及槽壁的防坍、垂直度能够得到保证。但此种成槽工艺的成本昂贵，技术要求高，国内的双轮铣设备很少，难以应用到该工程，若新购置则一次性投入很大。考虑利用旋挖钻机的施工特点及其刚性钻杆能很好地控制垂直度的优点，在液压抓斗挖槽前先由旋挖钻机施工引导孔，为成槽垂直精度达到1/300以上提供保障，同时也通过引导孔提供的临空面，解决液压抓斗在极密实砂层中挖槽的技术瓶颈问题，提高抓斗成槽机的作业工效。综合工期、成本、质量要求，决定将金泰SG40A型液压抓斗成槽机4台（另配备1台SG35A型液压抓斗成槽机作为备用）、金泰SD28型旋挖钻机2台、气举反循环设备配以宜昌黑旋风ZX-250泥浆净化滤砂机3台作为本工程所有桩墙施工的主要机具，3种设备各取所长、优势互补、联合作业。

为有效解决T形槽段的垂直精度及提高液压抓斗的成槽效率，经现场4次试成槽试验，确定采取“四钻三抓”成槽方法（见图2），即首先采用旋挖钻机施工4个引导孔，再用抓斗成槽机按图2所示的抓土顺序挖槽施工，最后用泥浆净化滤砂机配合气举反循环设备清孔，确保墙底沉渣厚度符合要求。

图2 引导孔及挖土顺序

4 软弱土层成槽坍塌控制措施

4.1 预加固槽壁

导墙施工前，对槽壁的软弱土体进行水泥搅拌桩加固处理，加固深度根据土层情况及槽壁稳定分析计算值[2-3]综合确定。搅拌桩的桩径为50 cm，两桩之间搭接25 cm，桩边离导墙内侧5 cm，采取“四搅两喷法”施工，28 d试块无侧限抗压强度标准值≥1.0 MPa。槽壁的预加固分为两种区域，第一种是一、二期码头交界处的长约225 m、深达18 m的深水区域，由于该区域砂土回填时间短，较为松散，其T型槽孔周边均施工搅拌桩（见图3），深度从导墙底部的+1.1 m到穿透原状土2 m，桩长不超过18 m，遇护面块石的加固至块石顶面；第二种是其余的225～1 200 m范围的区域，T形槽孔的每个阳角处施工3根搅拌桩，深度从+1.1~-16 m。按文献 [2]计算得出加固后槽壁的最大水平变形约2.2 cm，发生在加固底部1.5 m范围内，对槽壁土体加固可有效避免槽壁坍塌问题。

图3 槽壁预加固的平面布置

4.2 修筑有效的导墙

导墙在施工期间需承受钢筋笼、灌注混凝土的导管、挖槽设备动荷载的作用，对于连续墙的定位，防止槽壁坍塌起着至关重要的作用。为有效防止导墙产生变形、塌陷移位进而影响到T形槽壁的稳定，除了槽壁预加固外，还对开挖发现的导墙下存在2～5 m厚的极为软弱的淤泥层区域采取黏土混合料（掺入10%水泥）换填并碾压密实，对海侧导墙区域存在的厚达10 m的松散砂土层采用二重管高压旋喷加固。导墙采取增加底板面积的“][”型[4]整体式C20钢筋混凝土结构，净宽比连续墙厚度加大5 cm，高170 cm顶板、底板及肋板厚均为20 cm，顶板、底板宽度分别为80 cm、120 cm。导墙内侧采用100 mm×100 mm方木支撑，以免回填造成导墙侧板移位。

4.3 严格控制护壁泥浆质量及制备工艺

泥浆质量控制标准执行欧标EN1538—2000（Execution of special geotechnical works-Diaphragm wall）。但该标准对于新浆的密度要求是针对于一般形式的地下连续墙，本工程由于超深T形地下连续墙施工处于厚软弱土层和粉细砂层且临海高水位环境中，并且施工现场受重型机械以及其他工序干扰较大，经计算各层土体在泥浆密度为1.08～1.15 g/cm3时槽壁稳定性可得到保证，正式施工前进行的4次试成槽施工也证明了较大的泥浆密度更有利于槽壁的稳定性，因此采用高屈服型膨润土+重晶石粉配制的复合膨润土泥浆，泥浆密度稍大于EN 1538—2000标准要求，但其它施工过程的泥浆指标符合该标准要求。本工程泥浆性能指标控制为：制备后经12～24 h膨化的新浆密度控制在1.08～1.13 g/cm3，黏度控制在 40～50 s（黏度使用 1 500/946 ml的马氏黏度漏斗来检测）；循环泥浆的密度控制在1.15～1.25 g/cm3，黏度 40～60 s。

制备泥浆流程为：原材料称量投料→膨润土加水充分搅拌10 min→静置膨化4 h→掺入重晶石粉搅拌10 min→泥浆性能指标测定→溶胀24 h后备用。泥浆在施工过程中由于土层变化及时调整泥浆指标，膨润土掺量一般控制在4.5%～5.5%，重晶石的掺量一般控制在6%～8%，CMC（羧甲基纤维素纳） 掺量则控制在0.03%～0.1%；泥浆使用1个循环之后，利用泥浆净化滤砂机进行分离净化并补充新制泥浆，恢复原有的护壁性能，提高泥浆的重复使用率。

4.4 减小成槽设备的影响

旋挖钻机及液压抓斗成槽机施工区域采取硬化措施，成槽施工时在其停机位置下铺设4 cm厚的钢板。成槽过程中遵循“慢提慢放、慢速掏进、平稳出入槽”的原则，减少动荷载对槽壁的影响。挖槽时控制旋挖钻机的钻头、液压成槽机的抓斗中心线与导墙中心线重合，并储备足够泥浆，随挖随补充泥浆，始终保持槽内泥浆面不低于导墙顶面0.4 m及地下水位1.5～2 m以上。

4.5 缩短其它工序的影响

槽段成孔后，当即用泥浆净化滤砂机配合气举反循环设备清孔，以提高清孔质量和缩短清孔时间。清孔符合要求后，采取创新的“抬架垂直转体法”吊装T形钢筋笼，达到吊装入槽就位的一次成功率100%，提高吊装工效20%，缩短挖槽到灌注混凝土的时间间隔，减少对槽壁的不利影响。

5 槽壁垂直度控制措施

挖孔导向是成槽施工的关键，引导孔的垂直精度直接控制成槽精度，故在旋挖钻机定位时，在互成直角的两个方向上，用经纬仪检验钻杆的垂直度。旋挖钻机挖孔时密切注意并利用垂直度检测仪表及纠偏装置保证引导孔垂直度达到要求。液压抓斗成槽机挖槽时通过自带的垂直度检测仪表及纠偏装置及时纠偏。槽段开挖一定高度后，采用KODEN DM602/604型超声波测壁仪对已完成的槽孔垂直度进行检测，发现问题立即进行修槽，以确保槽壁的垂直精度大于1/300。

6 超长T形钢筋笼起吊变形控制措施

T形钢筋笼沿墙体高度方向全长布置，长度57～60.5 m，单幅重量约35～36.8 t。如果采用常用的双机抬吊法直接起吊[1，5]，通过吊点转换来完成其由水平状态转成垂直状态，不仅增强钢筋笼刚度的辅助钢材用量大，而且起吊转体过程中由于钢筋笼自身的刚度相对较低，易发生较大的变形，影响钢筋笼顺利就位，吊点的不断转换也使得吊装工效及安全性大大降低。为弥补双机抬吊法吊装的不足，经研究采取了创新的“抬架垂直转体法”吊装技术。

1）钢筋笼在布置于紧靠二期工程末端的固定加工场制作，顶节的长度统一为36 m，底节则为21～24.5 m。分两节制作后运到现场安装。采用可循环使用的外置式、刚度高的钢抬架作为钢筋笼制作、转运及吊装施工的平台（见图4），以提高钢筋笼临时刚度，减少钢筋笼的辅助加劲筋用量，控制钢筋笼在起吊过程中发生较大变形，避免普通的抬吊法在起吊过程中需更换吊点、起吊重心难控制等问题，使钢筋笼顺利入槽，提高钢筋笼吊装作业的效率与安全性。

图4 T形钢筋笼制作吊装抬架示意

2）钢筋笼在抬架上制作完成后，由两台30 t龙门吊将钢筋笼连同抬架一起装上拖车出运至现场后，150 t及180 t履带吊机共同将其移至地面，然后150 t履带吊机摆放在正对抬架纵轴的起吊端，吊住抬架的起吊点；180 t履带吊机一般摆放在抬架的转轴端的一侧，场地狭窄时也可正对抬架纵轴，吊住钢筋笼的起吊扁担，两吊机的吊臂相向。150 t履带吊机首先吊起抬架的起吊端以抬起钢筋笼，并根据起吊高度调整与抬架之间的距离，抬升过程中180 t履带吊保持与钢筋笼之间的钢丝绳为松弛状态，切不可吊起钢筋笼。当抬架抬至与地面成85°时，150 t履带吊停止起吊抬架，使抬架及钢筋笼保持稳定状态后，180 t履带吊垂直缓缓吊起钢筋笼，将钢筋笼与抬架脱离，完成钢筋笼由水平状态转换成垂直状态，然后180 t履带吊移动钢筋笼，缓慢将钢筋笼吊入槽内，对钢筋笼、声测管及其他预埋件进行检查，拆除钢筋笼的临时加劲筋。底节钢筋笼就位后，用型钢穿过吊筋，将其挂在导墙上，待顶节钢筋笼起吊至其正上方，进行钢筋笼的对接和下放。150 t履带吊机将抬架恢复至水平状态，运回加工场重复使用。

7 高温环境下水下混凝土灌注控制措施

地下连续墙采用C50水下混凝土，试配强度＞65 MPa。为满足热带沙漠气候夏季高温时水下混凝土灌注施工要求，经综合考虑混凝土灌注的持续时间、接头管形式及上拔等，确定混凝土的入槽坍落度控制在180～210 mm，流动度≥550 mm，初凝时间为8～10 h，混凝土入槽温度≤32°C。为达到C50水下混凝土的强度要求及流动性大、保塑时间长的施工要求，经多次试配采用掺加缓凝型高效减水剂与硅灰的混凝土。

混凝土采用双导管同时灌注法，避免单侧灌注造成混凝土面不均匀上升，导管布置如图5所示。导管选用φ250 mm的圆形螺旋快速接头，并采用橡胶圈进行密封。混凝土初灌剪球后的导管埋深保证在1.0 m以上，灌注连续进行，控制导管埋深在2～6 m。灌注过程中，采用测锤每隔30 min或每2车混凝土测量及计算槽内的混凝土面标高，以保证槽内混凝土面高差≤30 cm，以及准确适时拔拆导管和起拔接头管。

图5 双导管平面布置

根据水下混凝土初凝速度及施工中测试数据，混凝土灌注开始后4～5 h左右用千斤顶开始顶拔接头箱，以后每隔30 min提升1次，其幅度为50～100 mm，待混凝土灌注结束7～9 h，即混凝土终凝后，将接头管拔出。连续墙上部的空槽部分深2.0～3.5 m，为保证相邻槽段的成槽安全以及大型机械行走安全，在连续墙检查验收后，对空槽部分回填砂至导墙面。

8 结语

通过对埃及塞得东港集装箱码头超深T形地下连续墙关键技术的深入研究与创新，极大地提高了现场施工速度和质量，现该工程已经顺利并提前完成。经统计，完成单个T形槽的成槽时间在40 h以内，槽壁的垂直精度达到1/550～1/600，没有发生塌方现象，平均扩孔系数仅为1.04，钢筋笼吊装就位的一次成功率达100%，超声波检测I类桩达到97%，“四钻三抓”工艺可比双轮铣设备施工降低成本50%。

从该工程施工情况来看，上软下硬地层中T形地下连续墙成槽施工方法的正确选择，是其顺利施工的关键之一。在软弱地层中施工，通过改善地层特性、修筑有效的导墙、控制护壁泥浆性能、保持槽内液面高程和大型成槽设备下加垫钢板等措施，确保槽壁稳定和减少地面沉降；采用旋挖钻机引孔后三抓成槽施工，提高了在致密砂层中的挖槽效率，确保了整个槽壁的垂直精度达到1/550以上。该成槽施工工艺保证了安全质量和工期，节约了施工成本，适用于临海地区复杂土质的超深异形地下连续墙施工。

“抬架垂直转体法”吊装技术以刚度较大的外置桁架式抬架作为T形钢筋笼制作、转运的临时平台，确保了T形钢筋笼的加工质量及减少运输环节的变形，替代了“抬吊法”中内置的增强钢筋笼刚度的钢筋，承托着T形钢筋笼不用经过吊点转换而直接完成由水平状态转成垂直起吊状态，2台履带吊机的独立作业减少了吊点转换环节，简化了起吊的工艺，成功解决了“抬吊法”中存在的问题及超深T形连续墙钢筋笼吊装难题。经工程实践证明具有明显的经济和社会效益，是一种具有先进性和创新性的长大钢筋笼吊装技术。

[1] 郑宏，傅金栋，宋凯，等.天津滨海新区61 m深异形地下连续墙施工技术[J].施工技术，2010（10）：50-51.

[2]张厚美，夏明耀.地下连续墙泥浆槽壁稳定的三维分析[J].土木工程学报，2000（1）：73-76.

[3] 王盼，莫海鸿，曾子明.T形地下连续墙阳角处槽壁稳定性分析[J].路基工程，2010（4）：218-220.

[4]李赞.深圳地铁田贝站入岩地下连续墙施工技术[J].施工技术，2010（1）：45-47.

[5] 孔德志，徐安军，陈宇明.超深地下连续墙关键施工技术[J].山西建筑，2010（11）：147-148.