超深地下连续墙施工技术

2012-07-28张伟泉

水利建设与管理 2012年7期

张伟泉

(上海宏波工程管理咨询有限公司 200232)

1 工程概况

地铁汉中路站工程为上海轨道交通12号线、13号线汉中路换乘站，位于恒通路、恒丰路、光复路、梅园路围成的地块之间，将与已建成运营的1号线实现三线换乘。12号线车站沿长安路设置，大致呈东西走向;车站为地下三层岛式车站(局部为地下四层)，开挖深度为23.86～25.71m;围护采用1200mm地下连续墙，标准段墙深53m，端头井墙深57m。13号线车站位于地块内，大致呈南北走向;车站为地下四层岛式车站(局部为地下五层)，开挖深度为30.83～32.63m;围护采用1200mm地下连续墙，标准段墙深58m，端头井墙深62m。本工程超深地下连续墙数量为174幅。

汉中路站周围建(构)筑物众多，东面为地铁恒通大厦，距离房产开发基坑最近处约1.28m;南面为苏州河，防汛墙距离13号线东端头井最近处约为30m;西南面为金峰大厦，距离12号线南端头井最近处约6.7m;西面为恒丰路桥，距离西南侧附属结构基坑最近处约10m。周边环境复杂、开挖深度深是本工程主要特点。

汉中路站地基土分布具有以下特点:

a.第①1层填土，遍布，表层以杂填土为主，含碎石、煤渣等，下部以素填土为主，含虫孔、植物根茎，土质松散，拟建场地南侧上部为路面结构。

b.第②3-1层灰黄～灰色砂质粉土，含云母，局部夹较多薄层黏性土，呈黏质粉土状，土质不均。第②3-2层灰色砂质粉土，含云母，夹薄层黏性土，局部砂性较重，呈粉砂状。

c.第④1层灰色淤泥质黏土，呈流塑状态，含云母、有机质，局部上部夹较多薄层粉砂。

d.第⑤1-1层灰色黏土，含云母、有机质、腐植物及钙质结核，夹少量薄层粉砂，局部以粉质黏土为主，呈软塑状态。第⑤1-2层灰色粉质黏土，含云母、腐植物、钙质结核，局部下部夹薄层粉土。

e.第⑥层暗绿～灰绿色粉质黏土(上海地区俗称“次生硬土层”)，含氧化铁条纹及铁锰质结核，土质较好;场地遍布。

f.第⑦1层草黄～灰黄色砂质粉土，含云母，夹少量粉砂，土质较均匀。第⑦2层草黄～灰黄色粉砂，颗粒组成成分以长石、石英、云母为主，局部上部夹薄层黏性土。

g.第⑧1层灰色黏土，含有机质，局部夹少量薄层粉砂，土质较均匀。第⑧2层灰色粉质黏土夹砂、粉砂互层，含云母、有机质，与粉砂互层，土质不均匀。

h.第⑨1层灰色粉砂夹粉质黏土，含云母、长石等，夹少量黏性土，土质均匀。第⑨2层灰色粉细砂，含云母，颗粒成分以长石、石英为主，局部夹中砂，砾径较大，土质不均匀。

地下连续墙与地质关系见图1所示。

图1 地下连续墙与地质关系纵剖面

2 超深地下连续墙施工技术

超深地下连续墙与普通地下连续墙的不同在于其成槽时间长、槽壁稳定不易控制、穿越地层复杂、钢筋笼吊装难度大，且因所围护的基坑深度大，深层承压水压力大，对围护结构防水要求更高。

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程

2.2 导墙制作

导墙结构设置要求满足顶拔时产生的约600t反力的要求，因此导墙要有足够的刚度和强度;本工程采用倒“L”形结构钢筋混凝土导墙，导墙深度根据地下墙的深度设置，均入原状土，导墙顶部两边翻为2m，厚度30cm，导墙钢筋配φ16@200网片，在导墙内设置钢筋混凝土支撑(见图3)。

图3 导墙纵剖面

2.3 主要机械设备选型

成槽采用液压抓斗工法，配备两台SG40E成槽机和1台SG50液压抓斗，配备有垂直度显示仪表和自动纠偏装置，可以做到随挖随测随纠。成槽机性能见表1。

表1 SG40E成槽机性能

钢筋笼吊装采用350t吊车和150t吊车双机抬吊;钢筋笼主吊选用350t履带吊车;副吊选用150t履带吊车。

2.4 泥浆制备

本工程存在以下两点不利因素:

a.地面以下为超过10m厚的渗透系数高的粉砂、砂质粉土，在动水压力作用下易液化产生流砂，造成成槽塌方。

b.成槽深度最深62m，由于地下连续墙深，各道工序施工时间长，在槽孔长时间暴露中容易引起沉渣增厚和槽段失稳等问题。

因此为确保成槽稳定和减少沉渣厚度，本工程在施工中选用新型的复合钠基膨润土(GTC4)泥浆，并加入适当的纯碱，所拌制的泥浆经24h熟化后才能使用。清孔泥浆和浇灌混凝土过程中回收的泥浆均必须通过泥浆分离系统进行分离，再经过调浆后方可继续使用，对不符合要求的泥浆需排入废浆池中予以废弃。泥浆性能指标见表2。

表2 泥浆性能指标

2.5 成槽控制

成槽是地下连续墙施工的关键工序，成槽约占地下连续墙工期的一半，因此提高成槽的效率是缩短工期的关键。同时，槽壁形状决定墙体的外形，所以成槽的精度和质量也是保证地下连续墙质量的关键。用抓斗挖槽时，要使槽孔垂直，最关键的一条是要使抓斗在吃土阻力均衡的状态下挖槽，要么抓斗两边的斗齿都吃在实土中，要么抓斗两边的斗齿都落在空洞中，切忌抓斗斗齿一边吃在实土中，一边落在空洞中。另外在挖槽机具挖土时，悬吊机具的钢索不能松弛，一定要使钢索呈垂直张紧状态，这是保证挖槽垂直精度必须做好的关键动作;在挖槽作业中，要时刻关注测斜仪器的动向，及时纠正垂直偏差;在成好槽后都必须用超声波检测槽段垂直度，如倾斜超过规范要求及时修正;抓斗在出入导墙口时要轻放慢提，防止泥浆掀起波浪，以免影响导墙下面及后面的土体稳定。成槽示意图见图4。

图4 成槽示意图

本工程部分地下连续墙深度达62m，由于深层⑥层粉砂层土质较硬，成槽精度和垂直度(尤其是端头垂直度)控制较为困难，因此部分地下连续墙采取钻孔辅助成槽的技术措施，也就是通过钻孔使液压抓斗的斗齿直接伸入孔内进行成槽，从而提高地下连续墙的成槽效率及成槽端头的垂直度。

2.6 槽壁稳定措施

针对本工程地下连续墙在②3-1和②3-2层砂性土中成槽容易出现塌方的问题，根据现场实际情况分别采取不同的施工措施:

a.若地下连续墙外边线距可施工的搅拌桩净距小于1.5m时，采用地下连续墙两侧进行搅拌桩加固措施，搅拌桩与地下连续墙的净距控制在5～10cm，待养护14天后再进行成槽施工，以确保成槽的稳定。

b.若地下连续墙外边线距可施工的搅拌桩净距大于1.5m时，采用搅拌桩围护加预降水的处理措施，通过搅拌桩将各施工分区划分成若干个封闭区域，然后沿着槽壁布设一定数量的降水井，降低成槽区域的②3-1和②3-2层水头高度，保证槽壁的稳定性，以提高成槽质量。

本工程部分区域根据现场场地条件，先用搅拌桩止水帷幕对每块进行单独封闭，待封闭结束后，再进行喷射井点降水，等基坑内水位降至5～6m处，再进行地下连续墙成槽施工。

2.7 钢筋笼吊装

吊装钢筋笼配备350t和150t履带吊各一台;为防止钢筋笼变形，除增加辅筋加强钢筋笼整体刚度以外，将钢筋笼整体加工分段吊装，然后在孔口进行对接连成一体，并为减少钢筋笼对接时间，除桁架筋及十字钢板采用满焊以外，其余钢筋均采用直螺纹连接。

吊钢筋笼时，先用350t履带吊(主吊)和150t履带吊(副吊)双机抬吊，将钢筋笼水平吊起后升主吊、放副吊，将钢筋笼凌空吊直;吊运钢筋笼必须单独使用350t履带吊，必须使钢筋笼呈垂直悬吊状态;吊运钢筋笼入槽后，用吊梁穿入钢筋笼最终吊环内，搁置在导墙顶面上;最后校核钢筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差，并通过调整位置与高程，使钢筋笼吊装位置符合设计要求。

2.8 混凝土灌注

墙体混凝土按照浇灌水下混凝土规范要求采用高于设计强度一个等级的商品混凝土。

水下混凝土浇注采用导管法施工，混凝土导管选用D=270的钢导管，丝牙接头;导管布置间距一般为1.5m，最大不大于3m，距槽段端部不大于1.5m;钢筋笼入槽完成后下放导管，导管插入到离槽底300～500mm处，并在导管上顶端安放方形漏斗;在开始灌注混凝土前应在导管内设置球胆，以起到隔水作用，另外对混凝土配合比及坍落度进行检查，在确认无误后才可进行混凝土灌注;灌注过程中按规范做好混凝土抗压、抗渗试块，每车混凝土填写一次混凝土上升高度及导管埋设深度的记录;在浇灌过程中导管插入混凝土深度应始终保持在2～6m;在混凝土浇灌时不得将路面洒落的混凝土及污染泥浆扫入槽内;混凝土泛浆高度30～50cm，以保证墙顶混凝土强度满足设计要求。

在浇灌混凝土过程中，在反力箱背侧空隙内要同步回填石子，避免一次性回填到顶，而是采取一边浇灌混凝土一边回填的方式，使回填高度始终高于混凝土面上升高度3m左右，减少回填土对反力箱产生的侧压力。

2.9 地下连续墙接缝防渗措施

本工程地质条件相对复杂，多层土体容易产生流砂、承压水层厚等特点均是造成地下连续墙接缝渗漏的主要原因，针对本工程的特性，地下连续墙均采用十字钢板接头形式。

a.防绕灌措施:ⓐ封头钢板底延伸至成槽底标高并插入土体20cm以阻断混凝土和水泥浆液沿封头钢板底部绕流;ⓑ增设0.5mm厚、宽1m的止浆铁皮固定于钢筋笼两侧，浇灌混凝土时止浆铁皮受压力张开，紧贴两侧壁面，阻断砂浆沿十字钢板和反力箱外侧绕流线路;ⓒ回填粒径合理的石子或泥丸，充填反力箱背后空隙以增强水平反力，防止混凝土和水泥浆液的绕流。

b.刷壁处理:为防止反力箱拔起后，上部混凝土或砂浆落入反力箱拔起的空洞中或结牢在十字钢板上，影响止水效果，采用与十字钢板结构相对应的清刷或冲铲工具，清除该部分附着物，以保证十字钢板的止水效果和接头强度(见图5)。