超深地连墙施工工艺的研究

2014-09-26薛长迁

城市道桥与防洪 2014年7期

薛长迁

（天津第六市政公路工程有限公司，天津市 300190）

0 前言

随着天津市轨道交通建设的不断推进，越来越多的换乘地铁车站开始建设。这些地铁车站由于基坑开挖深度不断加大，地连墙的深度也越来越大。超深地连墙由于墙身范围穿越多道砂层，在施工工艺上较普通地连墙有很大区别，施工难度也加大几倍甚至几十倍，工程质量很难保证。换乘地铁车站深基坑一般紧邻已经运营地铁车站，地连墙施工质量的缺陷，将极大地增加后续降水及开挖施工的风险。

本文是以天津地铁6号线红旗路站主体围护结构超深地连墙的施工为载体，通过研究、改良现有地下连续墙施工工艺，在地层存在较多砂层且地下水位高的不良地质情况下，保证超深地下连续墙成墙质量，降低施工风险，并形成一套适用于天津地铁超深地连墙施工的行之有效的技术管理办法。

1 工程概况

天津地铁6号线红旗路站工程是天津地铁6号线首批开工项目，为天津市重点工程。车站长160.5 m，结构标准宽21.9 m，基坑深25.13 m，端头井位置开挖深度达到26.88 m，地连墙的深度达到50 m。地连墙的标准幅宽度为6 m，钢筋笼与地连墙等长，接缝采用十字钢板链接，首开幅钢筋笼的重量达到50 t，在吊装过程中吊索吊具重约10 t。

2 超深地连墙施工工艺的研究过程及其重难点和应对措施

2.1 地连墙接缝质量直接影响围护结构的止水效果，保证超深地连墙的接缝质量是施工控制的难点

总结了近年来基坑工程施工经验，发现在以往基坑开挖过程中，可查明的地连墙缺陷、渗漏一般发生在两个部位，第一个就是地连墙接缝（包括与已完工工程的地连墙连接接缝），第二个就是异形幅的墙身，其中地连墙接缝渗漏占绝大部分。换言之，保证接缝施工质量就可以有效地提高地连墙整体质量。对此，进一步分析地连墙接缝渗漏的类型和形成渗漏的原因，发现地连墙接缝渗漏的形式有两种：一种是接缝两侧地连墙垂直度良好，接缝间出现正常夹泥，夹泥宽度在30 cm以内，夹泥原因为刷壁不到位、先施幅地连墙产生扰流混凝土等，产生的结果是在地连墙内侧出现阴渗和小渗漏；另外一种是地连墙垂直度差，在接缝处产生劈叉现象，产生原因为成槽控制差、钢筋笼吊入槽内时发生偏斜，这种情况产生的偶然性大，但产生后的危害也十分严重，容易引起基坑内透水事故。

针对这两种情况分别采取下列应对措施。

2.1.1 创新工具、加强管理，保证刷壁质量

传统刷壁器采用型钢焊接制作，用吊车配合靠重力上下刷壁。该工程地连墙较深，用吊车吊装传统配套刷壁器操作中难以在30 m～40 m深度范围内与地连墙接头十字钢板保持紧密连接，影响刷壁质量，在目标地连墙接头垂直度差，成阴角时更难以起到刷壁效果；且用配套刷壁器在47m深的范围内刷壁1个来回需要5 min左右，达到20次刷壁次数需用时100min，长时间凉槽风险很大。

针对这一难题，自制刷壁器，其形状可有效地贴合十字钢板，同时其通过机械连接可以固定在成槽机抓斗上，利用成槽机抓斗进行刷壁作业。应用新工具后，刷壁20次时间可控制在1 h内，这样一来不仅有效地提高了刷壁效率降低了凉槽风险还保证了刷壁效果。此外，利用成槽的显像纠偏功能，配合成槽机抓斗移动，新制刷壁器在接头垂直度差成阴角时，也能做到到有效刷壁。

2.1.2 进行“超前”探抓，降低扰流几率

通常，为应对扰流的产生，一方面会在地连墙浇筑前，在地连墙接头放入与地连墙等深接头箱，接头箱后回填石料，两者配合顶住接头钢板，防止扰流产生；另一方面，在钢筋笼加工时，在接头端安放止浆铁皮，混凝土浇筑过程中，止浆铁皮受力膨胀，止住混凝土与接头外部的联系防止扰流产生。

但在超深地连墙施工过程中，这两项成熟方法实施上会遇到较大困难。首先，止浆铁皮加工要求较高，难以达到止浆效果；其次，超深地连墙施工过程中，出于接头箱拔除的可操作性考虑，接头箱无法放置与地连墙等深，在该工程中采取放置在35 m深度，其余深度回填石料的方法，但由于如此深度内回填石料密实度难以保证，在实际浇筑过程中，这种石料加接头箱的体系难以锁住十字钢板，地连墙底部挤胀力容易使地连墙底部发生偏移，产生扰流。

为了应对这一情况，提出“超前探抓”的方法，即：在混凝土浇筑后，初凝后，终凝前，拔除接头箱后，对接头箱放置区域这一可能产生扰流的部位，进行抓槽作业，抓出扰流的混凝土，以及回填的石料，从而有效地降低扰流几率。

2.1.3 选择合适机械设备，保证成槽垂直度

液压抓斗成槽机抓斗和成槽机是柔性连接的，抓斗的重力直接影响成槽的垂直度。在成槽过程中如遇到较硬的持力层，如果抓斗过轻就会产生往一侧的倾斜。但如果抓斗过重，在成槽过程中成槽机的起重能力又将考验成槽机的成槽效果。如果起重能力过小，就会出现“埋斗”的情况。综合以上情况，在超深地连墙施工过程中综合考虑选用抓斗自重大的双卷扬系统的成槽机。另外，为控制成槽的垂直度，优先选用纠偏功能强大的成槽机，在成槽过程中司机能通过显示屏及时了解成槽情况并作出调整。

2.1.4 科学吊装，降低施工风险，保证钢筋笼入槽垂直度

钢筋笼加工前，对钢筋笼加工平台进行复核，确保钢筋笼加工平台高程在同一平面内。吊装前确认钢筋笼各穿杠位置是否在同一直线上，钢筋笼入槽前，人工进行稳槽作业，位置准确无误后再下放钢筋笼。

2.2 吸取教训，保证槽壁稳定

在研究地连墙施工实践中，出现了5次塌槽现象。对此，及时地对这5次塌槽的表象、原因进行了认真分析和研究，并根据塌槽的原因一一制定对策。

2.2.1 表象及原因分析

5次塌槽，对塌槽的时间进行分析，有2次发生在成槽后，3次发生在成槽过程中；对发生塌槽的部位进行分析，有3次发生在地面20 m以下的软弱土层，有2次的塌槽部位发生在距地面10 m以内浅层土，且沿成槽机坐落方向侧的土层塌方程度要比其对应侧严重，进一步了解发现这两次塌槽槽段所在区域表层土均进行过换填处理，塌槽前曾对泥浆进行检测，检测结果正常，对这两次塌槽的原因经过分析认为可能是回填土在受过往大型车辆的扰动下，与原装土形成滑动面，导致塌槽。同样在对另外三处塌槽进行分析时发现，这三处塌槽也有着相同的共性：（1）坍塌部位均位于砂层、淤泥层；（2）塌槽后，检测回收的泥浆结果显示粘度、砂率均正常，泥浆比重较大，泥浆PH值在10以上，接近或超过废浆临界值。可见泥浆的控制，以及地层本身性质对槽壁稳定度有着重要影响。此外，两次成槽后发生的塌槽，与长时间晾槽也有一定关系。

2.2.2 对策分析与制定

2.2.2.1 对造浆进行严格管控

针对检验塌槽槽段泥浆PH值过高的结果，初步认为是泥浆自身稳定性受到一定干扰，以致泥浆PH升高，出现离析沉淀，最终导致泥浆护壁效果下降。对此，分别对地下水，以及配浆材料进行检查分析，并将配浆用水（地下水）送往实验室分析其化学成分，发现：配浆用水（地下水）中阳离子含量较多，所配浆液在与土壤作用后，化学稳定性较差，易发生离析现象。在接着的施工过程中，为避免这一现象，均采用自来水造浆，并对其他造浆材料进行严格保护，避免其受到外界污染。针对冬季施工期间，泥浆受气温影响稳定性降低、活性差的特点，制浆作业在半封闭环境下进行，并对储浆管进行加盖保温，在储浆管内部设置气流管，利用空压机每隔6 h向储浆管压入空气，气体在泥浆内翻滚，保证了泥浆稳定，不发生沉淀。

通过上述措施实施，可有效地保证新制泥浆在恶劣自然及地质条件下的泥浆性能。

2.2.2.2 泥浆配比试验

在泥浆大批量配置前，应进行泥浆配比试验，检验配比性能。泥浆配合比根据所选用的原料先行试配，再检测各项指标，按检测的情况适当增加外加剂，改善泥浆性能，使之符合要求。粘土使用在工厂已加入纯碱的土粉来制浆，将CMC事先与水搅拌成液体，加入浆液。泥浆在循环使用过程中，配备专人检查和管理泥浆，保证泥浆质量，使各项指标达到规范要求。检验配比性能过程如下：配置泥浆后静置在泥浆箱内→每隔1 h检验泥浆性能（分别取泥浆管底部、中部、上部泥浆分别测试）指标→在1.5H（H为成槽开始至混凝土浇筑前所用的平均时间）后停止检测。

通过检测结果判定泥浆在未受干扰情况下各阶段的性能指标，是否满足成槽要求，泥浆是否能在成槽至浇筑这一时间段内保持稳定状态，不发生离析。为了有效模拟泥浆工作环境，可以在试验泥浆罐中，分批次添加地下水、泥土或水泥，检验方法同前者。

工程中实际采用的配合比如表1所列。

表1 新制泥浆配合比一览表（1 m3浆液）

2.2.2.3 泥浆过程管理

在成槽过程中，派专人控制泥浆液面高度，使泥浆液面不低于导墙高度100 cm；每隔6 h分别对槽段内及泥浆箱内的泥浆进行检验，当遇特殊情况加大检验频率。

检验内容：

（1）槽段内及泥浆箱内泥浆性能指标（比重、粘度、含砂率、PH值）。

（2）槽内泥浆液面高度（时时观测，不低于导墙顶面50 cm)。

（3）泥浆箱内泥浆储备量（抓槽前不少于400m3，抓槽中泥浆量不少于200）。

此外，为保证用足够的储配泥浆应付突发事件（跑浆等），在槽段开挖前，泥浆储备量应不小于需求泥浆量的2倍。

2.2.2.4 换填土加固

在地连墙施工前，需要清除影响施工部位的废弃的市政管线，管线清除后在换填区域，为了防止换填土与原状土间结合不紧密，在重载车辆行驶扰动下形成滑动面，导致塌槽，在换填区域导墙边缘可以进行搅拌桩处理，搅拌桩直径800mm，桩与桩之间紧密连接，桩身深入原状土层1.5 m为宜。

此外，成槽机在该区域作业时应在履带轮处加铺钢板，以减小重载对土层压力，防止槽壁受到附加的侧向土压力而发生坍塌。

2.2.2.5 加快施工节奏减少晾槽时间

在第二阶段地连墙施工实践过程中，对成槽后至浇筑前这一时间进行了统计，这段时间大约有6～7 h，其中刷壁100 min（保证20次刷壁次数），成槽检测30 min，吊装120 min，接头箱40min，导管40 min，混凝土供应45 min。

通过刷壁方式及吊装方式的改良，缩短了这两个工序的工作时间，改良后刷壁用时缩短至60 min，吊装用时缩短至60 min，使成槽后至浇筑前这一时间缩短至5 h左右。

2.3 科学实践，改良吊装方式

该工程地下墙钢筋笼长度最长深度为50 m，钢筋笼长度长，重量约50 t，采用整体吊装法，一次起吊完成施工。根据钢筋笼的重量，拟配置250 t和100 t履带吊车各一台，250 t履带吊作为钢筋笼起吊主吊机，100 t履带吊配合起吊。

2.3.1 改良前吊装方式

2.3.1.1 吊点布置

天津地铁6号线红旗路站地连墙工程中将钢筋笼在地面焊接成型后用吊车整体吊起放置到地连墙槽段中。该工程最大钢筋笼包含吊索吊具共计约60 t。吊装时用250 t吊车主吊，100 t吊车溜尾。考虑到钢筋笼过长，在起吊过程中容易发生变形，起吊时250 t吊车吊钢筋笼的6点，100 t吊车吊钢筋笼的6点。

贵州中部长顺苹果产区雨水多光照差，建议套袋栽培，有利于果实着色，隔离药剂，提高品质。而威宁地区，紫外线强，果面光洁度较差，外观品质差，但能保证果实品质，可根据市场需求选择性套袋。建议有技术条件的区域进行无袋栽培。

钢筋笼横向吊点设置在0.25L处（L为钢筋笼宽度）。考虑到主吊承担钢筋笼重量较大，副吊承担钢筋笼重量较小，钢筋笼纵向主吊吊点设置在距顶端0 m+9 m+9.5 m，副吊吊点设置在距离底端4 m+6 m+6 m的位置。

2.3.1.2 吊点的加固

吊点加固的U形钢筋与下层主筋焊接，焊缝长度10 d，焊缝饱满。每道焊缝必须经过安全项目经理和质量管理人员，以及现场监理人员验收确认后方可进行吊装。

2.3.1.3 吊装过程简述

250 t吊车组57 m主臂，100 t吊车组36 m主臂；规划吊车行走路线，清理路线内的障碍，确保路面平整吊车行走过程平稳。起吊过程中吊装指挥人员站在起重机侧面，同时，要让司机能够看见的部位。吊车站好位后，分别按照前文所述挂吊装索具，同时核算作业半径无误；100 t吊车先起钩，当100 t吊车的荷载达到20 t时250 t吊车和100 t吊车同时起钩。

试吊：两车协作将钢筋笼水平吊起，当钢筋笼离开地面约0.5 m时2车停止起钩，检查吊车和钢筋笼、吊装索具和吊点位置及加强钢筋有无脱焊的异常情况，以及吊点位置是否准确，通过主副吊上的滑轮调整绳子的长度，使得钢筋笼在同一水平面上。通过试吊确定起重吊装的重心是否设计准确，检查笼子的刚度，并确定起重机在各状态下的吊装重量及其性能参数，并协调司哨及两台吊车操作人员操作一致。一切正常后，250 t吊车继续起钩，100 t吊车随着250 t吊车的起钩过程起钩，在钢筋笼与地面的夹角达到80°前100 t吊车的荷载应基本保持不变；在250 t吊车起吊钢筋笼的过程中250 t吊车保持作业半径和主臂不动，100 t吊车随着钢筋笼的起吊和倾斜向前缓慢走车；当钢筋笼逐渐立直时100 t吊车的荷载可以缓慢降低；当钢筋笼接近垂直状态时100 t吊车协助主吊将笼子稳住不动后，并将荷载降低到零，同时摘钩；钢筋笼子由250 t吊车吊着钢筋笼子缓慢移动，尽量保证笼子不得晃动，并在移动过程中通过晃绳控制，一直移动到目标槽段。钢筋笼移到目标槽段时，通过人员微调以确保准确入槽。250 t吊车吊住钢筋笼将其放置到地连墙槽段中，并三次倒绳摘钩完成钢筋笼的吊装。

图1为起吊高度计算简图。