超深基坑的围护结构之地下连续墙

刘法民 杜建国

(山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

超深基坑的围护结构之地下连续墙

刘法民 杜建国

(山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

论述了地下连续墙被广泛使用的内外原因，基于地下连续墙施工实践，对地下连续墙施工过程中存在的问题及其解决对策进行了详细分析，为实际施工积累了宝贵经验。

地下连续墙，围护结构，基坑，接头

0 引言

近20年来，伴随着我国城市和基础设施建设的快速发展，建(构)筑物不仅在种类上越来越多，而且在规模上越来越大，其最直接的后果是开挖深度大于12 m的超深基坑工程越来越多。而超深基坑的围护结构——地下连续墙，在设计者选择方案时得到了越来越广泛的应用。作者在多年地下连续墙施工的基础上，对地下连续墙施工质量的控制进行了总结，供同行在施工实践中参考。

1 地下连续墙被广泛使用的内因

地下连续墙是一种在地面上用成槽机或铣槽机，在泥浆护壁的条件下，开挖出符合设计要求的长、宽和高槽段，然后下放钢筋笼，再浇灌具有防渗功能的水下混凝土，逐段完成槽段，并用特定的接头把槽段相互连接，最终在地下形成具有防渗能力的连续墙体。地下连续墙集支护、挡土、承重、防渗多种功能于一身，具体表现为[1-3]：

1)施工时振动小，对周围环境的噪声污染小，非常适合文明施工、和谐施工的要求。

2)墙体本身刚度大，因此，被用于超基坑的围护结构时，开挖时可承受很大的土压力，极少产生基坑环境效应问题——基坑周边路面开裂，影响交通；基坑周边塌陷，地下管道断裂，影响居民正常生活；超限的变形引起基坑周边房屋开裂、倾斜、倒塌；基坑开挖引起水土流失，危及基坑周边供电设施的安全；在闹市区因开挖引起地下水管断裂与基坑侧壁失稳交叉影响；开挖变形影响到附近工厂生产机械的正常运转。

3)防渗性能好，墙体的渗透系数小于10-7cm/s，几乎不透水。

4)可以紧贴基坑周边建筑物施工，不会发生如锚杆越过红线的现象，从而使建筑物红线以内的场地得到最大程度的开发利用，使建设方获得最大的利润，从而充分发挥投资效益。

5)地下连续墙刚度大，易于设置预埋件，很适合于逆作法施工，这也是地下连续墙的最大优势。日前地下连续墙不仅能完成超深基坑围护结构的传统功能——作为挡土结构，承担超深基坑侧壁外的水土压力，同时可防水截流，防止侧壁外的水流入基坑，起到止水帷幕的作用，而且地下连续墙可以作为建(构)筑物的外墙，发挥竖向承载能力，保证工程能进行逆作法施工，即地上和地下同时施工，从而大大加快了建(构)筑物的交付速度。

6)设计者可以在多种类型的场地工程地质条件下选择地下连续墙，从厚的淤泥、黏性土层等软弱地层，到砂层、半土半石地层、密实的砂砾层等几乎所有的场地工程地质条件都可以进行地下连续墙的施工。

2 地下连续墙被广泛使用的外因

1)基坑尺度大深化。

近年来我国基坑深度已发展至30 m以上，如广深港铁路客运专线深圳福田火车站明挖基坑长近1 000 m,宽近80 m，深度达32 m。基坑的开挖面积亦在不断增大，在许多大中型城市，一些基坑的平面面积达到了1万m2以上，如天津某大厦超深基坑的开挖面积达到了近10万m2，而上海虹桥综合交通枢纽工程开挖面积达到了35万m2。

2)基坑场地工程地质环境恶劣化。

在我国东部沿海地区，由于经济发达、人口稠密，但土地资源宝贵，因此，地下空间资源得到了充分的开发利用。但上述地区基本上由河漫滩冲击而成，绝大多数建(构)筑物的地基为软土地基。由于软土具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低、流变性等特点，使得软土地区基坑工程具有自身独特的特点：软土的抗剪强度低，自立能力差，需要强大的围护结构；在基坑工程实践中，一些位于软土地基地区超深基坑的围护结构水平位移值远远超过了安全标准值，达到十几甚至几十厘米，使基坑环境效应问题严重，重大的基坑环境效应问题一般发生在软土地区。

3)变形控制严格化。

在基坑工程实践中，城市中心区集中了大量的基坑工程。而在城市中心区，居民楼大厦林立，地下管线密集分布，地铁隧道车站与交通主干道上下叠置，而上述建(构)筑物对由基坑开挖引起的基坑周边的工程效应十分敏感，加上地下水位埋深浅、流变性土体等不良场地工程地质环境，使得设计者在选择基坑围护结构时，不仅要考虑围护结构及基坑本身的安全，还要严格控制起源于基坑开挖引起的工程效应，即基坑周边土体水平、垂直变形，以保证建(构)筑物的正常使用。为此，国家对基坑周边水平、垂直位移的要求越来越严格，基坑工程由传统的稳定控制设计向变形控制设计方向发展。

随着基坑开挖深度和规模的增大，对围护结构的要求越来越高，而基坑工程变形控制的难度也越来越大。伴随着基坑工程难度的不断增大，基坑所处的工程地质环境也在不断恶劣，加上基坑周边环境的复杂性和重要性也在不断提高。因此，地下连续墙集支护、挡土、承重、防渗等多种功能的优势就体现出来了。

3 地下连续墙施工过程中的问题及对策

在地下连续墙的施工过程中，主要存在的问题是：槽壁不稳、地下连续墙垂直度、渗漏、露筋、混凝土浇筑质量、地下障碍物和提拔锁口管困难。

1)槽壁不稳是地下连续墙施工过程中遇到的最大问题，如果场地局部地层是砂性土层，在开挖过程中更容易发生槽壁缩径或扩径，导致钢筋笼无法下放。为了确保连续墙施工质量，防止槽壁坍塌，为此可采取：在槽段施工实践中，我们通常配制粘度大、失水量小泥浆、通过泥浆循环在槽壁形成薄而坚韧的泥皮，对槽壁进行保护。考虑到泥浆循环时的损失，在开挖槽壁时及时补充浆液，以保证泥浆液面超出潜水水位面50 cm，并不低于导墙顶面30 cm；开挖槽段前，在两侧用双轴或三轴水泥土搅拌桩进行加固；槽段施工过程中，要求成槽机操作工严格按照操作要求，减慢成槽速度，抓斗慢下慢提；导墙施工前对地面进行夯实，增加导墙的厚度和配筋；成槽及浇筑混凝土前，减小槽壁所受到的地面垂直荷载，即禁止载重汽车、施工机械在导墙面上或附近行驶或长时间停留；第一次清理槽底沉渣后马上进行钢筋笼的吊放作业，以缩短槽壁暴露时间，作业时保证钢筋笼垂直，防止因钢筋笼上下移动而引起槽壁塌方。

2)垂直度直接影响地下连续墙施工质量，直接关系到地下连续墙承重功能的发挥。为防止地下连续墙出现倾斜，施工过程中应把握：因为导墙具有对成槽设备进行导向、直接影响到槽段垂直度的作用，所以开挖槽段前应设计要求砌筑导墙；在成槽机工作前，用水平仪调整设备的水平度，利用经纬仪控制成槽机抓斗的垂直度；成槽机到达设计深度后，再测量槽段的垂直度，并根据测量数据进行反分析，从而制定出有效的预防措施；在吊放钢筋笼时，在现场架设经纬仪进行垂直度的测控，并根据测量结果及时进行调整，使垂直度控制在规范要求范围内[4]。

3)地下连续墙一般采用成槽机械在泥浆护壁的条件下开挖成槽，然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土成槽段，通过接头将槽段连成整体，墙体厚度一般0.6 m～1.2 m，开挖后槽段之间的连接是防水的一个薄弱环节，在接头部位常发生渗漏。如果处理不当可能使基坑周边的土体发生水平、垂直位移，导致基坑环境效应问题。为了减少槽段接头的渗漏而导致的基坑环境效应问题，在施工中要注意以下事项：

a.在锁口管安装过程中要把握好垂直度；b.因为槽段的接头处不允许发生夹泥，所以施工时必须用专用的接头刷上下运动，直到肉眼看到接头无泥土为止；c.管理好导管埋在水下防渗混凝土中的深度，绝对不允许发生导管拔空现象，因为导管拔空会发生应浇灌的混凝土部位被淤泥充填，此时，马上测量已浇灌的混凝土面的准确标高，将混凝土面上的淤泥吸净，重新浇筑水下防渗混凝土，重新浇筑时导管向下插入原混凝土面下至少1 m；d.在槽段之间的接头部位，在迎土面用三重管高压旋喷桩进行止水补救；e.要求混凝土初凝后方可进行锁口管起拔，同时要慢速向上提升锁口管，以防止由于锁口管拔出而引起混凝土流向拔空部位，影响接头部位的防水效果；如开挖后发现接头有渗漏现象，应在外墙进行堵漏后再进行内墙衬砌的施工[5]。

4)地下连续墙施工过程中如果控制措施不到位，常会出现露筋。如果露筋发生在开挖面，可进行修补，但在迎土面时，如果钢筋外露，则很容易被地下水锈蚀。而与建(构)筑物主体结构一起作为承重结构的地下连续墙，其耐久性直接关系到建(构)筑物的安全使用寿命。因此，在施工中要采取以下各种手段来实现防止钢筋外露：

a.在槽段开挖时，保持槽壁的垂直度；b.在水平的钢筋平台上制作钢筋笼，并通过设置桁架筋以便固定主筋，防止起吊时变形；c.在钢筋笼的两面焊接保护层垫块，如果保护层垫块面积过小，会楔进槽壁中，因此，保护层垫块的长、宽、高一般分别为500 mm，250 mm和不小于混凝土保护层厚度，保护层垫块由厚为5 mm的钢板制成；d.在下放钢筋笼前，用仪器精确测量已成槽壁的垂直度、平整度、槽底沉渣清孔质量及槽底标高；e.在垂直下放过程中，如遇到钢筋笼不能下放，不能强行下放，提升钢筋笼后，发现钢筋笼侧面上有粘的土块，说明槽段壁上局部土体凸出或已有土体坍落至槽底，此时，对槽壁进行修理，修理后用导管清除槽底已坍土后，才可重新吊放钢筋笼；f.下放前后，严禁割短或割小钢筋笼；钢筋笼沉放就位后，马上进行第二次清孔，在二次清孔后马上灌注水下混凝土，灌注时应按规范的要求进行。

5)为了防止向槽段浇筑水下混凝土的质量问题，在实际操作时要注意以下事项：

a.对浇筑用的导管进行使用前的水密性试验；b.浇灌混凝土前必须将槽底清好，保持混凝土流畅；选择供应量大的混凝土供应商，避开交通拥堵时间；c.第一批待浇灌的混凝土量应满足导管开管时所要求的埋管深度；d.向槽段浇灌混凝土时一定要连续进行，如在浇灌时不得不中断，则中断时间在30 min之内；e.在浇灌混凝土发生停顿时，要有节奏地、轻轻地、上下拔动导管，以保证导管内混凝土的流动性；f.向槽段内浇灌水下混凝土时，导管埋深2 m～6 m，最大埋深不能超过6 m；g.同一槽段内相邻两导管内混凝土高差不能超过0.5 m，两导管拆卸也应同幅度进行；h.当向槽段内浇筑混凝土接近导墙面时，压力差减小使混凝土较难浇灌，此时导管埋深可减小，但要保持在1 m左右；i.混凝土不得溢出导管落入槽内[6,7]。

6)由于勘察工作由点带面，所以在槽段开挖过程中发现地下障碍物是难免的。如发现地下障碍物，首先要分析障碍物的物质组成和硬度，然后确定是采用加大成槽机或铣槽机的压力继续开挖，还是用冲击把障碍物挤入两侧槽壁内。

7)提拔锁口管困难主要是起拔时机选择不适合而引起的。解决此类问题现实的办法分以下五步：

a.选择水下防渗混凝土向槽段浇灌的记录作为提拔锁口管的时间，即锁口管提拔应与水下防渗混凝土浇灌槽段的时间相结合；b.结合向槽段浇灌的水下防渗混凝土的凝固速度及拔管工艺；c.要注意在水下防渗混凝土浇筑2 h～3 h后才进行提拔锁口管，提拔频率为1次/30 min，提升幅度为不大于10 cm/次；d.观察一侧接头箱的下沉进程；e.以混凝土搅拌站提供的商品混凝土初凝时间为基准，等到向槽段浇灌混凝土结束6 h～8 h后，将锁口管一次性地全部拔出并马上进行清洁和疏通[8]。

4 地下连续墙应用的展望

为了改善城市交通拥堵的现象，地铁在我国的城市基础设施建设中越来越多。同时，伴随着城镇化的加速，在地铁沿线的高层、超高层建筑不断涌现。而我国土地资源又十分宝贵，因此，开发利用地下空间的力度只会加大。为了解决地下空间开发力度加大和地铁对变形要求近乎苛刻之间的矛盾，作为超深基坑的围护结构——地下连续墙在未来工程实践中不仅会越来越多，而且深度会越来越大。为此，在施工实践中会引发下列困难：1)钢筋笼深度的增加而导致的钢筋材料本身成本的增加；2)钢筋笼深度的增加而导致的钢筋笼重量的增加，从而间接增加了向单元槽段内吊放钢筋笼的成本和危险性；3)钢筋笼深度的增加，单元槽段两槽壁的深度也相应增加，下放钢筋笼时发生因单元槽段两槽壁的不平导致钢筋笼无法下放的可能性也增加，减缓施工速度，加大施工成本。

为了保证超深基坑本身、周边地面、地下设施的安全，降低地连墙材料和吊放钢筋笼的成本，加快施工速度，降低施工成本，急需在生产实践中总结出一种能解决上述三个问题的一种超深地连墙的新型基坑围护结构及具有良好防水性能的地下连续墙新型接头。

[1] 刘永辉.冻结技术在郑州市轨道交通工程联络通道施工中的应用[J].河南科学,2012,30(8):1117-1120.

[2] 徐方京,谭敬慧.地下连续墙深基坑开挖综合特性研究[J].岩土工程师,1993,15(1):28-33.

[3] 杨朝辉,袁振宙,李乾坤.浅层平板载荷试验在昔格达地层中的应用[J].河南科学,2011,29(7):820- 822.

[4] 蒋忠祥,徐敏山,姚卫星.基于数值分析的仪器系统差校正[J].物探与化探,2013,37(2):287-290.

[5] 侯学渊,杨 敏.软土地基变形控制设计理论和工程实践[M].上海:同济大学出版社,1996.

[6] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[7] 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

[8] 邾根荣.狭小场地、敏感环境下的深基坑工程施工技术[J].建筑施工,2008,30(10):547-553.

Underground continuous wall of ultra deep foundation pit enclosure structure

Liu Famin Du Jianguo

(ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.,Ltd,Jinan250100,China)

This paper discussed the internal and external causes of underground continuous wall was widely used, based on underground continuous wall construction practice, analyzed in detail the problems and countermeasures in underground continuous wall construction process, accumulated valuable experience for the actual construction.

underground continuous wall, retaining structure, foundation pit, joint

1009-6825(2015)07-0076-03

2014-12-31

刘法民(1987- )，男，助理工程师； 杜建国(1975- )，男，助理工程师

TU476.3

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