自密实混凝土在地下连续墙施工中的应用

2015-09-20朱朝晖刘秀江

建筑施工 2015年11期

朱朝晖刘秀江

1. 深圳永鑫建筑工程集团有限公司深圳 518000；2. 深圳市方圆建设工程监理有限公司深圳 518000

1 工程概况

在深圳市罗湖区东门某大型商住项目的深基坑工程中，由于是地铁上盖物业，存在地下障碍较多、地质条件复杂、周边建筑物密集且保护等级较高等难题。经综合论证，该项目采用地下连续墙成槽护壁，同时作为深基坑的止水帷幕的施工技术，可达到最佳投入效能比。基坑工程涉及地层有：①杂填土、②粉质黏土、③粉砂夹粉质黏土、④砂砾岩强风化、⑤砂粒岩中风化。

在该基础工程中，地下水量丰富，采用地下连续墙加三轴搅拌桩止水帷幕。由于除东侧邻近市政道路外，其余方向红线外30 m以内有多栋高层及小高层建筑物，考虑到基坑开挖及地下连续墙施工对周边复杂管线及建筑物的影响，工程对土体变形及渗水控制的要求很严格。在施工过程中，地下连续墙配筋密集，成槽护壁中泥浆条件复杂，采用普通水下混凝土难以保证施工质量。为此，本文以地下连续墙形成的刚性结构作为对象，应用自密实混凝土，对由地下连续墙以较为复杂的形式构成的结构（墙深18 m），在施工前以实体验证的方式进行了研究，其研究成果在施工中实际应用并取得了良好的效果。结果表明，自密实混凝土适用于实际地下连续墙基础工程。

2 工程难点分析

基坑西侧、南侧围护采用厚700 mm地下连续墙，北侧邻近高层建筑采用厚900 mm的地下连续墙，增加围护刚度。地下连续墙槽段情况较复杂，槽段分幅宽度为8 m，局部敏感区域分幅宽度适当调整，以减少基坑变形对周边环境的影响。在地下连续墙内外侧采用φ650 mm×450 mm三轴搅拌桩进行槽壁加固，采用套接一孔法，加固深度18 m。

在地下连续墙施工中，容易出现槽壁坍塌、夹泥夹砂、渗漏水及强度降低等缺陷，其中渗水现象多发生在地下连续墙接口处，而夹泥夹砂缺陷一般由坑壁局部坍塌引起的裹砂和夹泥。由于土体变形控制要求较高，地下连续墙墙体设计刚度较大，配筋较为密集、直径较大。同时，由于钢筋搭接部位要求周围混凝土紧密包裹，以有效传递钢筋握裹力。在实际工程中，应用普通混凝土难以达到要求，通常用水下混凝土来进行浇筑。本工程地下连续墙由于配筋较多，故采用水下混凝土，根据以往经验，在浇筑中容易夹杂泥浆，使混凝土密实度不够导致实际强度降低，有可能达不到要求，因此本工程应用了自密实性能较好的自密实混凝土[1,2]。

3 工程用混凝土的设计

混凝土的性能参数、配合比、原材料如表1、表2所示。水下混凝土坍落度为210 mm，所用配合比为平常地下连续墙工程所用的预拌混凝土。自密实混凝土的配制符合国家技术规程。在2种混凝土中均使用了聚羧酸系高性能减水剂和聚合物增黏剂。

自密实混凝土的坍落扩展度根据地下连续墙的实际施工情况，确定为650 mm±50 mm。在参考U形仪实验达到300 mm高度的结果，扩展度达到500 mm所用时间范围为5～12 s。经过试配后的混凝土各项指标与设计要求相符。

表1 混凝土性能参数

表2 混凝土配合比

4 实体验证方法及结果

在实际施工前，制作了与设计相同的地下连续墙实验体，进行了混凝土的浇筑性能对比试验。图1表示了实验墙体的形状尺寸及配筋情况。导管的位置设在钢筋笼的中部，从上到下贯穿。浇筑时为了防止泥浆倒灌，导管下端口一直保持在混凝土内，导管浇筑混凝土时的提升速度为13～15 cm/min。

图1 实体验证墙体的配筋状态

图2及图3表示了混凝土上表面自流平的状态。图中的数字是从浇筑开始所经过的时间。水下混凝土由于钢筋的影响形成了高低分布的高差，由此可见障碍物的存在影响了水下混凝土的流动。经确认，水下混凝土夹杂了泥浆，钢筋的下部出现空腔，而自密实混凝土则没有出现这样的情况。自密实混凝土的充填很密实，即使在钢筋的下部也很密实。自密实混凝土整体性很好，骨料分布很均匀。

图2 普通水下混凝土在槽内的流动情况

图3 自密实混凝土在槽内的流动情况

经抽芯取样检测强度，水下混凝土周边的部位如上部、下部的地方，强度很小，多处强度显著偏低，平均强度为标准养护试件强度的78%，说明混凝土夹杂泥浆后强度下降很大。自密实混凝土整体的强度较为均匀，取样平均强度为标准养护试件强度的105%，满足设计要求[3]。

5 地下连续墙质量控制措施

1）加强成槽时抓斗垂直度的控制。地下连续墙在采用传统的液压抓斗法成槽时，不可避免会发生碰撞槽段土体，使槽段土体部分凹凸不平。钢筋笼下放过程中，钢筋笼外侧的保护层控制块会对两侧槽壁进行刮蹭，造成局部泥膜被破坏并产生坍塌现象。因此，在抓斗成槽时，需要经常检查抓斗的导向板垂直度，尽量减少抓斗对槽段土体的碰撞以及钢筋笼下放时引起的刮蹭，并通过加撑控制导墙浇筑后的变形，禁止在已浇筑的导墙附近行走重车及堆放重载。

2）泥浆质量控制。泥浆具有一定的相对密度，当槽内泥浆液面高出地下水位，会产生一定的静水压力，除平衡土水压力外，还给槽壁一个支持作用力。同时，泥浆在槽壁内的压差作用，使部分泥浆压入底层，在槽壁表面形成一层透水性较低的固体颗粒胶结物，即泥皮。泥浆的静水压力作用在槽壁上，可起到护壁作用。如果泥浆的相对密度过低，会减弱护壁作用。另一方面，如果泥浆相对密度过大，会造成对混凝土的流动阻力加大和流动不畅。因此，在泥浆制备过程中，适当增大初配泥浆的相对密度，并根据现场泥浆循环设备的功率消耗进行调整，使泥浆的相对密度在满足设备功耗和对混凝土流动阻力的前提下调大一点。本工程泥浆相对密度配制为1.11～1.13。

3）加强泥浆制备的管理。在地下连续墙成槽过程中，由于各地层性质不同，泥浆参数应根据现场实际情况及时抽测、置换及调整。因此，根据现场实际情况对泥浆进行参数试验，确定适合现场的参数。参照地质报告，地层在成槽过程中应及时抽测、置换和调整。新制备的泥浆在泥浆池放置24 h以上，黏土需经充分水化后才能使用。泥浆使用后，对混凝土浇筑最后几米质量较差的泥浆，应及时排放到废浆池，并补充新制泥浆到循环池，以保证泥浆的质量。

4）确保及时补浆。在槽壁开挖过程中，如果泥浆补充不及时会造成护壁泥浆液面下降，使泥浆静水压力值不足而不能平衡周围土压力值，导致周围土层向槽壁内侧涌动加剧甚至发生槽壁塌方事故。在施工过程中需密切监控槽内泥浆液面并及时补充泥浆。

5）加强混凝土施工中各方面的管理工作。地下连续墙的成型质量与混凝土的配合比设计和浇筑施工管理密不可分。尤其在砂层地层施工中，如果混凝土施工的各个环节出现失误，容易造成地下连续墙出现质量缺陷。混凝土浇筑前提前做好各项准备工作：

（1）提前与搅拌站沟通混凝土供应安排，根据不同时段及路况综合分析浇筑用量计划。提前在交通高峰期备料，保证混凝土的连续供应；

（2）在监理单位验收通过后，及时通知搅拌站供应混凝土，尽量通过管理手段缩短钢筋笼放置后的闲置时间。

6）混凝土选用级配良好、含泥量等达标的粗细骨料和合适砂率，保证混凝土的匀质性和优异工作性能。根据试配确定合适的粉料比例，保证混凝土的适宜黏度，调整复合掺加的优质矿物掺合料。选用优质稳定的高性能减水剂，对减气剂中引气和增稠组分的种类、掺量进行试配和调整，保证自密实混凝土在现场的工作性能和保持度。通过分析和结合现场实际情况，确定关键指标范围，包括粉料总量、胶材比、砂率、用水量和外加剂等。

7）严格控制浇筑过程中的各个施工工艺，如控制浇筑速度，由于混凝土自流平需要一定时间，浇筑速度过快可能造成夹泥、夹砂。严格控制导管埋入混凝土的深度，严禁导管提升到混凝土的表面。

6 施工效果分析

本基础工程应用自密实混凝土进行密集配筋地下连续墙的施工，取得了良好的效果。经实体验证及实际工程检验，自密实混凝土的浇筑效果很好，墙体密实度及强度均达到了设计要求，保证了工程的顺利进行。对地下连续墙各槽段采用超声波进行测试，所有检测点的监测数据均小于0.13，在国家规范安全范围内，说明本工程地下连续墙稳定性设计符合安全要求，同时，钢筋骨架和预埋件的安装无松动和遗漏，标高、位置准确，接缝渗漏点3处，小漏水点2处，未发现大漏水点。工程实际证明地下连续墙止水效果良好，满足施工要求。

本工程地处繁华闹市区，对周边建筑物保护等级的要求较高，且地质条件复杂，施工难度大。在地下连续墙成槽及浇筑过程中，对邻近建筑物进行了水位变化和沉降实时监测，监控在施工过程中及施工后由于地下连续墙墙体的变形及土体卸荷引起的沉降或构筑物开裂。直至项目竣工验收后，均未发生邻近建筑物的开裂和下沉事故，避免了可能发生的索赔纠纷。自密实混凝土在密集配筋地下连续墙施工中的应用，取得了良好的社会效益和经济效益。