地下连续墙施工综述

石燕霞

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁 272100)

0 引言

地下连续墙施工技术起源于欧洲，起初用于水井和石油钻井领域，在20世纪50～60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术。“十九世纪是桥的世纪，二十世纪是高层建筑的世纪，二十一世纪是开发利用地下空间的世纪”，进入21世纪后，我国乃至于世界多数大中型城市面临人口膨胀而引起的交通堵塞和生活工作空间紧张等现实问题，开拓利用地下空间已经成为建设工程领域的研究重点。特别是最近几年，超高层建筑的快速发展极大地促进了地下空间的大规模开发利用。地下连续墙具有截水、防渗、承重、挡水等功能，整体性好、施工速度快、施工振动小、墙体刚度大，适合在密集建筑群中进行施工等，而备受关注并得到广泛运用。

1 工程概况

1.1 工程简介

项目占地面积278 000 m2，建筑面积400500 m2，平面布置图见图1。

其中，壁板桩全部集中在B楼宣礼塔的下面，宣礼塔地下2层，地上40层，采用筏板基础，基础埋深15.5 m，筏板基础下布置60根壁板桩，嵌固深度为48 m，截面尺寸及数量分别为：6 m×1.2 m的24根；7.2 m×1.2 m的24根。混凝土设计强度等级C 25/30-C 50/60。

1.2 地质条件

1.2.1 土质情况

宣礼塔基础部分从上至下土层分别为：回填沉积(DR)、淤泥沉积(DL)、沙沉积(DS)、钙质砂层(GC)、泥灰岩和透镜状黏土(ML)、冲击沉积(DA)及含砂泥灰岩(MS)，总计七层。

1.2.2 地下含水层标高

潜水层标高约为+0.4 m NGA，即桩基顶标高向上3.4 m。

1.3 工程设备选择

根据本工程的地质特征和地下壁板桩的成槽要求，选用一台中联ZDG360液压抓斗机作为本工程的成槽设备，最大成槽宽度1.2 m。选用100 t吊机和200 t吊机各一台，其中200 t吊机作为起吊钢筋笼的主机，100 t吊机作为起吊钢筋笼的副机，详见表1。

2 施工方法

2.1 地下壁板桩施工工艺流程

根据土层情况，本工程地下壁板桩拟采用泥浆护壁抓槽机成槽，跳仓法施工，水下灌注混凝土，具体施工顺序详见图2。

表1 施工设备配备表

图2 壁板桩施工流程图

2.2 壁板桩施工

2.2.1 导墙设计与施工

(1)导墙设计

为保证成孔垂直度，导墙必须具有足够的刚度，受荷后不会发生变形、破坏。本工程采用现浇钢筋混凝土修筑导墙(图3)，混凝土强度C25，导墙顶标高高出原地面100 mm，深度1.5 m，两翼宽1.5 m，墙体插入老土，厚约200 mm，配筋为A14@200单层双向。

图3 导墙施工

(2)导墙施工

导墙施工顺序为：场地平整→测量定位→开挖成槽→绑扎钢筋→支架模板→浇注混凝土→拆模板并设置横撑。

施工中需要注意的事项如下：①在导墙轴线放样时，应确保其内墙面与壁板桩轴线平行，导墙内侧净距应为壁板桩墙厚+40 mm；②为保证原土不被扰动，挖土可采用机械和人工相结合；③内模立模板、外模以土代模，用振捣器均匀浇捣密实，待砼达到70%强度后方可拆模；④拆模后在导墙顶部用10槽钢支撑，内部用80 mm×80 mm方木及时在墙间加撑，支撑间距为2.0 m，梅花型布置；⑤施工期间严格控制墙顶周边荷载，防止导墙受力向槽内挤压；⑥为保证精度，施工中应随时检查导墙和壁板桩的中心线是否保持一致，竖向面是否保持垂直，如发生偏差及时纠正。

2.2.2 泥浆制备

(1)泥浆的使用流程

泥浆使用流程如图4所示。

(2)泥浆质量控制

①需严格按配合比配置泥浆，配制好的泥浆各项性能指标经自检合格后，静置24 h以上，使膨润土充分水化后方可使用。②泥浆配制池顶需搭设遮雨棚。③在成孔过程中，为保证护壁效果和桩身砼质量，必须对被置换后的泥浆进行测试，及时处理不合格的泥浆，直至各项技术指标都符合质量要求后方可使用。④施工过程中槽内泥浆面必须高于地下水位1.0 m以上，且不应低于导墙顶面0.4 m。⑤做好地表水的疏导，避免其流入槽内，破坏泥浆性能。⑥浇注砼时，不得使砼直接落入槽内泥浆，砼面4～6 m范围内泥浆应做废浆统一处理。

图4 泥浆使用流程图

2.2.3 壁板桩成槽和清底置换

(1)壁板桩成槽

根据工程特点和要求，选用中联ZDG 360成槽机进行施工，成槽机上的纠偏装置能够对成槽质量随时监控、纠正。成槽现场图见图5。

图5 成槽机正在进行施工

开挖前，需保证施工区域土层密实平整，稳定性好，周边施工空间无障碍物，悬吊机具的钢丝索必须在导墙中心线上成垂直状态，不能松弛，才能保证成槽垂直精度，待确保施工区域土层稳定后，以最小角度定位。

在施工过程中需保持泥浆液面高度离导墙顶≤300 mm。表层施工必须慢速均匀开挖，时刻测量抓斗和槽壁垂直度并及时校正，使其处于偏差范围内。为保证成槽质量，在施工作业时，抓斗出入导墙过程要轻提慢放，避免泥浆翻溅，影响土层稳定。同时，及时补充护壁泥浆(需提前检验合格)，保证泥浆液面在导墙顶面以下300 mm以内，避免出现槽内泥浆下降过快而产生塌孔现象。开挖槽体时，抓斗须先施工槽体两侧的土，再抓中间余土，可有效提高施工效率，避免抓斗倾斜，提高成槽垂直度和成槽质量。如遇到岩石，应采用冲击钻与抓斗配合的“两冲一抓”的方法进行开挖。

(2)清底置换

抓斗清底法能有效清除清除槽底残渣，但仅限于泥浆密度和含砂量不大的情况。如果孔底部沉渣厚且含砂率较大，可以采用气举反循环辅以泥浆净化系统滤砂，具体操作过程如下：①下放钢筋笼后，测量孔内泥浆比重和孔底沉渣厚度，符合要求则可以直接进行砼灌注，若泥浆密度超标或沉渣量过大，则需采用气举反循环法清孔；②安装钢管，同时将高压气管绑在钢管内部，高压气管插入至钢管底部以上2～4 m；③将高压气管与空压机连接；④开启空压机进行气举反循环清渣。

2.2.4 钢筋笼吊放

钢筋笼制作并自检合格后上报监理验收，通过验收后进行钢筋笼的下放。

本项目每段钢筋笼长约16 m，宽7.2 m或6 m，配备一台200 t履带吊作为主吊机，一台100 t履带吊作为辅吊机。起吊前计算钢筋笼重心位置，并在钢筋笼顶部设置一根与其尺寸相符的工字钢制作的横梁。起吊时，采用8点起吊型式，主吊机吊顶，辅吊机吊中间位置，将钢筋笼缓慢凌空吊直，为保证钢筋笼不在空中晃动，其下端可设置绳索人为控制。吊运钢筋笼途中，必须保证其呈垂直悬吊状态，即钢筋笼的重心与吊绳在同一铅垂线上，严禁发生拖动或磕碰现象，以防钢筋受力弯曲变形。钢筋笼需保持铅垂、不晃动的状态方可插入槽内，下放过程中保持缓慢，时刻观察钢筋笼的状态，若发生摆动或倾斜，应及时纠偏。吊放现场见图6。

图6 正在进行钢筋笼的起吊与安放

钢筋笼分3节吊装，入桩孔内拼装。先将第一节钢筋笼起吊垂直放入槽孔，用槽钢支架于导墙上，然后吊装第二节钢筋笼。两节钢筋笼的钢筋之间采用搭接焊相连，搭接长度为5D，骨架型钢之间采用斜焊缝对焊连接，第三节吊装程序同第二节。待钢筋笼整体焊接成型、入槽稳定后，用吊梁穿入钢筋笼最终吊环内，搁置在导墙顶面上。

2.2.5 混凝土浇注

浇注砼应具有良好的和易性，坍落度180～200 mm为宜，本项目选用商品砼。砼采用导管浇注施工，导管选用300 mm的圆形法兰盘接头导管，根据壁板桩的长度不同而采用三套导管浇注砼。

砼浇注的注意事项如下：①砼浇注前，观察水位情况、检查孔深和孔的完整性，确定无塌孔和过量沉渣现象，如发现则需进行清理；②预用砼前先测试其坍落度，并做好试块以备试验，在不更换供应商的前提下，坍落度第一车进行一次，浇注量的1/3、2/3时再分别进行一次，如发现有明显变化时需进行加测；③根据设计计算所需砼方量后方可灌注，灌注选用检验合格的导管，浇注前导管下口距离桩底应保持300～500 mm，浇注过程中导管埋深控制在1.5～6.0 m，以防泥浆混掺或埋管，严禁将导管下口提出砼面或横向移动导管；④下料时，用隔水球胆将混凝土与泥浆隔开，在浇注过程中要观测砼上升情况，平均每30 min测定一次，计算上升速度不小于2 m/h，砼面高差控制在500 mm范围内，浇注砼时，若运砼车较小也可采用两或三套导管同时进行，但各套导管处的砼面高差不得大于500 mm；⑤尽量保证混凝土连续不间断浇注，若不得已停歇，间歇时间一般不超过40 min，从浇注开始8 h之内必须完成；⑥浇注砼时，需在孔口加设盖板，以防止杂物掉入桩孔内；⑦当砼面距离桩顶较近时，要勤提勤放导管(运动幅度不超过300 mm)，同时降低浇注速度；⑧由于孔口砼会混杂渣土，影响砼强度，因此浇注高度应比设计值高500～800 mm，在浇注中应做好标记，以保证连续浇注到设计标高；⑨整个浇注过程，需做好相关记录，及时填绘浇注指示图，以便校对浇注方量。

2.2.6 壁板桩注浆

为了增大壁板桩总体承载力，宜在浇注施工对桩端和桩侧进行注浆加固。注浆之前，要选择有代表性的桩进行注浆试验，确定合适的注浆参数。宜在桩身混凝土初凝后(3～5天)，先注少量清水疏通管路，待桩体达到70%强度后再开始注浆，注浆量控制在3～6 m3。具体如下：①沿轴线方向预埋2根注浆管，注浆管采用直径为89 mm钢管，其长度超过桩长1000 mm，其底端用土工布封堵，在钢筋笼施工结束后对称固定在钢筋笼上；②注浆材料采用水泥单液浆，水灰比0.9∶(1.0～1.1)；③注浆压力控制在1.0～1.2 MPa，具体压力待第一次注浆试验后确定；④注浆流量控制在30 L/min，桩顶上抬标高≤10 mm。

3 施工质量控制措施

3.1 导墙的技术控制措施

导墙制作的好坏直接决定了壁板桩的施工质量和施工工期，根据本工程的特点和场地情况，导墙技术控制措施叙述如下：

(1)导墙施工范围内若存在软塑土体必须进行置换，置换范围应比导墙外边宽2 m以上，采用水泥与土拌合，分层压实。

(2)导墙施工范围内若存在障碍物应清理干净，可直接用挖掘机掏挖。

(3)导墙扎筋、支模过程中就应确保顶面水平，只有这样才能确保钢筋笼安装定位准确。

3.2 成槽技术控制措施

(1)选用优质膨润土制浆，应比常规泥浆高一个档次，可以确保护壁质量。

(2)成槽过程中派专人验槽，保证成槽深度准确。

(3)根据试槽情况和实际槽壁缩坍测量情况，调整抓斗厚度，以保证达到设计要求。

(4)加强计划安排，成槽完毕，即进入下道工序。

(5)成槽作业时，抓斗出入导墙口时要轻提慢放，防止泥浆动荡。抓斗上升时，及时补充合格泥浆，抓斗上升速度与泥浆补充速度相适应，并保持泥浆液面在导墙顶面以下300 mm以内，避免出现槽内泥浆下降过快而产生塌孔现象。

(6)为保证成槽垂直度，成槽机悬吊机具的钢丝索必须在导墙中心线上成铅垂状态，不能松弛。成槽工程中对垂直度进行跟踪观测，做到随挖随测随纠，确保垂直度不得低于1/300。

(7)成槽深度、垂直度在总包、监理验收后方可进行下一道工序的施工。

(8)清底时导墙上泥块要清理干净，严禁在清底过程中掉入槽内，清底过程中要轻提慢放。清底结束后需保证槽底沉渣厚度<100 mm，槽底泥浆密度<1.15 g/cm3，黏度18～25 s，pH 7～10。

3.3 钢筋笼制作安放技术控制措施

(1)严格控制制作场地的水平度以及桁架的焊接精度，严格按照规范要求制作钢筋笼。

(2)钢筋笼制作执行四检制，即预检、自检、互检和交工验检。

(3)钢筋笼须经监理验收后方可入槽，预埋件标高以钢筋笼笼顶标高控制。采用水准仪控制钢筋笼顶标高，在成槽完成后根据吊筋位置在导墙上分别测量出吊筋处四点位置的标高，再确算吊筋长度，以确保钢筋笼顶标高。

(4)起吊时必须使吊钩中心与钢筋笼重心相重合，保证起吊平衡。

3.4 水下砼浇注控制措施

(1)认真核对砼的配合比以及其流动性、和易性等性质符合设计要求后方可使用。

(2)应连续进行浇注，不可中断过长时间。

(3)浇注时保持砼面均衡上升，上升速度≥2 m/h。

(4)浇注过程中，要用探锤随时测量砼面标高并记录测量时间，用以计算砼上升速度、砼浇注量等数值。

(5)浇注过程中，导管埋入砼内的深度控制在2.0～6.0 m。

(6)砼浇注到设计桩顶标高以上不少于0.5 m。

3.5 夹渣及渗漏水预防措施

(1)清底时应严格控制进尺，每斗不应超过150 mm，防止泥块在砼中形成“夹心”现象。

(2)严格控制泥浆，不得使用黏度、密度、含砂率等参数超标的泥浆。

(3)钢筋笼下放后，应控制孔口荷载，以免超载扰动造成孔壁塌方。

(4)导管接头应采用粗牙螺纹和橡胶圈密封。

(5)首批灌入足够的砼，形成一定的冲击力，才能顺利把泥浆从导管口中挤出。

(6)如发生塌孔现象，应加大水头压力。

(7)若砼已凝固并夹层，应在清除后采取压浆补强方法处理。

3.6 漏浆预防及处理措施

(1)少量漏浆，如果是由于地质原因引起，可在泥浆中加入0.5%～2.0%的锯末粉作为防漏剂，搅拌均匀后继续成孔。

(2)突发的大量漏浆，若是由于槽壁中的先天孔洞，应马上停止施工，并加大孔内送浆量，以保持孔内泥浆面的高度；然后挖出导墙外侧对应位置的土体，查找漏浆源头进行封堵，待处理完成后才能继续进行。

3.7 钢筋笼下放问题的预防及处理措施

(1)导致钢筋笼难以下放的原因有很多，若无法准确到位，不能强行冲放，应缓慢提起，并及时查明原因。

(2)若是由于塌孔或缩孔，应进行槽壁修整。

(3)若是由于偏心浮力，可在另一侧增加配重加以平衡。

(4)若是由于大量塌方，应用黏土进行回填夯实后再成孔。

3.8 流沙层的施工应对措施

(1)熟悉流沙层性质，严格控制泥浆配比。

(2)严格控制桩顶动、静荷载，减小对孔壁的扰动。

(3)施工中打入该地层时，成槽机操作动作尽量减小，轻抓轻提，减小对该地层扰动。

(4)如出现流沙现象，应改善泥浆性能，可在泥浆中加入适量的重晶石粉和CMC以增大泥浆密度和提高泥浆黏度，增大孔内泥浆压力和形成泥皮的能力。

(5)根据实验桩的情况，当地下水对孔壁的渗入压力大时，可采用井点降水来降低地下水位。

3.9 卡钻的预防及处理措施

(1)钻进中将抓斗缓慢下放，避免泥渣淤泥积、堵死；若停止钻进应将抓斗提出孔外，钻进中控制好泥浆指标，防止塌方。

(2)若施工过程中抓斗卡死，切不可强行提出，可采用高压水或空气排泥的方法排除泥渣及塌方土体，再缓慢提出，必要时用挖竖井的方法取出。

4 结语

虽然地下连续墙存在施工费用高、施工难度大等问题和不足，但由于其具有防渗性能好、施工振动小、整体刚度大等其他工法无法比拟的优越性，应用前景非常广阔。地下连续墙的施工和管理有很多需要我们学习和探讨的地方，在今后的工作中我们会继续努力，争取把这方面的工作做得更好。