复杂工况环境下的地下连续墙施工

2019-01-05李慕涵上海隧道工程有限公司地基基础工程分公司上海201108

建筑科技 2018年3期

李慕涵（上海隧道工程有限公司地基基础工程分公司，上海 201108)

1 工程概况

上海市轨道交通 14号线黄陂南路站位于金陵路下，重庆南路以东、黄陂南路以西，为地下二层带单列位停车线侧式站台车站，与 1号线黄陂南路站通道换乘。地下连续墙厚度为 800 mm、1 000mm和 1 200 mm，深度为 32～70 m不等，接头设计形式为套铣接头、橡胶止水接头和 H 型钢接头。

黄陂南路周边建筑物众多，且紧邻基坑。北侧 13 层连云大楼距离车站基坑最近约 3 m，19 层金陵大厦距离车站基坑最近约 8 m；西端头井D1 基坑部分地下连续墙位于重庆南路高架下方，梁下净高约 20 m，桥台距离车站基坑最近距离约 2 m。

D1基坑部分位于重庆南路高架下方，开挖深度 18.571 m，采用深 34m和 39m的 1 000mm厚地下连续墙进行围护。

D2基坑开挖深度 17.032～17.096 m，采用深 32 m、厚800mm和深 47 m、厚 1 000mm的地下连续墙进行围护。

D3基坑北侧紧邻连云大楼，最近处仅 3 m，基坑开挖深度 17.039～17.32 m，采用深 47 m、厚 1 000m和深 36.5 m、厚 800mm的地下连续墙进行围护。

D4基坑一部分位于黄陂南路，基坑开挖深度 17.32～19.26 m，采用深 36.5 m、厚 800mm的地下连续墙围护。

本工程主要土层为黏性土、粉性土和砂土。对本工程影响最大的土层主要是黏质粉土夹粉质黏土层和灰色粉砂层。黏质粉土夹粉质黏土层埋深分别为 24.5 m、35.0 m，层厚分别为 10.5 m、9.0 m；灰色粉砂层埋深约 51.3 m，总层厚为 17.2 m。

以上土层为承压水层，具含水量高、流动性强等特点，影响地下连续墙成槽稳定性。

2 本工程主要风险点

14号线黄陂南路站位于上海市繁华的市中心，与周边建筑群距离近，部分车站结构处于重庆南路高架下，且地下连续墙穿越承压水土层，基坑环境保护等级为一级，因此本工程的主要风险点是地下连续墙成槽等施工对周边构筑物的影响。

（1）紧邻高 17 层的连云大楼地下连续墙施工风险。地下连续墙距离连云大楼最近处只有 3 m，地下连续墙的施工对连云大楼的安全构成危险。如果保护措施不到位，可能会造成连云大楼沉降开裂，甚至倾覆。

（2）净空只有 20m的高架下地下连续墙施工风险。本工程部分地下连续墙位于运营中的重庆南路高架下方，高架下方净空高度只有 20 m。地下连续墙施工过程中如何做到对高架的保护以及如何在净空受限的不利工况下施工地下连续墙，是本工程的另一主要施工难点。

3 施工关键技术

根据地下连续墙与周边环境的具体情况进行具体分析采取不同的应对措施，做到保证周边环境的安全与施工质量之间的平衡。

3.1 连云大楼保护措施

连云大楼高 17 层，下部基础为 450 mm×450mm的锚杆桩，与地下连续墙最近只有 3 m。大楼基础相对比较薄弱，地下连续墙施工对周边土体的扰动势必对大楼的安全构成影响。邻近地下连续墙深 36.5 m，厚 1 000 mm，采用GXJ 橡胶止水接头[1]。

地下连续墙正式施工之前，在地下连续墙的两侧采用TRD （Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method工法[2]，等厚度水泥土地下连续墙工法）对土体进行加固。TRD工法与传统的三轴搅拌桩加固相比具有连续性高的优势，同时还具有适应地层广、成墙质量好、强度高、安全性高等特点[3]。现场 TRD 工法加固厚度为 800 mm。TRD 工法加固示意见图 1，TRD 工法加固剖面图见图 2。

在 TRD 工法水泥土墙体 28 d 无侧限抗压强度≥1 MPa后即可开始地下连续墙的施工。由于 TRD 加固体对大楼周边土体的加固和阻挡，地下连续墙开挖时不会引起周边土体的塌方。

TRD 工法的施工精度为 1/300，选择 TRD 距离地下连续墙的两侧 10 cm 进行施工，防止 TRD 工法加固体侵入地下连续墙。

图1 连云大楼侧地下连续墙TRD工法加固平面示意图

图2 连云大楼侧地下连续墙TRD工法加固剖面图（mm）

3.2 重庆南路高架保护措施

黄陂南路站西端头井位于重庆南路高架桥下方，梁下净高约 20 m。高架主线采用Φ800mm钻孔灌注桩，距离西端头井围护结构最近处约 6.2 m；匝道采用Φ550mmPHC管桩，桩深 49 m，距离西端头井围护结构最近处约 2.1 m。如何在保证交通安全的情况下保证地下连续墙的施工质量，并确保高架桥的安全是最关键的问题。

3.2.1 桩基加固减轻地下连续墙施工对高架的影响

参照之前地铁线路穿越既有建构筑物和保护建构筑物安全的已有经验[4]，选择采用桩基加固的方式进行高架保护。

距离地下连续墙最近的两个承台下部均为 PHC 管桩基础。PHC 管桩存在上下节接头，抗剪切能力差，基础薄弱[5]。因此采用钻孔灌注桩对 PHC 管桩进行桩基加固[6]，用以加强承台桩基础，抵抗因地下连续墙开挖引起对周边土体扰动带来的影响。

桩基加固将原高架匝道承台 4 m×4 m×2m加大为 5.6 m×8.3 m×2 m，之后在承台区域做加固桩。加固桩采用 6根钻孔灌注桩，桩径为 800 mm，Y 1-2 桩长 52 m，Y1-3 桩长 47 m。桩基加固平面示意见图 3，桩基加固剖面图见图4。

图3 桩基加固示意图（mm）

图4 重庆南路高架桩基加固剖面图（mm）

3.2.2 低净空钢筋笼吊装

地下连续墙施工过程中须对运营中的重庆南路高架进行保护，同时低净空重庆南路高架也严重制约了地下连续墙钢筋笼吊放施工。重庆南路高架梁下净空只有 20 m，长度38.3m的钢筋笼无法整幅起吊下放，只能采取分节对接[7]的方式。

钢筋笼吊装是地下连续墙施工中一个承前启后的关键性节点，钢筋笼起吊下放的方式和时间，影响着地下连续墙的施工质量和周边的环境安全。现场主要从以下几个方面保证钢筋笼在低净空的高架下安全下放。

（1）设备合理选型、配置。D 1 基坑地下连续墙部分位于高架下方，因此设备选型时应整体考虑。结合黄陂南路站D1 基坑所有地下连续墙钢筋笼的吊放，采用副吊 100 t配合主吊 180 t 的组合。现场通过履带吊把杆长度的不同组合，既能保证高架外 48m深地下连续墙钢筋笼的吊装，也能保证高架下 38.3m深地下连续墙钢筋笼的安全下放。主吊把杆配置长度为 18 m，小于高架下的净空。

（2）缩短钢筋笼的起放时间。槽段的稳定与否直接影响地下连续墙的质量和高架的运营安全。钢筋笼吊放过程中，地下连续墙槽段处于暴露状态，只靠泥浆护壁保持槽段稳定。钢筋笼吊放阶段为槽段最不利的阶段，必须尽量缩短时间。影响钢筋笼吊放时长的主要因素是对接次数和对接的工作量。①对接次数：长度为 38.3m的钢筋笼根本无法在净空只有 20m的高架下方整幅吊放，必须采取分节对接的方式；钢筋笼分节的数量必须满足钢筋笼安全对接下放的要求和最少的分节数量来加速钢筋笼的吊放。为了达到上述两个要求，现场取消了钢筋笼扁担的设置，改为吊点钢丝绳直接悬挂于主吊吊钩，能使单节钢筋笼长度尽可能最长；②对接工作量：现场钢筋笼主筋采取机械连接的方式进行连接，根据 GB 5024—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》第 5.4.6 条规定，当受力钢筋采用机械连接接头或焊接接头时，相邻接头应错开 35d且≥ 500 mm。现场钢筋笼的主筋直径为 28 mm，根据要求相邻接头应错开Φ28 mm×35 mm=980 mm。钢筋笼分节的位置必须结合机械接头的位置综合考虑。钢筋笼分节的位置应位于钢筋笼机械接头最少的位置，减少对接的工作量，缩短钢筋笼吊放时间。

结合以上两点，现场将钢筋笼分成了 4 节，从下到上长度分别是 11.3 m、9 m、9 m、10 m。分节图见图 5。钢筋对接示意见图 6。

图5 重庆南路下地下连续墙钢筋笼分节示意图（mm）

图6 重庆南路高架下地下连续墙钢筋笼对接示意图（mm）

3.3 地下墙施工针对性措施

周边建筑物紧邻施工的基坑，最大的风险点是围护结构施工对建筑物周边土体的扰动。土体受到扰动后，原有的性质和结构将发生变化，会产生位移、滑移等现象。建筑物周边土体的变化，会影响建筑物的基础，从而影响建筑的安全。因此为了避免这样的情况，针对处理措施为以下 2 种。

（1）缩短幅宽，减少扰动。可以通过增加地下墙幅数，使得单幅槽段幅宽变小[8]。幅宽变小，槽段暴露的空间减小，对周边土体的扰动范围也变小。槽段幅宽变小，还可以缩短施工时间，减少槽段暴露的时间，有利于减少对周边土体的扰动。

（2）优质泥浆护壁提高槽段稳定性。选用性能稳定、指标优异的捷高优钻 100 复合纳基膨润土[9]来拌制护壁泥浆。钠基膨润土水化后的膨胀倍数为钙基膨润土的 10 倍以上。膨润土的小板与高分子聚合物之间的桥接作用，可在槽壁孔壁形成又薄又韧、致密的泥皮，降低了泥浆的流失，从而降低了对周边含水地层的扰动，使孔壁周边的地层尽量保持原状，防塌性能增强。优质泥浆护壁机理图见图 7。