超深地下连续墙钢筋笼预制装配式连接技术的应用

李 操

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 试验工程

本试验工程位于上海市董家渡616地块项目，靠近黄浦江，地层环境及条件与深隧项目较为接近，考虑试验段施工所需设备、设施可利用性，地下连续墙施工试验段位置选择在天主教堂西侧G1区（图1）。

图1 试验段位置

为满足试验要求，对该处的地下连续墙墙幅分幅、钢筋笼及墙深进行了局部调整：

1）该处地下连续墙转角幅原厚1 000mm，考虑到试验槽段厚1 200mm，因此空开4 194mm后施工3幅试验段（图2），试验段具体参数如表1所示。

图2 试验段地下连续墙分幅

表1 试验段地下连续墙参数

2）本试验为原位试验，将原深40.1 m地下连续墙改为深120 m地下连续墙。因此上部40.1 m按照设计图纸的钢筋笼配筋进行制作，下部79.9 m安放构造钢筋笼，构造钢筋笼分2节，并与上部钢筋笼对接入槽。

2 工艺研究及制作流程

2.1 钢筋笼制作研究

本工程搭设钢筋笼制作平台，现场制作钢筋笼，平台尺寸55 m×10 m，平台用10#槽钢焊成格栅状，钢筋笼平台定位用经纬仪控制，标高用水准仪校正[1-2]。

根据设计的钢筋间距，在插筋、预埋件及钢筋连接器的设计位置画出控制标记，以保证钢筋笼和预埋件的布设精度（图3）。

图3 钢筋笼加工平台

为确保深120 m地下连续墙的钢筋笼能够完整下放，并且使上部钢筋笼满足载体工程后续的施工需求，根据钢筋笼的长细比验算，将整体钢筋笼分为3节制作、吊装，入槽后拼接。上部钢筋按照原设计图纸进行制作，中部、下部钢筋笼采用构造钢筋，经过计算后确定构造钢筋笼的配筋（图4）。

图4 超长钢筋笼分节吊装工况分析

一期地下连续墙钢筋笼的中、下部钢筋笼宽度为1 900mm，二期地下连续墙钢筋笼的中、下部钢筋笼宽度为2 600mm；主筋从受弯角度设计均为φ20mm三级钢筋，考虑纵向桁架吊装受力因素，吊点桁架采用φ25mm钢筋，因此对于后期的连接板，在不同面上其制作情况有所区别。

由于此次以试验为主，故钢筋笼制作过程中，需安装多种设备进行各方面的检测，以形成全生命周期三维动态监控技术。

2.2 钢筋笼连接方式研究

本次试验深120 m地下连续墙的钢筋笼长度达119.5 m，拟采取40.5 m＋40.0 m＋39.0 m的分节方式。钢筋笼对接可采用2种方式，即套筒连接、钢板螺栓连接。本工程分3节入槽，上、中、下部钢筋笼采用机械连接，其中上部与中部钢筋笼采用直螺纹套筒连接，中部与下部钢筋笼采用钢板螺栓连接（图5）。

图5 钢板螺栓连接示意

此连接部件主要由连接钢板、盖板及相应的上、下钢筋笼主筋装配而成，盖板与相应的连接母板采用螺栓连接，钢筋与连接母板双边角焊连接。经过焊缝抗剪、钢板抗拉强度验算，当钢筋为三级钢时，钢板厚度取20mm（0.7d，d为主筋直径），完全可以满足要求，但考虑到材料的合理利用，连接钢板的厚度取16mm，盖板厚12mm。同时通过等强度替换原则，采用2个高强摩擦型8.8级M20螺栓代替1根φ20mm三级钢筋，确保整个钢板螺栓连接装置处于安全范围之内[3-5]。

2.3 制作流程

一期地下连续墙钢筋笼的中、下部钢筋笼宽度为1 900mm，根据此钢筋笼的宽度放样，连接板采用同样的尺寸放样加工。由于一期钢筋笼迎土面、开挖面主筋共22根，上下排各为11根，然而根据设计要求，其中有4根是φ25mm的主筋。为了在现场钢筋笼制作完成后便于安装，且保证开挖面主筋在混凝土保护层范围内，即保证主筋在同一水平面，在钢筋笼开挖面制作时，其连接板需要断开拼装，在φ25mm钢筋安装定位处用托板焊接而成。

而对于迎土面钢筋，则直接将连接板放置于迎土面钢筋外表面，外表面主筋本身就处于同一水平面上，不需要考虑混凝土保护层的问题（图6、图7）。

图6 一期墙钢筋笼开挖面连接板

图7 一期墙钢筋笼迎土面连接板

二期地下连续墙钢筋笼的中、下部钢筋笼宽度为2 600mm，根据此钢筋笼的宽度放样，连接板采用同样的尺寸放样加工；由于二期钢筋笼迎土面、开挖面主筋共30根，上下排各为15根，然而根据设计要求，其中有4根是φ25mm的主筋，因此钢板安装要求同一期地下连续墙钢筋笼要求。

为了使连接板与盖板通过螺栓连接后能更好地与原有钢筋等强度，同时和现浇混凝土能够更好地形成密实的咬合力，在加工制作连接板和盖板时，在其上钻孔制作混凝土绕流孔，以提高其握裹力。

3 现场实施

常规钢筋笼采用直螺纹套筒连接、焊接、绑扎连接等方式，为探讨多种钢筋笼的连接方式，在试验槽段中部分采用钢板螺栓连接工艺，以验证此工艺的可行性。

本次对接工艺研究中钢筋笼长度达119.5 m，分3节入槽，如果采用电焊对接，则每根φ20mm的钢筋进行10d搭接焊，需要耗时10～15 min，在钢筋笼对接接头较多的情况下，对接一节钢筋笼仅焊接就需要2～3 h，因此本次试验钢筋笼对接时原则上采用快速接头进行施工，即上、中、下部钢筋笼采用机械连接，上部与中部钢筋笼采用直螺纹套筒连接，中部与下部钢筋笼采用钢板螺栓连接（图8、图9）。

图8 直螺纹套筒连接

图9 钢板螺栓连接

4 结语

按试验方案计划，本次试验段地下连续墙钢筋笼节间采用直螺纹套筒和装配式节点板2种连接方法。一期槽段钢筋笼对接接头设计数量20个，二期槽段钢筋笼对接接头设计数量32个，钢筋笼对接施工汇总如表2所示。

表2 钢筋笼对接施工统计

本次3幅地下连续墙实际施工过程中，除第2幅一期墙A2X-3第1～2节间采用装配式节点板外，其他仍采用直螺纹套筒，从A2X-3第1～2节间装配式节点板安装情况看，装配式节点板为工厂加工制作，精度相对较高，而钢筋笼为现场加工制作，精度较低，装配式节点板与钢筋笼拼装困难，安装耗时耗力，工效较低。但是装配式连接板的安装连接质量很高，其连接强度高于螺栓连接，且连接成功率达100%。在今后的连接方式研究中，将重点研究连接工效，使预制装配式连接技术在超深钢筋笼连接应用方面，实现既能提高效率又能提高施工质量的目的。