#字形钢接头在京沈客专京冀段十三标2号竖井中应用

尧在雨 周伏萍 李文鹏

(江西省地质工程(集团)公司，江西 南昌 330029)

1 项目概况

1.1 设计要求

京沈客专京冀段十三标地下连续墙工程共分为两段，其一为盾构始发站1号竖井，设计深度40 m，开挖深度24.42 m，采用1 m厚地下连续墙围护结构。其二为盾构接受站2号竖井，设计深度69 m，开挖深度41.046 m，采用1.2 m地下连续墙围护结构，是华北地区最深地下连续墙和最深竖井。此文主要阐述深度更深、难度更大的2号竖井。本连续墙为望京隧道2号井的围护结构，2号竖井位于马泉营西路西侧一片万亩造林林地范围内，周边比较空旷。竖井中心里程为DK22+700。2号井主要作为盾构接收井使用，在满足盾构接收需要的情况下，同时考虑隧道疏散、电力、环控、给排水等相关专业需要，设计竖井平面净空尺寸为36.6 m(垂直线路方向)×14 m(沿线路方向)，主体结构端墙及侧墙厚度0.8 m～2.0 m，设计基坑深度41.046 m。

基坑围护结构采用厚1.2 m的C30防水钢筋混凝土地下连续墙(在洞门预埋钢环范围内采用C20混凝土，并采用玻璃纤维筋代替普通钢筋，玻璃纤维筋向钢筋方向搭接，搭接长度不小于1 m)，抗渗等级P10，按照设计要求混凝土中须掺加微膨胀剂。设计连续墙底标高为-33.609 m，地面标高为35.45 m，成槽作业深度69.14 m。地下连续墙分幅接头位置采用φ1 800 mm超高压旋喷桩加强止水。

1.2 工程地质及水文地质

本区域地质主要以粘土、粉质粘土、粉细砂层为主，根据设计地勘资料显示：自地表以下地层条件分布为：0 m～-0.9 m为素填土；-0.9 m～-4.8 m为粉土；-4.8 m～-10.1 m为粘土；-10.1 m～-18 m为粉质粘土；-18 m～-24.7 m为粘土；-24.7 m～-28.4 m为细砂；-28.4 m～-30 m为粉砂；-30 m～-33.8 m为粘土；-33.8 m～-35.4 m为粉质粘土；-35.4 m～-39.7 m为细砂；-39.7 m～-44.6 m为粉质粘土；-44.6 m～-47.3 m为粉土；-47.3 m～-49.6 m为粉质粘土；-49.6 m～-51.1 m为细砂；-51.1 m～设计槽底深度依次为粉砂、中砂。

2号井地下连续墙身位于三层承压水含水层(含水层主要为粉砂层、细砂层)。该层地下水主要接受侧向径流补给及越流补给。

2 地下连续墙施工工艺

2.1 成槽施工工艺

由于本地区地层主要以砂层、粘土、粉质粘土地层为主，通过对本工程施工工期及地质条件分析，选择施工方案为“液压抓斗成槽工艺”(纯抓法)成槽。采用斗厚1 200 mm成槽。液压抓斗设备为金泰SG60。

2.2 地下连续墙接头形式设计优化

本工程2号井地下连续墙设计深度达到69 m，属于超深地下连续墙。按照设计图纸2号井地下连续墙钢筋笼采用工字钢接头，根据同类工程地下连续墙的施工经验，工字钢接头形式的两端工字钢刚性约束钢筋笼，首开幅钢筋笼呈刚性整体下放时，由于槽孔壁的硬性阻挡而无法顺利下放。当连续墙深度越大越容易出现卡笼现象，其下放的难度将急剧增加，很难下放至设计标高，处理难度较大，严重影响地下连续墙施工质量，钢筋笼重量达到110 t，吊装过程中存在较大安全隐患，由于地下连续墙成型质量难以保障，后期开挖过程中也极易发生质量和安全事故。

针对超深地下连续墙施工中存在工字钢接头刚性阻碍钢筋笼下放及卡笼的问题，公司科研团队和现场技术人员综合分析了目前几种主要接头方式的优劣比较，工字接头、Z字接头、半圆弧形接头等常规形式接头施工安装卡点多且水路短，施工质量和工程质量不易管控。#字形钢接头水路是其他接头水路近2倍，且施工质量有保障，但较之其他形式多了一个工序。为确保质量，决定将原设计工字钢接头优化为#字形钢接头，将设计书中钢筋笼与接头整体下放方案改进优化为先行下放#字形钢接头，当底部浇筑的混凝土凝固后再浇筑#字形钢接头。然后再开槽施工钢筋笼槽段。采用此施工工艺，接头与槽段钢筋笼由原来一个整体分成三部分分别施工，大大减少了单次钢筋笼吊装质量，由原设计单幅钢筋笼重量从110 t减少为88 t，吊装过程中大大减轻难度，减少不必要的安全隐患，钢筋笼刚度大大降低，下放过程对起重设备和地基强度极限的要求减少。图1是原设计施工顺序图，图2是原设计接头示意图，图3是优化后施工顺序图，图4是优化后接头示意图。

2.2.1#字形钢接头施工工艺流程

导墙施工→#字形钢接头段成槽→安放#字形钢接头→安放#字形钢接头空腔内下设导管→浇筑底部嵌固端混凝土→完成#字形钢接头空腔内混凝土浇筑。

1)导墙施工。导墙施工完成后导墙混凝土强度满足设计强度要求后，开始施工#字形钢接头。首先确定#字形钢接头的中心线位置，在导墙混凝土以醒目的标注以便识别。

2)#字形钢接头段成槽。成槽注意液压抓斗中心点对准#字形钢接头放线中心线位置开始开挖，开槽宽度2.8 m。当液压抓斗挖至设计槽底标高下1.5 m左右后停止开挖。

3)安放#字形钢接头。#字形钢接头加工时长度比设计槽深加长1 m，安设完成后#字形钢接头下端距槽底底部0.5 m，#字形钢接头呈悬空状态，#字形钢接头顶端与导墙采取临时固定措施固定。#字形钢接头安放完成后采用超声波检测#字形钢接头的垂直度，根据检测结果微调#字形钢接头垂直度，垂直度必须满足小于1/300的要求。

4)#字形钢接头空腔内下设混凝土灌注导管。导管直径选用168 cm，安放前要进行水密性试验。

5)浇筑底部嵌固端混凝土。嵌固端混凝土高度嵌固端混凝土不少于1 m。底部嵌固端混凝土浇筑结束后逐步均匀慢速拔出导管并及时回填#字形钢接头两侧土方略高于导墙墙顶高度。

6)完成#字形钢接头空腔内混凝土浇筑。#字形钢接头两侧土方密实后，底部嵌固端混凝土初凝前立即安装导管完成任务浇筑#字形钢接头空腔内剩余混凝土。

2.2.2#字形钢接头施工工艺要求

1)#字形钢接头加工。

#字形钢接头采用12 mm厚钢板加工，现场焊接加工而成，每隔2 m用10 mm厚钢板沿柱体周围每根加固，#字形钢接头长度不少于槽深，分三节组成。#字形钢接头接长在现场完成。#字形钢接头接长时用10 mm厚钢板，搭接钢板与柱体呈Z字形焊缝，即翼缘板焊缝水平位置不在一个水平面上，对接做法如图5所示。

2)#字形钢接头位置成槽施工。

a.定位开槽。

#字形钢接头槽段开挖长度2.8 m。先用红漆标注在每个槽段分幅位置，然后用电钻成孔并埋设固定钢筋头标记作为开槽中心点。分幅点位置允许偏差不大于10 mm。

b.成槽深度确定。

以#字形钢接头中心作为成槽机开挖定位的中心，根据导墙墙顶高程，确定本槽段的最少挖槽深度。

2.2.3#字形钢接头底端及固定

1)#字形钢接头吊装。

割除#字形钢接头底端1 m长度范围腹板两侧翼缘，用履带式起重机吊起#字形钢接头使其对正槽段中心后下沉柱形钢柱接头。柱形钢柱接头底端1 m嵌入槽底中，#字形钢接头下端离槽底0.5 m左右，将#字形钢接头顶端槽固定于导墙上，使整个#字形钢接头处于悬空垂直稳定状态。

2)#字形钢接头固定。

#字形钢接头安放完成后采用超声波检测柱形钢柱接头的垂直度，根据检测结果微调柱形钢柱接头垂直度，垂直度必须满足小于1/300的要求。

在#字形钢接头顶端四侧翼板上按照与导墙相对位置在工字钢切割4个开口，用型钢横架在导墙顶上。为防止#字形钢接头位移，导墙上膨胀螺栓通过足够强度的L形角钢固定连接柱形钢柱接头，再用10型号槽钢沿地下连续墙方向水平拉住所有#字形钢接头。#字形钢接头顶部与导墙固定如图6所示。

3)清除钻渣。

固定#字形钢接头后安装导管和槽孔清孔设备，采用正循环工艺清孔换浆。清孔时注意及时补充泥浆，#字形钢接头柱内腔泥浆面位置高于导墙下2 m标高。

4)#字形钢接头嵌固混凝土浇筑清孔完成后，浇筑约5 m3混凝土将#字形钢接头底端填充密实，且#字形钢接头底端埋入混凝土1 m内。浇筑完成后通过检查测量#字形钢接头内外混凝土面高差大小是否小于30 cm来判断#字形钢接头下端嵌固深度和嵌固程度。

5)#字形钢接头槽段回填。

#字形钢接头封底嵌固混凝土终凝后，使用挖机将黏土缓慢均匀地分别来回回填于钢柱两侧，回填高度略高于导墙面高程。回填过程中如发现槽内泥浆应及时回收，并通过除砂器过滤清除泥浆内各种杂质。

6)浇筑#字形钢接头内腔混凝土。

回填完成后浇筑柱形钢柱接头内腔混凝土，首先下设导管至浇筑#字形钢接头内腔底部，然后采用正循环方法清除底部泥浆沉淀，浇筑前浇筑#字形钢接头内腔沉渣厚度指标满足规范要求，再浇筑#字形钢接头内腔混凝土至设计标高。

2.3 #字形钢接头混凝土绕流质量控制点

1)出现混凝土绕流#字形钢接头情况。分析出现此问题的原因如下：a.#字形钢接头焊接存在问题。b.#字形钢接头底部嵌固后回填土方法存在问题。

2)#字形钢接头混凝土绕流解决方法：a.钢柱焊缝处需增加10×10角钢焊接加固，焊接位置呈“W”状错位焊接，此加固焊接方法能把中板和侧板完整的连在一起，最终形成一个整体。对内有混凝土浇筑时的膨胀力，对外有回填土的侧压力。所以此方法对内对外都能起到很好的固定作用，能防止混凝土绕流#字形钢接头情况。#字形钢接头加固方法见图7。b.因为槽深达到70 m，直接回填土至导墙面对钢柱的侧压力太大，可能会导致钢板变形或裂开。待#字形钢接头底部混凝土待凝固后，回填土应回填与浇筑混凝土同时进行，始终保持两侧回填土位高于混凝土面5 m左右，且回填土需用挖机和人工切碎、切散后再回填至槽内。

3 结语

地下连续墙的接头是一个实践性很强的施工工序，同时也是十分关键和重要的工序。它们直接影响到施工成本、施工工期及工程质量。#字形钢接头解决了在超深墙施工中钢筋笼安放困难，同时保证了地下连续墙接头不漏水及渗水。但是相对其他形式的接头增加了一个工序，这是今后要继续探索的地方，比如能不能用预制的钢柱代替现浇钢柱方式。