地下连续墙工法在某深基坑工程中的应用

2020-11-16张艳芬莫海军

四川建筑 2020年5期

张艳芬,莫海军

(1.广东科学技术职业学院建筑工程学院，广东珠海 519090； 2.中德工程有限公司，澳门 )

地下连续墙工法起源欧洲，1920年Augst Wolfholz提出理论启蒙，1951年意大利ICOS发展为具体实用工法，随后陆续推广到欧洲各国及南美、加拿大、日本、美国、中国等地，至今已有相当成熟的经验。澳门城区是世界上人口最稠密的地区之一，当地建筑多紧贴用地红线设置地下车库，为减小深基坑开挖对周边建筑及市政设施的影响，基坑支护设计及施工尤为重要，而地下连续墙作为当前主流深基坑开挖挡土结构，较好地解决了以上问题。

澳门某综合大楼工程设计采用地下连续墙及半逆作法方案，地下连续墙由台湾专业公司承建。在其施工过程中，单元分仓采用刚性连接而取消锁口管，泥浆护壁采用高分子聚合稳定液替代膨润土泥浆。本文详细介绍了相关工法，以供同类型工程参考。

1 工程设计及施工概况

综合大楼工程位于澳门下环街地段，地下三层，占地面积约2 500 m2，场地南北长90 m，东西宽35 m，呈木瓜形状。地面标高+2.5～3.0 m，设计基坑开挖底标高-10.1 m，局部最大开挖深度15.6 m。基坑周边紧邻市政主干道李加禄街及货仓街，四周既有建筑为40年楼龄以上之七层旧建筑，且基础状况未知。地下室外墙距路边市政管线为1.5 m，距离现有建筑4～10 m。根据岩土工程勘察报告，地下水位位于+1.0～1.5 m，主要土层以回填土及强风化花岗岩为主。设计方案采用0.60 m厚地下连续墙挡土，第一道水平支撑采用钢结构支撑，设置于+2.15m标高，地库一层及以下各层结构逆作，以楼面结构作为水平支撑。地下室施工期间，要求周边建筑物倾斜小于1/500，周边道路沉降小于25 mm。

地下连续墙施工包括施工前准备、辅助工程施工、连续墙单元施工。施工前准备主要进行施工规划、现场放样及施工大样图报批等；辅助工程施工包括导沟及场地硬化施工、稳定液储存池施工、弃土坑施工、钢筋加工场设置等；连续墙单元施工则包括坑槽挖掘、钢筋笼加工及吊放、水下混凝土浇筑等工序。

2 施工规划及单元分仓

地下连续墙施工单元按照接头形式可分为母单元(先作单元，两端为接头端板)、公单元(后作单元，两端为母单元)、公母单元(一端为母单元，一端为接头端板)三种，每一个施工单元都包括沟槽挖掘、钢筋笼吊放、混凝土浇筑等完整的施工循环。单元长度及划分要依据邻房位置及状况、地质状况、挖掘机械及方法、钢筋笼制作吊装以及施工流程所需工时等因素来决定。单元分隔过程中应考虑开挖机械刀法的经济性原则，通常母单元长度设定为2～3 m，公单元4～6 m，视工程状况适当调整，同时注意将单元接头位置与结构柱位错开，并避免转角单元规划为母单元。本工程共设置母单元23个，公单元23个，公母单元4个，其中转角单元5个，单元分割图如图1所示。

3 辅助工程施工

导沟构筑的好坏将直接影响连续墙施工质量，本工程导沟侧壁为200 mm厚钢筋混凝土结构，深度以不小于2 m或贯入原状土层0.2～0.5 m为原则，导沟内净空尺寸为650 mm，比连续墙设计厚度两侧各增加25 mm。在连续墙转角部位，导沟须配合挖掘机端部形状设置有突出角，突出部位以0.2～0.3 m为佳，见图2。导沟墙外侧须高于内侧50 mm，避免施工过程中稳定液外溢。另外，可在导沟内每隔10～15 m设置100 mm厚度素混凝土隔墙，起到支撑作用，以确保导沟内净空尺寸及导沟侧壁稳定性。

本工程稳定液存储池采用钢筋混凝土结构，存储池设置内隔墙分隔成逐级连通的六个小存储池，存储池与导沟之间通过管道连通，含有泥沙的稳定液通过挖掘机械泵回存储池，泥沙在存储池逐级沉淀过滤后，通过管道自流进入导沟，使之形成一个完整的水循环系统。

4 沟槽挖掘及开挖刀法

根据场地土特征，本工程施工采用CASAGRANDE-K3L双轮铣及MASAGO抓斗配合开槽。单元分割完成后，继而进行挖掘下刀位置及顺序安排。一刀尺寸以抓斗两端圆弧以内直线段距离为机械有效长度(2.5 m)，抓斗端部圆弧部分(0.1 m)称为称为无效长度，刀法分割以有效长度为计算标准。以下为两种典型区段的挖掘刀法。

图1 地下连续墙单元分割

图2 转角部位导沟设置

4.1 直线单元挖掘

直线单元挖掘通常由母单元及公单元交错进行。母单元开挖一般设置三刀，第一刀和第二刀为满刀，第三刀为铣刀；公单元开挖一般设置一至两铣刀，如图3所示。开挖时应密切注意机械之稳定平衡状态，尤其是铣刀时端部为已挖掘部分，须平衡分配动力，严格控制其垂直精度，避免侧向倾斜。

图3 典型直线单元挖掘刀法(单位:mm)

图4 转角公母单元挖掘刀法(单位:mm)

4.2 转角单元挖掘

转角位置可设置公母单元或公单元。若设置为公母单元，则其一侧为母单元，已完成挖掘及混凝土浇筑等相关工序，另一侧沟槽挖掘第一刀为满刀，第二刀为铣刀；若设置为公单元，则转角两侧全为母单元，已完成挖掘，通常按公单元长度进行一至两铣刀挖掘即可。如图4所示。

5 超泥浆稳定液护壁

为防止沟壁坍塌，抵抗土压及地下水压力，防止地下水渗出，沟槽内须以稳定液填充，本工程采用超泥浆稳定液(SuperPro PAA)，施工包装有桶装(高浓缩乳液)或袋装(粉末)两种。超泥浆稳定液主要成分为分子量巨大的高分子聚合物聚丙烯酰胺，在与水分子结合后产生膨胀并提高水的粘滞度，在挖掘面形成一层富有韧性的胶合薄膜，将土壤颗粒纵横胶结，起到防止开挖面坍塌、稳定沟槽的效果。

5.1 超泥浆稳定液的优点

与传统的膨润土相比，超泥浆稳定液具有较多优点：易于拌和，即拌即用，易于贮存；具润滑性，可减少机具磨擦，降低旋转的扭转力、磨擦力及黏附性，能提高机械钻掘速度及工作效率；分子结构带强阴性离子，将与土壤颗粒表面的阳离子吸附，包裹土壤颗粒，使之不易水解并凝聚变大，加快悬浮泥沙颗粒沉淀速度；槽底易于清理干净，基底沉泥少，有效减少甚至消除沉泥现象；深水取样含沙量小，浇筑混凝土不易产生包泥现象；钢筋上无残留泥浆及稳定液，不影响混凝土与钢筋之间的握裹力；多次使用无劣化现象，理论上可无限循环使用；无毒无污染，生态环保，废弃物简单处理即可直接排入下水管网，施工成本低。

5.2 超泥浆稳定液制备及质量控制

拌和水质中重金属含量将影响超泥浆使用功效，使用自来水拌和即可满足要求。若使用地下水，则要求重金属离子含量不超过0.04 %，酸碱度介于pH 8～pH 12之间。拌和时可将超泥浆稳定液(或粉末)缓慢倒入喷射式拌和管或者流速强的水流中即可。

使用超泥浆稳定液SuperPro PAA施工时，现场需配合之检验项目有下列四项：

(1)黏滞度：使用马氏漏斗器(Marsh Funnel)检验，建议粘滞度不小于32 s，其中黏土32～36 s，细砂34～40 s，粗砂40～50 s，砾石50 s以上。

(2)相对体积质量：使用泥浆比重器(Mud Balance)检验，正常值为1.03±0.01。

(3)含砂量：使用含砂量测定器(Sand-Content Set)检验，含沙量不大于1 %。

(4)酸碱值：使用石蕊试纸或酸碱值电测表检验。

由于超泥浆稳定液SuperPro PAA在挖掘过程中易遭地下重金属以及混凝土中的所含钙離子之污染，而影响超泥浆稳定液SuperPro PAA的功效，因此循环使用过程中，回收液须以纯碱处理，使重金属含量降低，使硬水变成软水，以恢復其最佳水质狀态。同时，必须维持酸碱值于pH 8～pH 12，以利超泥浆发挥最大活性。

5.3 超泥浆稳定液的废弃处理

超泥浆稳定液SuperPro PAA废弃处理时，可先用漂白剂，借着将酰酸氧化，使聚合物羧基产生反应而破坏其结构。2 h后再掺入硫酸铝(明矾)，使稳定液酸碱度值降低至pH 7.0左右，稳定液粘滞度随之消失，静置2 h沉砂将沉淀至贮存槽底，水质澄清后便可直接排入下水道中，或用于场地洒水除尘等，不会造成第二次的环境污染。

6 连续墙接头处理

本工程地下连续墙采用端板式接头，端板采用5 mm厚钢板压制成形，并预先开孔以便穿设连续墙水平钢筋。另外端板上满焊附着两条L50×5止水角钢，可有效增强连续墙单元接头抗渗性能。

施工过程中，前一单元的接头总会因为相邻单元开挖空置时间过久而附着泥屑，或者浇注混凝土时泥浆流入、产生水泥土胶体，或者接头钢筋附着淤泥，致使钢筋握裹力不足降低接头强度，因此施工时须重点对端板及接头钢筋进行清理。清理设备采用箱型钢及扁铁，箱型钢厚度0.25 m，宽度1.0 m，长度8 m，三面设置钢刷；扁铁厚度45 mm，其中一侧设置钢刷。接头清洗先以吊车吊运箱型钢冲击端板处的大型泥块或泄漏的水泥浆体，再以箱型钢另一侧的钢刷清理端板上附着的泥垢；端板处连续墙内外层狭小空间则先以扁铁进行进行冲击，再以扁铁侧的钢刷进行清理。

7 施工检测

7.1 基槽检测

地下连续墙基槽开挖过程中须以超声波测定槽壁精度及坍塌情况，检测设备采用日本Koden-604检测仪。各单元随挖掘深度中途检测1～2次，根据测试结果随时修正机械垂直精度及稳定液配比，以保证沟槽侧壁精准及减少坍塌发生。沟槽挖掘完成后进行最终检测，检测结果如图5所示。若检测结果出现较为严重的坍方情况，须在混凝土浇筑时采取预备措施，以减少后期处理难度。

图5 基槽检测结果

7.2 混凝土质量检测

为检测地下连续墙混凝土浇筑质量，除了留置常规的混凝土试块以检测其抗压强度和抗渗性能外，还须检测水下混凝土密实度与连续性，施工中常利用超声波检测(CSL)。在制作钢筋笼时预先埋设钢质声测管，声测管直径50 mm，管中间距1 m，底部距槽底300 mm左右即可，并以薄铁皮封底，连续墙内外侧各布置一排。超声波检测时声波发射端和接收端探头分别插入对角布置的检测管内，记录声波的接收和反弹信号，从而了解混凝土内部状况。若发现混凝土夹渣、断层等疑似缺陷，则可通过钻孔取芯进一步验证处理。

另外，连续墙内每2 m间距布置φ100 mm钢管，用于连续墙底界面取芯，检测连续墙底部混凝土质量以及界面沉渣状况，若出现较厚沉渣通常采用高压注浆进行补强处理。