一种水下混凝土浇筑导管提升装置在连续墙施工中的应用

龙家宇 刘自强 张凯

【摘要】城市更新是针对现有土地功能和资源利用不符合社会经济发展要求的情况，对现阶段的特定城市建成区实施综合整治、功能改变或者拆除重建的活动。在建筑工程施工过程中，地下连续墙、工程桩等地下暗挖工程施工需要进行水下混凝土浇灌。在水下混凝土浇灌工程中，混凝土第一灌是否能够顺利下管，关乎到后续水下混凝土作业是否能够继续施工，因此，在水下混凝土浇灌时，第一灌混凝土导管的距离施工孔底高度一般为0.3～0.5m，如果第一灌混凝土导管的悬空高度过高，可能会导致混凝土浇灌量不足以至于不能埋住导管，桩孔内的泥浆水从导管底口进入导管内，容易造成混凝土浇灌不连续，出现混凝土缺陷或者断桩塌孔现象;在水下混凝土浇灌过程中，混凝土导管一般需埋入混凝土中2～4m，导管跟随着混凝土高度上升而匀速向上拔出拆除，导管往往因为水下混凝土凝结速度快而导致拔出困难，因此一般需要采用吊车对水下筑混凝土浇灌导管进行起吊、安装、、固定、拔管以及拆除等作业，此类施工作业操作不方便，采用吊车进行施工对施工现场场地占用量大，经济不划算。

本研究通过采用水下混凝土浇筑导管提升装置，确保水下混凝土浇筑质量的同时又可以减少在水下混凝土浇筑过程中大型机械的高额费用，并且保证施工质量及安全。

【关键词】城市更新单元;水下混凝土浇筑;混凝土浇筑导管

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.04.033

1、应用概况

本工程类型为城市更新单元工程，项目位于深圳市罗湖区笋岗地铁站北侧;北临多层厂房，东侧为笋岗大厦，南侧为梅园路，临近地铁7号线笋岗站，西侧为在建的周和庄项目，项目红线距周和庄用地红线约35m。西侧紧靠本项目为市政道路及市政绿化，市政道路已建成，还未投入使用。市政道路被周和庄项目围入围挡内，后期作为临建用地，市政绿化地目前为中建科技工人生活区，双层箱式房，距用地红线约2m。。地块用地面积2801平方米。周边建筑物较多，主要为居民住宅楼、厂房及办公楼。场地周围管线密集，周边环境较为复杂，场外紧东侧一条道路，道路狭小且车流量较大，无法使用。周边距现有建筑物较近，周边市政排水系统较完善，暴雨时排水较顺畅。项目设四层地下室，整个场地原为厂房，现已拆除，地势较平坦，交通便利。基坑开挖深度为18.40～19.70m，支护周长约236.00m，基坑开挖面积约2484.30m2。基坑安全等级：所有剖面均按一级标准控制。坑顶2.0m范围内限值荷载不大于10KPa，2.0m外限值荷载不大于20KPa。基坑支护形式主要采用A800地下连续墙+三道钢筋砼内支撑，地下连续墙共45幅，止水帷幕采用地下连续墙，对连续墙接头的位置采用两根双管旋喷桩加强止水，连续墙内侧设置搅拌桩。地下连续墙施工区宽约15m，进场后平整、施工区场地，成槽机和起重吊车行走道路（15m宽）。地连墙在东侧（新村一路）导墙完工后施工部分槽段，待东侧地连墙施工完成后施工西侧（田西路）地连墙，西侧地连墙施工完成后进行北侧地连墙施工，最后对南侧（梅园路）地连墙进行施工。计划配备1台成槽机，配备6台旋挖钻机或冲孔桩机施工岩层的成孔，平均每天完成一幅，90天完成全部地下连续墙施工。内支撑立柱：D1.0m灌注桩，施工按基坑开挖、支护施工分区安排，在地连墙施工的同时施工，计划安排2台旋挖钻机跟随施工。水泥搅拌桩：D800@650大直径搅拌桩，安排1台水泥搅拌桩机在第一层土方开挖后跟随地下连续墙同步施工。基坑安全等级为一级。施工场地南北长约95米，东西宽约30米，面积约2800平方米，场地周边存在1栋高度约300米的超高层，距离施工场地约100米;存在1个深度约20米地下地铁站，距离施工场地约8米;存在1个开挖深度20米，南北长180米，东西宽50米的深基坑，距离施工场地约30米。场地周边环境条件复杂，综合确定基坑安全等级为一级。基坑开挖面积2484.30㎡，开挖周长236.00m。

场地周边施工情况较为复杂，施工场地地形呈狭小矩形，工程施工难度大。基坑支护形式全部采用800地下连续墙+三道钢筋混凝土内支撑，止水帷幕采用地下连续墙，对连续墙接头的位置采用两根双管旋喷桩止水，连续墙内侧设置搅拌桩。

地下连续墙混凝土灌注全过程采用水下混凝土进行灌注，传统水下混凝土浇筑第一灌混凝土导管的悬空高度一般为0.3～0.5m，在水下混凝土灌注过程中，导管需埋入混凝土中2～4m，导管跟随着混凝土高度上升而匀速向上拔出拆除，导管往往因为水下混凝土凝结速度快而导致拔出困难，因此一般需要采用吊车对水下筑混凝土浇灌导管进行起吊、安裝、、固定、拔管以及拆除等作业。结合本工程实际情况，传统水下混凝土浇筑会产生以下弊端：

（1）水下混凝土灌筑，第一灌至关重要，第一灌混凝土导管的悬空高度按照常规做法一般为0.3～0.5m，如果第一灌混凝土导管的悬空高度过高，可能会导致混凝土浇灌量不足以至于不能埋住导管，桩孔内的泥浆水从导管底口进入导管内，容易造成混凝土浇灌不连续，出现混凝土缺陷或者断桩塌孔现象;

（2）在水下混凝土浇灌过程中，导管需埋入混凝土中2～4m，导管跟随着混凝土高度上升而匀速向上拔出拆除，导管往往因为水下混凝土凝结速度快而导致拔出困难，因此一般需要采用吊车对水下筑混凝土浇灌导管进行起吊、安装、固定、拔管以及拆除等作业，此类施工作业操作不方便，采用吊车进行施工对施工现场场地占用量大，经济不划算。

（3）本工程施工场地有限，如若采用吊车进行混凝土浇筑时的导管提升作业，势必会堵塞施工道路，影响其他工序的穿插施工，耽误工期。

（4）水下混凝土导管提升时，导管需随着混凝土高度上升而匀速向上拔出，而吊车很难做到匀速提升，会间接影响混凝土浇筑质量。

（5）传统水下混凝土浇筑导管提升方法采用的人工及机械设备较多，增加施工成本。

（6）采用吊车进行导管提升作业时，导管有可能随着吊绳的晃动而产生偏移或者失稳，影响施工质量。

2、施工方法

此水下混凝土浇筑导管提升装置包括槽钢骨架平台，平台上设有提升装置，操作台，导管卡板。

槽钢骨架平台采用12号槽钢与8mm厚的钢板进行焊接，规格尺寸为3000×2000mm，槽钢之间焊接为单面满焊，槽钢与钢板之间为点焊。具体尺寸详见图1。

提升装置包括电动卷扬机、钢管门字架、三级配电箱。电动卷扬机采用4个M10螺栓固定或者焊接与平台上，卷扬机钢丝绳槽的中点与门字架上的滚轮线槽中点、导管孔口中点在同一直线上。钢管门字架采用直径150mm的钢管制作，钢管与平台满焊，并用两块150mm的等腰三角钢板增加焊接长度。钢管竖杆之间采用法兰盘连接，竖杆与水平杆满焊焊接，门字架水平杆中点设置一个滚轮作为钢丝绳受力轮。门字架设置与导管孔口位于同一直线。三级配电箱支架与平台采用焊接固定，配电箱用作给卷扬机供电，并为卷扬机提供用电安全保护装置。具体尺寸详见图2～4。

操作台作为操控卷扬机的装置，控制卷扬机的打开与关闭、正反向的运转。包括卷扬机开关、正反线路、双向开关。具体尺寸详见图2～4。

导管卡板是导管定位及固定导管的装置，包括合页钢卡板，导管孔口。当导管需要进行拼装或提升施工作业时，向上翻开卡板，使得导管拼装部位有足够空间进行拼装作业，当需要固定导管进行混凝土浇灌时，向下合上卡板，使得导管固定牢固，卡板下方应设置尺寸500×500mm的孔口作为导管孔口。导管孔口还应在卡板上切割一个直径300mm的圆孔，作为导管的固定位置。具体尺寸详见图2～4。

混凝土导管下放，卷扬机的钢丝绳穿过此设备上方的受力轮，钢丝绳通过卡环与第一节导管连接。此时，通过操控卷扬机的运转，带动钢丝绳下放，将第一节导管卡在导管卡板上，卸下与第一节导管相连的钢丝绳，钢丝绳通过卡环与第二节导管连接，将第一节导管上部与第二节导管下部连接。重复上述步骤，直至混凝土导管下方完成。

混凝土导管提升，待最下面一节导管混凝土面浇筑完成后，通过操控卷扬机的运转，带动钢丝绳收缩，在上方第一节混凝土导管完全拔出后，将上方第二节导管上端卡在导管卡板上，将上方第一节导管拆除后，钢丝绳通过卡环与上方第二节导管连接。重复上述步骤，直至水下混凝土浇筑完成。

3、施工原理

卷扬机钢丝绳槽与门字架受力轮、导管位于同一水平线上，钢丝绳通过卡环与导管连接，通过操控卷扬机正反向的运转，带动钢丝绳收或者放，使得导管提升或者下降。

4、施工优势

以往水下混凝土浇筑时，导管提升一般使用传统方法，使用吊车配合施工，本方法相较于传统施工方法，有以下几点优势。

（1）水下混凝土灌筑，第一灌至关重要，第一灌混凝土导管的悬空高度按照常规做法一般为0.3～0.5m，如果第一灌混凝土导管的悬空高度过高，可能会导致混凝土浇灌量不足以至于不能埋住导管，泥水从导管底口进入，导管内出现涌泥，混凝土被污染，降低了强度，造成夹层，引起渗漏，继而影响到混凝土的各项性能;而采用此方法，可通过下方导管的数量推测出导管的悬空高度，以此保证水下混凝土浇筑质量。

（2）在水下混凝土浇灌过程中，导管需埋入混凝土中2～4m，导管跟随着混凝土高度上升而匀速向上拔出拆除，导管往往因为水下混凝土凝结速度快而导致拔出困难，因此一般需要采用吊车对水下筑混凝土浇灌导管进行起吊、安装、固定、拔管以及拆除等作业，此类施工作业操作不方便，采用吊车进行施工，容易引起导管拔出过度，泥浆被挤入管内，影响工程质量，且吊车使用费用较高，经济不划算。本方法设备较为简单，且易操作，节约施工工期及成本。

（3）本工程施工场地有限，如若采用吊车进行混凝土浇筑时的导管提升作业，势必会堵塞施工道路，影响其他工序的穿插施工，耽误工期。此方法设备占地面积相较于吊车占地面积较小，不会阻塞道路，可方便其他工序穿插施工。节约施工工期。

（4）水下混凝土導管提升时，导管需随着混凝土高度上升而匀速向上拔出，而吊车很难做到匀速提升，导致混凝土在水下离析，浇筑不均匀，造成混凝土夹层，开挖后可能会引起渗漏。此方法钢管提升速度由卷扬机钢丝绳提升速度决定，卷扬机提升速度均匀，可使混凝土浇筑均匀，提高施工质量，也可减少后期因渗漏引起的返工，节约施工成本，提升施工质量。

（5）传统水下混凝土浇筑导管提升方法采用的人工及机械设备较多，增加施工成本。且吊车占地面积较大，不利于狭小场地使用，且只能单根混凝土导管浇筑作业。此方法采用的设备较小，可以在辖下的场地内施工，一台设备只需两人就可以操作完成，且可以多台设备同时运转，节约施工工期。

（6）采用吊车进行导管提升作业时，导管有可能随着吊绳的晃动而产生偏移或者失稳，影响施工质量。而本方法混凝土浇筑导管卡板，可有效固定混凝土浇筑导管，保证混凝土浇筑质量，减少因质量问题引起的返工，节约施工成本，提升施工质量。

结语：

随着城市经济的高速发展，城市中很多原建筑物已不能满足人们的生产生活需求，越来越多的城市更新单元工程应运而生。水下混凝土灌筑，第一灌至关重要，第一灌混凝土导管的悬空高度按照常规做法一般为0.3～0.5m，如果第一灌混凝土导管的悬空高度过高，可能会导致混凝土浇灌量不足以至于不能埋住导管，桩孔内的泥浆水从导管底口进入导管内，容易造成混凝土浇灌不连续，出现混凝土缺陷或者断桩塌孔现象。在水下混凝土浇灌过程中，导管需埋入混凝土中2～4m，导管跟随着混凝土高度上升而匀速向上拔出拆除，导管往往因为水下混凝土凝结速度快而导致拔出困难，因此一般需要采用吊车对水下筑混凝土浇灌导管进行起吊、安装、固定、拔管以及拆除等作业，此类施工作业操作不方便，采用吊车进行施工对施工现场场地占用量大，经济不划算。而此混凝土导管提升装置很好地解决上述问题。运用此提升装置可有效提升施工质量、节约工期及节约施工成本。此提升装置对同类及相似工程水下混凝土浇筑有一定的借鉴指导价值。

参考文献：

[1]王炜兵.桩基水下混凝土灌筑施工质量要点控制[J].科技创新导报，2019，16（11）.

[2]汤自超.水下混凝土浇筑方法及冲坑修补工程施工工艺[J].陕西水利，2015，（S1）.

[3]赵明时.水下混凝土灌注中的质量问题成因分析及对策[J].水运工程，2019，（05）.

作者简介：

龙家宇，性别：男，1995年出生，现有职称：助理工程师，中建二局第一建筑工程有限公司项目技术员。