方桩和墙交错结合式地下连续墙“二墙合一”施工技术研究

2024-01-03宋茂兴SONGMaoxing

价值工程 2023年36期

宋茂兴SONG Mao-xing

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001）

0 引言

随着经济的快速发展，城市空间变得越来越紧张，因此三维城市空间已经被作为重要的自然资源进行开发。其中，地下空间的开发和利用成为了21 世纪城市建设的方向之一。同时，自80 年代以来，高层建筑的数量和高度都在不断增加，这也导致了大量深基坑工程的出现。尤其是进入90 年代后，大中城市的地价不断上涨，空间利用率也随之提高，出现了众多的超高层建筑，使深基坑工程向更大深度和更大规模的方向发展。而且，许多地下空间的开挖都位于建筑群密集的地区，这使得在建筑物或构筑物旁进行施工变得更加困难。这一切都使得深基坑支护施工的难度日益增大，但也促进了深基坑计算方法和施工工艺的发展。

针对上述问题，中国水利水电第十一工程局有限公司结合泰国MEA 孔提地下变电站项目，开展了《方桩和墙交错结合式地下连续墙“二墙合一”技术研究》，总结出《方桩和墙交错结合式地下连续墙“二墙合一”施工工法》，并在泰国MEA 孔提地下变电站项目、泰国曼谷拉差达至拉查普段地下通道项目得以应用，并取得良好的安全、经济效果。

1 工法优势

①采用按一定间距布设在地连墙内的方桩，做为地连墙的一部分，通过帽梁和主体结构梁板将方桩和地连墙刚性连接，墙体刚性大、整体性好。在地连墙承受外侧土、水压力时，起到了有力的反向支撑作用，可有效抵抗墙体位移变位。提高单次悬臂开挖的基坑深度，减少基坑内支撑的数量，进而节约周转材料的施工成本。②“二合一”地连墙具有挡土、防水的作用，同时墙底设置在隔水土层中，避免了排桩围护结构和降水井占地过多的缺点，同时避免因降水造成临近建筑物或管线的沉降变形。③采用“二合一”地连墙，通过主体结构最下层底板将主体立柱下方的工程桩连接成一个整体，同时加强地下各楼层与地连墙之间的连接构造，使得地连墙参与主体结构共同工作并满足正常使用要求。④方桩和墙交错结合式的地连墙能够承受较大的垂直荷载，可减少临近地连墙部位的工程桩数量或单桩承载力。⑤墙段接头采用CWS 接头方式，在CWS 接头板上固定PVC 橡胶止水带，在连续墙接缝处当混凝土凝固收缩时，会有非常好的密合性和止水效果，从而避免出现两幅墙间接缝位置出现渗漏水的现象。

2 适用范围

本工法适用于在城市建筑功能完善，基坑周围有既有建筑物和地下管线且对基础沉降和水平变形较敏感，施工场地狭小施工红线仅为建筑外边线，地连墙前期参与基坑支护后期做为主体结构承重墙的地下工程建筑物。

3 工艺原理

本工法在“二墙合一”施工中，根据地下变电站项目基坑平面尺寸的异形平面封闭形状，根据定型方桩布设位置、地连墙与主体结构的构造结合位置、施工场地及施工机械的参数对地连墙进行重新分幅，划分为“一”“Z”“L”型槽段；墙段接头采用CWS 接头方式，在CWS 接头板上固定PVC 橡胶止水带，在连续墙接缝处当混凝土凝固收缩时，会有非常好的密合性和止水效果，从而避免出现两幅墙间接缝位置出现渗漏水的现象；通过帽梁和主体结构梁板将方桩和地连墙刚性连接，墙体刚度大、整体性好，在地连墙承受外侧土、水压力时，起到了有力的反向支撑作用，有效地抵抗墙体位移变位。提高单次悬臂开挖的基坑深度，减少基坑内支撑的数量，进而节约周转材料的施工成本；先行施工的地连墙与地下主体结构之间采取合理、可靠的连接构造，保证地连墙参与主体结构共同工作并满足正常使用要求。

4 施工工艺流程

方桩和墙交错结合式地下连续墙“二墙合一”施工工艺流程见图1。

图1 方桩和墙交错结合式地下连续墙“二墙合一”施工工艺流程

图2 倒“L”形结构钢筋混凝土导墙

5 应用实例

本工法是以泰国MEA 孔提地下变电站项目为依托，占地面积1296m2，总建筑面积4860m2，项目结构为地下5层，地上局部1 层的框架结构，项目于2021 年10 月开工，至今主体结构施工完成。受既有建筑影响，项目布局紧凑，施工红线紧邻办公楼、住宅楼及交通支路，该项目采用方桩（1m×3m×51m）和墙（1m×3-6m×34m）交错布置形式的地下连续墙，通过优化改进地连墙间的的接头板设置、止水措施的布设、梁板与地连墙结合构造等，使得通过该工艺施工的地下连续墙在基坑开挖阶段做为围护结构，后期在主体施工阶段作为主体承重墙。

5.1 施工流程

5.1.1 划分方桩和墙交错布置槽段地下变电站为42.21m×31.4m 的异形平面封闭形状，首先根据平面尺寸、地下变电站主体结构构造建立模型，进行方桩和地连墙受力验算并选定方桩的布设位置，其次结合地连墙与主体结构的构造结合位置、施工场地及施工机械的参数对地连墙进行分幅，划分为“一”“Z”“L”型槽段。

5.1.2 导墙施工导墙的质量对地下连续墙的轴线和标高有着直接的影响，同时它也是成槽设备导向、存储泥浆稳定液位、维护上部土体稳定和防止土体坍落的重要措施。尤其对于将地下连续墙作为主体结构的项目，导墙更是保证垂直度的首要措施。

考虑到本项目的实际情况，决定采用倒“L”形结构钢筋混凝土导墙。施工时，在场地上分段沿地下墙轴线设置了龙门柱，以准确控制导墙轴线。使用反铲挖土机来开挖沟槽，并绑扎了钢筋。在浇筑混凝土时，需确保对称浇筑，并且强度达到70%后才进行拆模。最后，导墙顶面需铺设安全网片，两边设置栏杆和彩条旗，以确保施工安全。

5.1.3 泥浆针对方桩和地下连续墙的深度不一、贯穿地下土层条件不一致的情况，需结合前期钻孔灌注桩施工过程中收集的水文地质资料进行综合分析。在地下连续墙施工中，采用优质的膨润土制浆，形成了优质的泥浆。同时，根据不同深度的地质变化调整了配合比，使泥浆对不同深度的方桩和地下连续墙都具有良好的护壁效果。这是保证地下连续墙作为主体结构垂直度的第二个重要措施。

5.1.4 成槽针对方桩和墙交错结合相接形成高低墙，按照“先深后浅”即先施工方桩后施工地连墙的顺序，根据已划分的槽段长度与抓斗式成槽机的开口宽度，确定首开幅和闭合幅，保证成槽机切土时两侧邻界条件的均衡性，以确保槽壁垂直。方桩和地连墙施工顺序见图3。

图3 方桩和地连墙施工顺序

5.1.5 刷壁和清底由于成槽施工时，老接头上经常附有一层泥皮，会影响槽壁接头质量，发生接头部分渗漏水，所以在成槽结束后，应对相邻槽段端口全断面进行清刷除泥，确保接头无夹泥。刷壁应彻底，刷壁器上无泥后再刷2～3 次；闭合幅施工时，需另外增加刷壁次数，对于“二墙合一”的地连墙刷壁是保证地连墙面板平整度和不渗漏的关键步骤。

为保证地连墙后期做为主体结构承重墙竖向受力，应保证槽底沉渣清理质量，避免单幅出现超过设计要求的沉降或幅与幅间出现超允许沉降差。该工法一清采用沉淀抓除法，二清采用导管气举工艺清底完成泥浆置换，清底后检测槽底0.5～1m 以内泥浆指标。

5.1.6 CWS 新型接头针对方桩和墙交错结合分幅施工和“二墙合一”的墙体结构形式、受力特征和止水要求，墙段接头采用新型CWS 接头方式工艺。通过折线凹凸槽口连接，抗剪性能好；槽口内夹PVC 止水带增长了渗水途径，防渗漏性能好；同时还能够以该结构板为导轨进行相邻槽段的开挖，保证开挖垂直度。从而保证幅与幅通过凹凸槽结合形成整体的同时避免出现两幅墙间接缝位置出现渗漏水。CWS 接头如图4 所示。

图4 CWS 接头

5.1.7 较长方桩钢筋笼吊装方桩钢筋笼长度达51m，宽幅地连墙宽度达6m，为避免钢筋笼吊装过程中碰桩槽臂以及钢筋笼保护层的不均匀，进而保证地连墙做为后期主体结构墙体的面板平整度，针对不同深度和幅宽的地连墙设置横向和竖向桁架、剪刀撑等加强整体刚度的构造措施，合理进行吊点布置，并对吊点局部加强，钢筋笼起吊桁架应根据起吊过程中的刚度和整体稳定性计算确定。

把钢筋笼吊至施工槽段，调整钢筋笼位置及垂直度，对准槽段位置缓慢入槽并控制其标高。钢筋笼放置到设计标高后，用槽钢制作的扁担搁置在导墙上。

5.1.8 测斜预埋装置安装在钢筋安装的同时，进行测斜预埋管的的安装，结合基坑开挖受力分析，合理设置检测点。测斜监测适用于监测地下连续墙的垂直状况，即地连墙深层侧向位移状况。

5.1.9 混凝土浇筑为保证地连墙后期的防水效果，采用防水混凝土，现浇地下连续墙应采用导管法浇筑混凝土，混凝土设计强度等级如表1 所示。导管拼接时，其接缝应密闭，混凝土浇筑时，导管内应预先设置隔水栓。根据不同幅宽的地连墙布置1-2 根导管进行水下混凝土浇灌，当采用两导管同时浇筑时，保持混凝土顶面基本一致。

表1 混凝土设计强度等级对照表

5.2 地连墙监测分析

进行基坑监测的目的是为了检验“二墙合一”结构设计方法在深基坑中的应用是否安全合理。通过监测围护桩的水平位移和沉降等数据，与预警值进行对比，分析结构的稳定程度是否把控在合理的范围内。其中，监测围护桩的水平侧移和基坑周边沉降情况是观察“桩墙合一”技术应用后的效果的重要指标（如表2）。

表2 监测预警值

如图5 所示，在基坑开挖过程中，桩身水平侧移随着开挖深度的增加而逐渐增大。当开挖到基坑底部时，桩身侧移量达到最大值。这表明在基坑开挖过程中，桩身受到较大的侧向力，但侧移量没有超过预警值，说明该设计是安全可靠的。在底板浇筑完成后，桩身水平侧移相对于开挖时期发生了较大变化。特别是在基坑主体结构底板附近，桩身水平侧移最大值达到了21.8mm。这表明在底板浇筑完成后，桩身受到的侧向力仍然较大，但相对于开挖时期有所减小。监测数据均在合理的范围内，没有超过预警值。这说明该“二墙合一”设计后的围护桩在基坑施工过程中能够有效地保持稳定，并确保工程的施工安全和使用安全。