超深地下连续墙施工技术及控制

2024-05-19张汉卿ZHANGHanqing

价值工程 2024年13期

张汉卿ZHANG Han-qing

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100043）

0 引言

在城市发展进程中，地上空间是非常有限的，所以很多建筑项目开始大范围的开发地下空间。但是地下空间虽然大，但是存在诸多不确定性因素，受到地理环境、地质条件等多种原因的影响，施工难度相对较大，危险系数较高，对于施工技术的要求会更加严格[1]。特别是最近几年，我国交通事业发展速度越来越快，地铁成为了人们出行的主要交通工具，在建设过程中，施工技术的严格控制便成为了关键。当前地铁基坑围护结构施工环节以地下连续墙为主，考虑到施工要求，地连墙深度逐渐扩大，有些甚至超出了50m，现场施工各个环节都将面临着较大的挑战。目前关于此方面的研究还是比较丰富的，但是学者的研究大多数只针对某一层面进行分析，涉及面较窄，并且理论研究居多，技术研究仅占极少部分。基于此，本文以施工技术为研究的切入点，并且通过具体的案例，详细分析了超深地下连续墙施工中导墙、成槽、钢筋笼、混凝土浇筑环节的技术要点，在此基础之上给予了针对性的建议，目的就是为了从技术层面提出切实可行的方法与思路，促进交通领域建设项目高质量发展。

1 超深地下连续墙施工关键技术及计算公式

1.1 导墙环节

放样测样时以设计图纸为依据，将原路面破除，确保破除线保持顺直，其他位置也不能遭受破坏；为保证成槽机更好的成槽，可适当将土方边线向外扩展；通常情况下导墙施工环节布置的是C12@200 竖向主筯以及A12@200水平钢筋，搭接时使用的是绑扎的方法；木模板与木支撑、钢模板与钢支撑均可以作为支撑系统；浇筑混凝土之前要对模板稳定性进行检验，避免缝隙太大；浇筑时要对称，捣固时间隔0.5m，排出混凝土中的气泡；待混凝土强度大于70%时方可将模板拆除，上下道支撑可使用方木，导墙中回填的土方要进行压实处理；分幅线绘制于导墙顶部，单元槽段要合理编号，将每幅顶面标高明确，以便于钢筋笼安装时有充足的数据可以用来参考。

1.2 成槽环节

在成槽施工环节技术的关键节点是垂直度的明确，一方面要结合要求，另一方面要考虑到偏差，以1/300 为参考依据，地下连续墙垂直度计算公式如下所示。

此公式中的α 代表的是槽段长度系数；β 代表的是槽段深度系数；D 代表的是连续墙宽度；d 代表的是钢筋笼笼高；h 则代表的是连续墙设计深度，在实际情况过程中，可以结合工程实情进行取值。除此之外，槽壁稳定性也是成槽施工环节的重点，因为受到支护力问题的影响，槽壁极易出现不稳定情况，此时就需要在成槽施工之前验算稳定性，具体计算公式如下所示：

公式中不同的字母代表不同的指标，具体见表1 所示。

表1 成槽稳定性验算指标统计表

通过以上公式便可以看出，无论是将泥浆重度增大，还是将泥浆液面高度提高，都可以将槽壁稳定性增强，而且在成槽施工环节，最大限度降低开槽区域内大量物资的堆放，或者避免重车来回行驶，同样也能够降低槽壁变形发生的几率，对于稳定性的提高也有一定的促进作用[2]。

1.3 钢筋笼制安环节

地下连续墙使用的钢筋笼与结构墙体钢筋非常相似，以纵向主筋、水平分布筋、拉筋、桁架筋、剪力筋、吊筋等构成，整个钢筋笼体积较大，较重，对于制定与安装有着较高的要求[3]。其中H 型钢多以成品为主，也有部分施工方会选择现场制作与加工，此时就要严把材料这一关，同时还要做好焊缝处理；水平桁架筋和水平钢筋以及竖向桁架和主筋间连接时多使用焊接的方法；主筋间连接则使用螺纹套；水平钢筋和竖向主筋连接使用的是点焊法；主副吊起吊以后，空中操作时会慢慢转向由主吊将钢筋笼重量承担起来，副吊不再承重，主吊会将其缓慢吊入槽中。在吊装钢筋笼时要严控变形及弯曲问题，由于主吊与副吊间有着较大的挠度，所以可以通过电焊的方法将桁架钢筋、主筋、分布筋进行加固；同时还要强化首道吊点横向桁架；适当将纵向桁架数量增加一些；吊点部位调整过程中，主吊、副吊间距调整为规定距离；吊装进行转体环节要将主副吊移位到吊装合适位置，卸扣安装于吊点部位，对钢丝绳稳定性进行检查，水平起吊时，钢筋笼慢慢上升，待到达0.5m 的时候，对钢筋笼拆焊、变形情况检查；主吊吊钩继续向上升起，副吊结合钢筋笼距离地面的位置，给予主吊操作一定的辅助，速度要慢、要稳；如果钢筋笼被全部吊起以后，主吊进行旋转，副吊则调整为合适位置，直到钢筋笼与地面保持垂直距离；这时候可以将副吊和吊具间的连接拆除，撤离施工区域；而此时主吊仍然要继续操作，直至钢筋笼吊到槽段上方位置，平稳放置钢筋笼。

2 超深地下连续墙施工技术案例

2.1 工程概况

本次研究选取的案例为某车站标准段施工，本施工段属于湖沼相沉积平原地貌单元，上部为新近堆积的填土、湖沼上沉积的粘性土层和海相沉积的淤泥质软土层，中、下部为冲湖相、河湖相沉积的粘性土层、砂层及圆砾层，下伏基岩为下白垩统黄尖组凝灰岩。案例工程中底板埋深约16.7m，盾构井段底板埋深18.7m，标准段、盾构井段底板位于1-2 层淤泥，地基土压缩性高，易产生过大沉降量，地基土稳定性差，属不稳定地基，地基土均匀性较好，属较均匀地基。

2.2 地质水文概况

案例工程地质水文自上而下依次是碎石填土、索填土、粉质粘土、粘质粉土、淤泥质黏土、黏土。车站底板主要位于淤泥质黏土；地墙墙趾位于黏土、粉质黏土以及黏土间。不同的地质物理力学指标有所不同，具体见表2 所示。

表2 案例工程淤泥质黏土与淤泥粉质黏土物理力学指标对比

2.3 导墙施工

导墙按50m 分段施工，基础开挖采用人工配合挖掘机进行，开挖成型以后在基础底部铺设一层5cm 厚混凝土垫层，然后在垫层表面进行施工放样、钢筋绑扎、支立模板、浇捣混凝土、人工收面、拆模、回填、洒水养护。因成槽机的抓斗宽2.8m，同时由于分幅槽宽等原因，为确保地下连续墙成槽时能顺利进行以及转角断面完整，转角处导墙需沿轴线外放不小于0.1m。导墙施工时墙趾应插入未经扰动的原状土层中；T 字、Z 字幅导墙深度和钢筋应加强；导墙拆模后设置两档对撑，并向导墙沟内回填土方，以免导墙位移。

2.4 成槽施工

为了确保成槽过程中槽壁更加稳定，在使用成槽机开挖时，要一边开挖一边往槽段中及时补充泥浆，使泥浆液面始终保持在导境况顶面以下50cm 位置[4]。成槽施工中垂直度的把控是关键，使成槽机保持水平状态，由专人指挥，抓斗下槽准且稳，确保地下连续墙垂直度在1/300 以内。针对单元槽段施工采用三抓的方法，由两侧开始，挖至2.8m 宽以后挖中间槽壁位置。在两侧已经挖空以后要保证抓斗两侧均衡受力，必要时进行纠偏操作，确保成槽垂直度与要求相符。针对连接以及闭合槽施工时使用两抓的方法，单抓宽为2.8m，然后再未完成一抓操作，最大限度降低槽段暴露时间，避免出现塌方事件。具体的成槽顺序见图1 所示。图示中标注的数字代表的是成槽的具体顺序。

图1 地连墙单元槽段成槽顺序图（左为正视图，右为侧视图）

2.5 钢筋笼施工

地下连续墙在钢筋笼施工过程中要保证长度，必须在55-57m 间，素混凝土段处于钢筋笼下方7m 位置，钢筋笼厚度为1.06m，宽度则是5m。两侧保护层设置为7cm，每一个都要有相应的钢垫块，使用的钢接头为工字形状的[5]。钢筋笼上节是44m，下节是13m。同时在施工之前将现场打扫干净，准备充足的设备及工具。焊接钢筋笼的时候要以具体要求为依据，保证焊缝及长度达标。质量验收过程中要划分不同的类型，其中包括钢筋笼半成品、上下排钢筋、桁架、预埋件、整体验收等诸多内容。吊装施工时由专人负责对吊装参数检测，布置警戒线，提高安全系数。为保证吊装时更加稳定，合理设计吊点，使钢筋笼受力均衡，榀桁架数量要充足，弯曲位置还要增加加强筋，确保安全吊装。待每一个环节施工结束以后，由监理人员验收合格以后才能进行下一步操作。

2.6 混凝土浇筑

本案例使用的是强度等级水下C35 混凝土，抗渗性达到了P10。为了使地下连续境况能够达到较好的浇筑效果，混凝土和易性优势突出，进入泵中以后的塌落度保持在180-220mm 间。针对“一”字型槽槽段灌注时使用的是两支导管，首次浇筑时导管距离槽底0.5m 以内，开始灌注时装有混凝土的罐车会直接浇筑至槽口导管内；针对“L”字型、“Z”字型地下连续墙，综合考虑了混凝土液面要达到均匀上升的要求，灌注时适当增加了导管数量，确保液面最高和最低高差值在0.3m 以内。并做好相应的记发，保证施工达标。浇筑时混凝土面高度的探测使用的是测锤，以此来推算出混凝土中导管深度。施工时要考虑到环境污染问题，为此要及时处理溢出泥浆。槽口位置安装了盖板，主要是避免混凝土掉入。两个导管同一时间进行浇筑，混凝土面均匀升起。导管和混凝土液面保持2-6m 间距，连续性进行浇筑，间隔时间应该在30min 内，保证混凝土面升起的速度在3m/h 之内。浇筑混凝土时具体的施工要求见图2 所示。

图2 混凝土浇筑示意图

3 超深地下连续墙施工技术控制要点

3.1 结合地质条件，合理选择挖槽方案

超深地下连续墙施工环节涉及到的细节非常多，而且极易受到地质条件的影响，特别是在地质变化较大的情况下，施工现场有一些槽段土质坚硬，无形之中加大了难度，这也在很大程度上使得成槽精度大幅度降低。此时就要综合考虑地质条件，保证挖槽方案的合理性、可行性，一方面要制定抓斗挖槽方案，另一方面还要系统化的分析冲击成槽等情况，只有将多种情形有效结合在一起，做到深入分析，细致探讨，才能制定出更加合理的挖槽方案。

3.2 依据划分标准，细致划分槽段

划分槽段同样也是非常重要的，必须要根据划分标准。挖槽是按照一个个单元槽段进行挖掘的，在一个单元槽段内，挖掘机械可以挖一个或几个挖掘段。划分单元槽段就是将各种单元槽段的形状和长度标明在墙体平面图上，它是地下连续墙施工组织设计中的一个重要内容。单元槽段的最小长度不得小于一个挖掘段，即不得小于挖掘机械的挖土工作装置的一次控土长度。从理论上讲单元槽段愈长愈好，因为这样可以减少槽段接头数量，增加地下连续段的整体性和截水防渗能力，而且简化施工，提高工效。但是在实际工作中，单元槽段的长度又受到诸多因素的限制，必须根据设计、施工条件进行综合考虑。决定单元槽段长度的因素有：①设计构造要求。如墙的深度和厚度；②地质水文条件。当土层不稳定时，为防止槽壁倒坍，缩短挖槽时间，应减少单元槽段的长度；③地面荷载及相邻建筑物的影响。较大的地面荷载和高大的建筑物会增大槽壁受到的侧向压力，影响槽壁稳定性，这种情况下应缩短单元槽段长度，以缩短槽段开挖与暴露时间；④现有起重机的起重能力和钢筋笼的吊放方法。钢筋笼多为整体吊装，要根据施工单位的起重机械的起重能力，估算钢筋笼的重量及尺寸，以此推算单元槽段长度；⑤单位时间内混凝土的供应能力。一般情况下一个单元槽段长度内的全部混凝土，宜在4h 内（混凝土初凝前）浇筑完毕；⑥工地上具备的泥浆池容积；⑦混凝土导管的作用半径；⑧施工技术的可能性，连续操作有效工作时间等因素，其中最重要的是要保证一个单元槽段在挖掘、吊放钢筋笼和灌注混凝土期间槽壁的稳定性[6]。一般情况下，多采用2～4 个挖掘段（控槽机的一个最小挖掘长度作为一个挖掘段）组成一个单元槽段，长度多为4～8m，但也有取10m 甚至更长的情况。结合以上划分标准，一方面不会破坏到槽壁稳定性，另一方面也全面考虑到了建筑物周边环境、挖槽机类型等诸多因素，在有效执行标准的基础之上，才能最大限度降低接头数量的产生，促进施工效率、地连墙防水性、整体性的提高。

3.3 严格防止导墙开裂以及位移问题的发生

导墙施工的目的就是为了保证挖槽机操作时有足够的泥浆，避免槽口出现坍塌事件，使施工环节水平及竖直测量操作时可以作为参考的依据，同时也可以使混凝土管安装、挖槽机架设时提供支点。导墙施工关键在于降低开裂、变形、位移等问题的发生。所以在此环节要特别注意拆模以后将支撑体系架设于墙体上，这样可以在很大程度上确保混凝土具备一定的强度，并且一切重型机械设备不得在导墙周边放置或者停留。

3.4 准确把握地连墙钢筋吊装方案制定要点

地连墙钢筋笼尺寸的确定应该以单元槽段为依据，保证吊装方案制定以及实施的合理性、科学性的基础之上，使钢筋笼整体刚度满足要求。同时还要结合钢筋笼重量、起吊方式、吊点部位等诸多层面，将2 榀-4 榀纵向钢筋桁架、主筋平面斜向拉条设置在钢筋笼内部，主要是为了避免起吊操作过程中钢筋笼出现横向变形问题，或者在吊放于槽中的时候出现变形情况。

3.5 地连墙混凝土必须符合配合比设计要求

浇筑混凝土是地连墙施工中的重要环节，可考虑使用导管浇筑水下混凝土的方式，此方法和水上浇筑对比，前者调整了各项指标，保证了指标数值的合理性，与设计要求更加匹配。在施工环节，要以具体规范与要求为依据进行导管浇筑操作，以此来确保混凝土配合比的合理性。同时还要考虑到浇筑效果塌落度具备一定的流动性，以免发生离析问题，保证槽内基本均衡水平大幅度提升。也可将适量木质素磺酸钙添加至混凝土内，借助外剂作用，使混凝土和易性得到较好的改善，促进塌落度增加的同时，强度提升。