超深地下連續(xù)墻施工

李慧霞,鹿群,原建博

(天津城市建設(shè)學院天津市軟土特性與工程環(huán)境重點實驗室,天津300384)

地下連續(xù)墻以其整體性好,剛度大,施工噪音小,防滲性能好等優(yōu)點,越來越多地被用于超深基坑工程中。由于城市地下空間逐步向大尺寸、超深的方向發(fā)展,地連墻技術(shù)也隨之向超深超厚的方向發(fā)展。與此同時,由于各地地質(zhì)條件的差異,以及不同的工程要求,超深地下連續(xù)墻施工中出現(xiàn)了很多技術(shù)難題,需要借鑒成功的施工經(jīng)驗,不斷學習新技術(shù),確保經(jīng)濟性和安全性的有機統(tǒng)一。

1 超深地下連續(xù)墻及其應(yīng)用

地下連續(xù)墻作為支護結(jié)構(gòu)和止水帷幕,按穩(wěn)定性驗算,軟土地層中,嵌入基底以下的深度一般接近或大于開挖深度即可滿足要求?；滓韵峦翆游锢砹W性質(zhì)較好時,嵌入深度還可大大縮短。但很多工程中地連墻需要隔斷坑內(nèi)外潛水及承壓水的水力聯(lián)系形成可靠的隔水邊界,因此在原來的基礎(chǔ)上增大入土深度。比如天津津塔工程以及天津站交通樞紐工程中,設(shè)置超深地下連續(xù)墻都為了滿足隔斷第二承壓含水層的需要[1-2]。

深度超過40m的地下連續(xù)墻,施工時成槽垂直度、槽壁穩(wěn)定、接頭止水等的難度較一般地下連續(xù)墻大,本文暫定為超深地下連續(xù)墻。

我國早在1993年小浪底工程中,用作壩基右側(cè)防滲墻的地連墻深達81.9m[1];2007年建成的武漢陽邏大橋采用了深62m、厚1.5m的地連墻;穿黃工程的地連墻深達76.6m[3];上海世博500kV變電站的地下連續(xù)墻深57.5m;上海軌道交通4號線采用了65.5m深的地下連續(xù)墻[4];2007年擴建的天津站交通樞紐,地下連續(xù)墻深至55m[5];在建的天津市文化中心地下連續(xù)墻深66～70m,目前為天津軟土地區(qū)最深。國外以日本發(fā)展較為迅速,日本東京灣橫斷道路工程中,研究開發(fā)了3.2m厚,深達170m的超大型地下連續(xù)墻施工技術(shù);日本建設(shè)省關(guān)東地方建設(shè)局外郭放水路立坑,地下連續(xù)墻深達140m[6]。

2 超深地下連續(xù)墻的施工要點

2.1 成槽垂直度的控制

成槽垂直度不僅關(guān)系到鋼筋籠的吊放及整個地下連續(xù)墻工程的質(zhì)量,而且影響超深地下連續(xù)墻的受力性能,對其后期的變形和位移也有不可忽視的影響。建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50202-2002)[7]規(guī)定：地下連續(xù)墻作為永久結(jié)構(gòu)時,垂直度需達到1/300。而對超深地下連續(xù)墻的垂直度,國家規(guī)范目前沒有明確的規(guī)定,王衛(wèi)東等認為,工程中一般要求達到1/600[8]。

施工工藝由單一的工法向多種工法相組合發(fā)展。天津站交通樞紐工程中,采用液壓抓斗順序成槽的施工工藝[5];上海世博500kV變電站地下連續(xù)墻[9]施工采用“抓銑結(jié)合”的工法,成槽效率提高,且垂直度滿足要求;上海軌道交通9號線R408標中間風井,地連墻深49m[10],采用鉆挖結(jié)合、二鉆一挖的施工方案,以導(dǎo)孔的垂直度控制成槽垂直度,效果理想;武漢陽邏大橋地連墻施工考慮到土層條件較復(fù)雜,采用純抓、純銑、鑿銑相結(jié)合的施工方法,成槽垂直度控制較好。

2.2 槽壁穩(wěn)定性的改善

超深地下連續(xù)墻施工中經(jīng)常發(fā)生槽壁坍塌事故,對人身和財產(chǎn)安全造成了不可估量的損害。因此,槽壁穩(wěn)定性的改善成為一個重要的技術(shù)問題。工程施工中,一般對軟弱土、埋深較淺的松散地層提前加固,成槽之前試成槽,控制泥漿液面與導(dǎo)墻頂?shù)木嚯x,合理控制泥漿重度等。

當需穿過較厚的砂層時,由于其透水性很強,容易產(chǎn)生管涌、流砂等。可采用優(yōu)質(zhì)泥漿護壁,適當?shù)奶岣吣酀{的黏度指標,或者考慮采用超級泥漿SM[2]。

2.3 接頭處的止水措施

接頭處的止水性能對超深地下連續(xù)墻正常使用階段的性能影響很大,工程實例表明,可采取以下幾個措施提高接頭處的止水性能。

超深地下連續(xù)墻一般采用防水性能較好的剛性接頭。十字板接頭(如圖1所示)、工字鋼接頭、H型鋼隔板式接頭[9]等剛性接頭水流路徑長、防水性能較好,且能夠較好地傳遞應(yīng)力,在超深地下連續(xù)墻中應(yīng)用較多。

前期施工完成的槽壁泥皮必須清理干凈,保證高質(zhì)量的刷壁效果,否則很容易導(dǎo)致接頭處接觸不好,外露處混凝土滲水。

在每個槽段的接縫位置內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土壁柱,以延長接縫位置的滲流路徑,外側(cè)采用高壓旋噴樁加固,增強接縫位置處的止水性能。在地連墻內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)襯磚墻和導(dǎo)流溝,疏排結(jié)合,確保地連墻在正常使用階段的止水功能。

3 新材料新工藝的應(yīng)用

3.1 GFRP筋在超深地下連續(xù)墻中的應(yīng)用

Glass-Fiber-Reinforced polymer(玻璃纖維增強聚合物,以下簡稱GFRP)是一種新型纖維復(fù)合材料。GFRP筋輕質(zhì)、抗剪能力較低,越來越多地代替普通鋼筋在盾構(gòu)機掘進部位地下連續(xù)墻中應(yīng)用。盾構(gòu)機切削采用普通鋼筋的地連墻時,對刀具損壞較大,施工效率低,且容易引起土體的坍塌,安全性和經(jīng)濟性都得不到保障。而GFRP筋以其獨特的性能應(yīng)用在地連墻盾構(gòu)穿越區(qū),既不過大影響地連墻的受力性能,又使得盾構(gòu)機進出洞時直接切削地下連續(xù)墻掘進,尤其在超深地下連續(xù)墻中應(yīng)用較多[11]。但GFRP筋抗彎變形能力較弱,無法進行焊接等加工,也致使其在施工過程中有諸多難點。

1)GFRP筋與普通鋼筋的連接[11-12]。GFRP筋置于地連墻鋼筋籠的最下端時用鋼絲綁扎即可滿足要求,但若下部還有鋼筋,鋼絲綁扎連接過于薄弱,采用鋼絲繩卡扣連接。通過選擇合理的卡扣數(shù),能夠提供足夠的拉力,更安全合理。

2)GFRP筋的吊裝。為了保證整體剛度,一般在鋼筋籠內(nèi)插入特制的桁架、鋼管、槽鋼等,防止折斷。桁架須保證鋼筋籠穩(wěn)固,還應(yīng)拆卸方便,能夠重復(fù)利用。

3)GFRP筋變形和內(nèi)力的監(jiān)測。其彈性模量只有普通鋼筋的25%左右,應(yīng)加強對其變形的監(jiān)測。通常采用貼應(yīng)變片的方法監(jiān)測內(nèi)力和變形。

3.2 新工藝在超深地下連續(xù)墻中的應(yīng)用

我國08-09年從日本新引進的TRD工法,主機液壓馬達驅(qū)動鏈鋸式切割箱分段連接鉆至預(yù)定深度,水平橫向挖掘推進,同時在切割箱底部,注入挖掘液或固化液,與原位土體強制攪拌,形成水泥土地下連續(xù)墻,也可插入型鋼以增加地連墻的剛度和強度。

TRUST工法施工地下連續(xù)墻[6]。采用液體護壁進行開挖,將挖掘出的土砂全部置換,清渣后向溝槽內(nèi)填充止水材料,構(gòu)造出超薄止水壁式連續(xù)墻。該工法采用專門的挖槽機械,并配有高精度位置管理系統(tǒng),挖掘深度達150m。通過改變墻體充填物的性能,可使止水墻體的滲透系數(shù)控制在10-6～10-9cm/s以內(nèi),對于含砂層較厚的土層有很可靠的止水保障,較普通止水措施更加有效。對我國地連墻施工有很強的借鑒意義,也為超深地下連續(xù)墻未來的發(fā)展提供一個較好的研究方向。

CRM工法[6]與普通鋼筋混凝土地連墻施工技術(shù)相似,但挖掘出的大部分土砂被制成混合漿體,重復(fù)利用。形成的墻體等厚,內(nèi)插型材比較靈活,從而大幅度提高墻體的剛度和強度,以達到增大槽壁穩(wěn)定性的目的。

4 超深地下連續(xù)墻的監(jiān)測和檢驗

超深地下連續(xù)墻屬超深隱蔽工程對周圍環(huán)境影響較大,應(yīng)做好監(jiān)測工作。墻身側(cè)移和周圍環(huán)境的監(jiān)測是超深地下連續(xù)墻監(jiān)測的重點,應(yīng)確保監(jiān)測值低于相關(guān)規(guī)范規(guī)定的警戒值,并對變形和內(nèi)力做出正確的預(yù)測。此外,墻段完成后,對墻身質(zhì)量進行檢測,可采用鉆孔取芯法或聲波投射法。聲波投射法不但可以檢測墻身質(zhì)量,還可以檢驗墻身混凝土強度。目前,深處墻身質(zhì)量檢驗的報道很少,建議收集相關(guān)資料加以分析研究,以便采取有效措施保證超深地下連續(xù)墻墻身質(zhì)量。

5 結(jié)論

1)超深地下連續(xù)墻可用于軟土、砂土、卵石及高水位的地基中,在不同地質(zhì)條件下,應(yīng)選擇不同的設(shè)備、施工方法、接頭形式,以保證成槽垂直度、槽壁穩(wěn)定性和止水的要求。

(2)相對于采取施工措施提高超深地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性和止水效果,改善墻體本身的性能更有效。

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