超深地連墻施工工藝的研究

薛長遷

（天津第六市政公路工程有限公司，天津市 300190）

0 前言

隨著天津市軌道交通建設(shè)的不斷推進，越來越多的換乘地鐵車站開始建設(shè)。這些地鐵車站由于基坑開挖深度不斷加大，地連墻的深度也越來越大。超深地連墻由于墻身范圍穿越多道砂層，在施工工藝上較普通地連墻有很大區(qū)別，施工難度也加大幾倍甚至幾十倍，工程質(zhì)量很難保證。換乘地鐵車站深基坑一般緊鄰已經(jīng)運營地鐵車站，地連墻施工質(zhì)量的缺陷，將極大地增加后續(xù)降水及開挖施工的風險。

本文是以天津地鐵6號線紅旗路站主體圍護結(jié)構(gòu)超深地連墻的施工為載體，通過研究、改良現(xiàn)有地下連續(xù)墻施工工藝，在地層存在較多砂層且地下水位高的不良地質(zhì)情況下，保證超深地下連續(xù)墻成墻質(zhì)量，降低施工風險，并形成一套適用于天津地鐵超深地連墻施工的行之有效的技術(shù)管理辦法。

1 工程概況

天津地鐵6號線紅旗路站工程是天津地鐵6號線首批開工項目，為天津市重點工程。車站長160.5 m，結(jié)構(gòu)標準寬21.9 m，基坑深25.13 m，端頭井位置開挖深度達到26.88 m，地連墻的深度達到50 m。地連墻的標準幅寬度為6 m，鋼筋籠與地連墻等長，接縫采用十字鋼板鏈接，首開幅鋼筋籠的重量達到50 t，在吊裝過程中吊索吊具重約10 t。

2 超深地連墻施工工藝的研究過程及其重難點和應(yīng)對措施

2.1 地連墻接縫質(zhì)量直接影響圍護結(jié)構(gòu)的止水效果，保證超深地連墻的接縫質(zhì)量是施工控制的難點

總結(jié)了近年來基坑工程施工經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)在以往基坑開挖過程中，可查明的地連墻缺陷、滲漏一般發(fā)生在兩個部位，第一個就是地連墻接縫（包括與已完工工程的地連墻連接接縫），第二個就是異形幅的墻身，其中地連墻接縫滲漏占絕大部分。換言之，保證接縫施工質(zhì)量就可以有效地提高地連墻整體質(zhì)量。對此，進一步分析地連墻接縫滲漏的類型和形成滲漏的原因，發(fā)現(xiàn)地連墻接縫滲漏的形式有兩種：一種是接縫兩側(cè)地連墻垂直度良好，接縫間出現(xiàn)正常夾泥，夾泥寬度在30 cm以內(nèi)，夾泥原因為刷壁不到位、先施幅地連墻產(chǎn)生擾流混凝土等，產(chǎn)生的結(jié)果是在地連墻內(nèi)側(cè)出現(xiàn)陰滲和小滲漏；另外一種是地連墻垂直度差，在接縫處產(chǎn)生劈叉現(xiàn)象，產(chǎn)生原因為成槽控制差、鋼筋籠吊入槽內(nèi)時發(fā)生偏斜，這種情況產(chǎn)生的偶然性大，但產(chǎn)生后的危害也十分嚴重，容易引起基坑內(nèi)透水事故。

針對這兩種情況分別采取下列應(yīng)對措施。

2.1.1 創(chuàng)新工具、加強管理，保證刷壁質(zhì)量

傳統(tǒng)刷壁器采用型鋼焊接制作，用吊車配合靠重力上下刷壁。該工程地連墻較深，用吊車吊裝傳統(tǒng)配套刷壁器操作中難以在30 m～40 m深度范圍內(nèi)與地連墻接頭十字鋼板保持緊密連接，影響刷壁質(zhì)量，在目標地連墻接頭垂直度差，成陰角時更難以起到刷壁效果；且用配套刷壁器在47m深的范圍內(nèi)刷壁1個來回需要5 min左右，達到20次刷壁次數(shù)需用時100min，長時間涼槽風險很大。

針對這一難題，自制刷壁器，其形狀可有效地貼合十字鋼板，同時其通過機械連接可以固定在成槽機抓斗上，利用成槽機抓斗進行刷壁作業(yè)。應(yīng)用新工具后，刷壁20次時間可控制在1 h內(nèi)，這樣一來不僅有效地提高了刷壁效率降低了涼槽風險還保證了刷壁效果。此外，利用成槽的顯像糾偏功能，配合成槽機抓斗移動，新制刷壁器在接頭垂直度差成陰角時，也能做到到有效刷壁。

2.1.2 進行“超前”探抓，降低擾流幾率

通常，為應(yīng)對擾流的產(chǎn)生，一方面會在地連墻澆筑前，在地連墻接頭放入與地連墻等深接頭箱，接頭箱后回填石料，兩者配合頂住接頭鋼板，防止擾流產(chǎn)生；另一方面，在鋼筋籠加工時，在接頭端安放止?jié){鐵皮，混凝土澆筑過程中，止?jié){鐵皮受力膨脹，止住混凝土與接頭外部的聯(lián)系防止擾流產(chǎn)生。

但在超深地連墻施工過程中，這兩項成熟方法實施上會遇到較大困難。首先，止?jié){鐵皮加工要求較高，難以達到止?jié){效果；其次，超深地連墻施工過程中，出于接頭箱拔除的可操作性考慮，接頭箱無法放置與地連墻等深，在該工程中采取放置在35 m深度，其余深度回填石料的方法，但由于如此深度內(nèi)回填石料密實度難以保證，在實際澆筑過程中，這種石料加接頭箱的體系難以鎖住十字鋼板，地連墻底部擠脹力容易使地連墻底部發(fā)生偏移，產(chǎn)生擾流。

為了應(yīng)對這一情況，提出“超前探抓”的方法，即：在混凝土澆筑后，初凝后，終凝前，拔除接頭箱后，對接頭箱放置區(qū)域這一可能產(chǎn)生擾流的部位，進行抓槽作業(yè)，抓出擾流的混凝土，以及回填的石料，從而有效地降低擾流幾率。

2.1.3 選擇合適機械設(shè)備，保證成槽垂直度

液壓抓斗成槽機抓斗和成槽機是柔性連接的，抓斗的重力直接影響成槽的垂直度。在成槽過程中如遇到較硬的持力層，如果抓斗過輕就會產(chǎn)生往一側(cè)的傾斜。但如果抓斗過重，在成槽過程中成槽機的起重能力又將考驗成槽機的成槽效果。如果起重能力過小，就會出現(xiàn)“埋斗”的情況。綜合以上情況，在超深地連墻施工過程中綜合考慮選用抓斗自重大的雙卷揚系統(tǒng)的成槽機。另外，為控制成槽的垂直度，優(yōu)先選用糾偏功能強大的成槽機，在成槽過程中司機能通過顯示屏及時了解成槽情況并作出調(diào)整。

2.1.4 科學(xué)吊裝，降低施工風險，保證鋼筋籠入槽垂直度

鋼筋籠加工前，對鋼筋籠加工平臺進行復(fù)核，確保鋼筋籠加工平臺高程在同一平面內(nèi)。吊裝前確認鋼筋籠各穿杠位置是否在同一直線上，鋼筋籠入槽前，人工進行穩(wěn)槽作業(yè)，位置準確無誤后再下放鋼筋籠。

2.2 吸取教訓(xùn)，保證槽壁穩(wěn)定

在研究地連墻施工實踐中，出現(xiàn)了5次塌槽現(xiàn)象。對此，及時地對這5次塌槽的表象、原因進行了認真分析和研究，并根據(jù)塌槽的原因一一制定對策。

2.2.1 表象及原因分析

5次塌槽，對塌槽的時間進行分析，有2次發(fā)生在成槽后，3次發(fā)生在成槽過程中；對發(fā)生塌槽的部位進行分析，有3次發(fā)生在地面20 m以下的軟弱土層，有2次的塌槽部位發(fā)生在距地面10 m以內(nèi)淺層土，且沿成槽機坐落方向側(cè)的土層塌方程度要比其對應(yīng)側(cè)嚴重，進一步了解發(fā)現(xiàn)這兩次塌槽槽段所在區(qū)域表層土均進行過換填處理，塌槽前曾對泥漿進行檢測，檢測結(jié)果正常，對這兩次塌槽的原因經(jīng)過分析認為可能是回填土在受過往大型車輛的擾動下，與原裝土形成滑動面，導(dǎo)致塌槽。同樣在對另外三處塌槽進行分析時發(fā)現(xiàn)，這三處塌槽也有著相同的共性：（1）坍塌部位均位于砂層、淤泥層；（2）塌槽后，檢測回收的泥漿結(jié)果顯示粘度、砂率均正常，泥漿比重較大，泥漿PH值在10以上，接近或超過廢漿臨界值。可見泥漿的控制，以及地層本身性質(zhì)對槽壁穩(wěn)定度有著重要影響。此外，兩次成槽后發(fā)生的塌槽，與長時間晾槽也有一定關(guān)系。

2.2.2 對策分析與制定

2.2.2.1 對造漿進行嚴格管控

針對檢驗塌槽槽段泥漿PH值過高的結(jié)果，初步認為是泥漿自身穩(wěn)定性受到一定干擾，以致泥漿PH升高，出現(xiàn)離析沉淀，最終導(dǎo)致泥漿護壁效果下降。對此，分別對地下水，以及配漿材料進行檢查分析，并將配漿用水（地下水）送往實驗室分析其化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)：配漿用水（地下水）中陽離子含量較多，所配漿液在與土壤作用后，化學(xué)穩(wěn)定性較差，易發(fā)生離析現(xiàn)象。在接著的施工過程中，為避免這一現(xiàn)象，均采用自來水造漿，并對其他造漿材料進行嚴格保護，避免其受到外界污染。針對冬季施工期間，泥漿受氣溫影響穩(wěn)定性降低、活性差的特點，制漿作業(yè)在半封閉環(huán)境下進行，并對儲漿管進行加蓋保溫，在儲漿管內(nèi)部設(shè)置氣流管，利用空壓機每隔6 h向儲漿管壓入空氣，氣體在泥漿內(nèi)翻滾，保證了泥漿穩(wěn)定，不發(fā)生沉淀。

通過上述措施實施，可有效地保證新制泥漿在惡劣自然及地質(zhì)條件下的泥漿性能。

2.2.2.2 泥漿配比試驗

在泥漿大批量配置前，應(yīng)進行泥漿配比試驗，檢驗配比性能。泥漿配合比根據(jù)所選用的原料先行試配，再檢測各項指標，按檢測的情況適當增加外加劑，改善泥漿性能，使之符合要求。粘土使用在工廠已加入純堿的土粉來制漿，將CMC事先與水攪拌成液體，加入漿液。泥漿在循環(huán)使用過程中，配備專人檢查和管理泥漿，保證泥漿質(zhì)量，使各項指標達到規(guī)范要求。檢驗配比性能過程如下：配置泥漿后靜置在泥漿箱內(nèi)→每隔1 h檢驗?zāi)酀{性能（分別取泥漿管底部、中部、上部泥漿分別測試）指標→在1.5H（H為成槽開始至混凝土澆筑前所用的平均時間）后停止檢測。

通過檢測結(jié)果判定泥漿在未受干擾情況下各階段的性能指標，是否滿足成槽要求，泥漿是否能在成槽至澆筑這一時間段內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生離析。為了有效模擬泥漿工作環(huán)境，可以在試驗?zāi)酀{罐中，分批次添加地下水、泥土或水泥，檢驗方法同前者。

工程中實際采用的配合比如表1所列。

表1 新制泥漿配合比一覽表（1 m3漿液）

2.2.2.3 泥漿過程管理

在成槽過程中，派專人控制泥漿液面高度，使泥漿液面不低于導(dǎo)墻高度100 cm；每隔6 h分別對槽段內(nèi)及泥漿箱內(nèi)的泥漿進行檢驗，當遇特殊情況加大檢驗頻率。

檢驗內(nèi)容：

（1）槽段內(nèi)及泥漿箱內(nèi)泥漿性能指標（比重、粘度、含砂率、PH值）。

（2）槽內(nèi)泥漿液面高度（時時觀測，不低于導(dǎo)墻頂面50 cm)。

（3）泥漿箱內(nèi)泥漿儲備量（抓槽前不少于400m3，抓槽中泥漿量不少于200）。

此外，為保證用足夠的儲配泥漿應(yīng)付突發(fā)事件（跑漿等），在槽段開挖前，泥漿儲備量應(yīng)不小于需求泥漿量的2倍。

2.2.2.4 換填土加固

在地連墻施工前，需要清除影響施工部位的廢棄的市政管線，管線清除后在換填區(qū)域，為了防止換填土與原狀土間結(jié)合不緊密，在重載車輛行駛擾動下形成滑動面，導(dǎo)致塌槽，在換填區(qū)域?qū)吘壙梢赃M行攪拌樁處理，攪拌樁直徑800mm，樁與樁之間緊密連接，樁身深入原狀土層1.5 m為宜。

此外，成槽機在該區(qū)域作業(yè)時應(yīng)在履帶輪處加鋪鋼板，以減小重載對土層壓力，防止槽壁受到附加的側(cè)向土壓力而發(fā)生坍塌。

2.2.2.5 加快施工節(jié)奏減少晾槽時間

在第二階段地連墻施工實踐過程中，對成槽后至澆筑前這一時間進行了統(tǒng)計，這段時間大約有6～7 h，其中刷壁100 min（保證20次刷壁次數(shù)），成槽檢測30 min，吊裝120 min，接頭箱40min，導(dǎo)管40 min，混凝土供應(yīng)45 min。

通過刷壁方式及吊裝方式的改良，縮短了這兩個工序的工作時間，改良后刷壁用時縮短至60 min，吊裝用時縮短至60 min，使成槽后至澆筑前這一時間縮短至5 h左右。

2.3 科學(xué)實踐，改良吊裝方式

該工程地下墻鋼筋籠長度最長深度為50 m，鋼筋籠長度長，重量約50 t，采用整體吊裝法，一次起吊完成施工。根據(jù)鋼筋籠的重量，擬配置250 t和100 t履帶吊車各一臺，250 t履帶吊作為鋼筋籠起吊主吊機，100 t履帶吊配合起吊。

2.3.1 改良前吊裝方式

2.3.1.1 吊點布置

天津地鐵6號線紅旗路站地連墻工程中將鋼筋籠在地面焊接成型后用吊車整體吊起放置到地連墻槽段中。該工程最大鋼筋籠包含吊索吊具共計約60 t。吊裝時用250 t吊車主吊，100 t吊車溜尾?？紤]到鋼筋籠過長，在起吊過程中容易發(fā)生變形，起吊時250 t吊車吊鋼筋籠的6點，100 t吊車吊鋼筋籠的6點。

貴州中部長順蘋果產(chǎn)區(qū)雨水多光照差，建議套袋栽培，有利于果實著色，隔離藥劑，提高品質(zhì)。而威寧地區(qū)，紫外線強，果面光潔度較差，外觀品質(zhì)差，但能保證果實品質(zhì)，可根據(jù)市場需求選擇性套袋。建議有技術(shù)條件的區(qū)域進行無袋栽培。

鋼筋籠橫向吊點設(shè)置在0.25L處（L為鋼筋籠寬度）?？紤]到主吊承擔鋼筋籠重量較大，副吊承擔鋼筋籠重量較小，鋼筋籠縱向主吊吊點設(shè)置在距頂端0 m+9 m+9.5 m，副吊吊點設(shè)置在距離底端4 m+6 m+6 m的位置。

2.3.1.2 吊點的加固

吊點加固的U形鋼筋與下層主筋焊接，焊縫長度10 d，焊縫飽滿。每道焊縫必須經(jīng)過安全項目經(jīng)理和質(zhì)量管理人員，以及現(xiàn)場監(jiān)理人員驗收確認后方可進行吊裝。

2.3.1.3 吊裝過程簡述

250 t吊車組57 m主臂，100 t吊車組36 m主臂；規(guī)劃吊車行走路線，清理路線內(nèi)的障礙，確保路面平整吊車行走過程平穩(wěn)。起吊過程中吊裝指揮人員站在起重機側(cè)面，同時，要讓司機能夠看見的部位。吊車站好位后，分別按照前文所述掛吊裝索具，同時核算作業(yè)半徑無誤；100 t吊車先起鉤，當100 t吊車的荷載達到20 t時250 t吊車和100 t吊車同時起鉤。

試吊：兩車協(xié)作將鋼筋籠水平吊起，當鋼筋籠離開地面約0.5 m時2車停止起鉤，檢查吊車和鋼筋籠、吊裝索具和吊點位置及加強鋼筋有無脫焊的異常情況，以及吊點位置是否準確，通過主副吊上的滑輪調(diào)整繩子的長度，使得鋼筋籠在同一水平面上。通過試吊確定起重吊裝的重心是否設(shè)計準確，檢查籠子的剛度，并確定起重機在各狀態(tài)下的吊裝重量及其性能參數(shù)，并協(xié)調(diào)司哨及兩臺吊車操作人員操作一致。一切正常后，250 t吊車繼續(xù)起鉤，100 t吊車隨著250 t吊車的起鉤過程起鉤，在鋼筋籠與地面的夾角達到80°前100 t吊車的荷載應(yīng)基本保持不變；在250 t吊車起吊鋼筋籠的過程中250 t吊車保持作業(yè)半徑和主臂不動，100 t吊車隨著鋼筋籠的起吊和傾斜向前緩慢走車；當鋼筋籠逐漸立直時100 t吊車的荷載可以緩慢降低；當鋼筋籠接近垂直狀態(tài)時100 t吊車協(xié)助主吊將籠子穩(wěn)住不動后，并將荷載降低到零，同時摘鉤；鋼筋籠子由250 t吊車吊著鋼筋籠子緩慢移動，盡量保證籠子不得晃動，并在移動過程中通過晃繩控制，一直移動到目標槽段。鋼筋籠移到目標槽段時，通過人員微調(diào)以確保準確入槽。250 t吊車吊住鋼筋籠將其放置到地連墻槽段中，并三次倒繩摘鉤完成鋼筋籠的吊裝。

圖1為起吊高度計算簡圖。

圖1 起吊高度計算簡圖

2.3.2 改良后吊裝方式

改良后吊裝方式采用24點起吊法，沿鋼筋籠設(shè)置六排吊點（籠頭同一斷面分別于向土側(cè)及背土側(cè)設(shè)置兩排吊點），末排設(shè)置4個吊點，副吊吊點數(shù)減為2排，倒扣兩次完成吊裝。標準籠設(shè)置4道縱向桁架，每4 m設(shè)置一道橫向桁架，橫向桁架設(shè)雙排筋加固，鋼筋籠加工時為導(dǎo)管留出位置。

3 結(jié)語

工程伊始階段，該工程完成的12幅地連墻當中，經(jīng)過基坑開挖檢驗，有4條接縫出現(xiàn)滲漏，滲水率為33%。

經(jīng)過研究，總結(jié)施工經(jīng)驗教訓(xùn)，研究對策并實施，在后期施工的12幅地連墻只有1條接縫出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，地連墻漏水率為8%。驗證了研究成果的可行。該工程也被建設(shè)單位評為2011年度優(yōu)秀項目經(jīng)理部。