上軟下硬地層地下連續(xù)墻施工技術(shù)

杜 魁，余小國

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北武漢 430072)

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層建筑越來越多，應(yīng)運(yùn)而生的深基坑工程也越來越多。這些深基坑工程大多位于建筑物密集的城市中心，施工條件受到了諸多限制。為了減少深基坑施工給周圍臨近的建(構(gòu))筑物、道路、地下管線等帶來不利影響，深基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型尤為重要［1］。地下連續(xù)墻由于施工振動小、噪聲低、墻體防滲效果好、整體剛度大、對周圍土層擾動小等優(yōu)點(diǎn)，成為位于建筑集區(qū)的深基坑工程的優(yōu)先選擇，在實(shí)際工程得到了廣泛的應(yīng)用。本文以武漢鈺龍金融廣場深基坑地下連續(xù)墻為施工實(shí)例，介紹了本工程地下連續(xù)墻的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

鈺龍深基坑形狀近似菜刀(圖1)，地下室外墻總面積約10 655 m3，周長463．4 m。裙樓及地下室區(qū)域開挖深度為-19．1 m，主樓區(qū)域普挖21．1 m，電梯井區(qū)最大開挖深度達(dá)26．1 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了800 mm厚的地下連續(xù)墻，墻體最大埋深為50 m，墻底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖深度≥1 m?；庸こ讨車h(huán)境復(fù)雜，東側(cè)為24F中信銀行大廈，南側(cè)為建設(shè)大道(武漢地鐵7號線盾構(gòu)正在建設(shè)大道下施工)，西側(cè)為30F湖北省銀監(jiān)大樓，北側(cè)為另一正在施工的基坑，其開挖深度為12 m左右，另有一條高壓線從北側(cè)兩工地之間穿過。鈺龍基坑地下連續(xù)墻作為截水防滲、擋土以及結(jié)構(gòu)外墻“三墻合一”的結(jié)構(gòu)，對施工的質(zhì)量要求高。地下連續(xù)墻墻面垂直度≤1/300，局部突出≤100 mm，成槽深度不小于設(shè)計深度。

圖1 基坑周圍環(huán)境圖Fig．1 Environment map of surrounding foundation pit

2 基坑工程水文地質(zhì)條件

根據(jù)場區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘察報告，基坑開挖深度內(nèi)的地質(zhì)條件及土層特征分布如表1。

上層滯水主要賦存于第一層雜填土中，無統(tǒng)一水面，主要由大氣降水、地表水和生產(chǎn)、生活用水滲入補(bǔ)給，勘察期間測得其穩(wěn)定水位埋深為0．9～1．8 m?？紫冻袎核饕x存于(4)～(6)層砂類土中，與長江水有水力聯(lián)系，其上覆粘性土層及下伏基巖為相對隔水層。

3 施工難點(diǎn)

本工程地下連續(xù)墻在基坑施工時起著擋土和止水作用，所以對墻體質(zhì)量、垂直度與防滲性要求高。地下連續(xù)墻深50 m(圖2)，結(jié)合工程地質(zhì)條件，墻體需穿過48 m以上土層，并進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖≥1 m，屬施工難度較大的穿軟土嵌硬巖的地下連續(xù)墻施工。

(1)地下連續(xù)墻成槽深度大，由于施工中需要穿過48 m以上土層且嵌入強(qiáng)風(fēng)化泥巖中，成槽設(shè)備的選型和泥漿調(diào)配是保證成槽是否成功以及槽壁穩(wěn)定的關(guān)鍵。

(2)槽段之間的接頭處，不允許有滲水漏水現(xiàn)象，否則對基坑施工非常不利，甚至引發(fā)一連串的安全事故。

(3)由于鋼筋網(wǎng)片全長約49 m，底部構(gòu)造段配筋較少，為保證安全吊裝，施工時采用了兩節(jié)起吊，在槽口對接好后整體下放。為確保順利安放鋼筋籠，對地下連續(xù)墻槽壁的垂直度要求高。

(4)軟土深度達(dá)7．1～9．7 m之厚，在軟土中成槽垮孔塌方的可能性較大，需切實(shí)做好現(xiàn)場質(zhì)量管控工作，如泥漿性能、導(dǎo)墻埋深、成槽工序及重型設(shè)備行走路線等。在地連墻施工前，先對地連墻槽壁兩側(cè)用三軸攪拌樁進(jìn)行了槽壁加固，防止成槽過程中出現(xiàn)垮孔塌方事故。

4 地下連續(xù)墻接頭設(shè)計方案選型

采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)成敗在于接頭設(shè)計，按其接頭型式一般分為柔性接頭和剛性接頭兩大類，柔性接頭以接頭管為代表，剛性接頭型式主要有工字鋼接頭、十字鋼板接頭和V型鋼板接頭等(圖3)。

接頭管型式屬于傳統(tǒng)地下連續(xù)墻施工接頭型式，其造價相對便宜，即在網(wǎng)片下放前(或灌注槽段混凝土前)，在槽段的端部預(yù)插一根直徑略小于槽寬的鋼管(即接頭管)，隨著混凝土澆筑后初凝慢慢將接頭管拔起來，使端部形成半凹榫形接頭。在實(shí)際施工中，槽段拼接處易形成滲流通道，導(dǎo)致墻體漏水，且凹榫形接頭易形成錯位，對接頭質(zhì)量影響非常大。而剛性接頭很好地解決了以上兩個問題，所以，剛性接頭正在逐步替代柔性接頭，特別是在超深地連墻中的應(yīng)用［2］。

工字鋼接頭、V型鋼板接頭、十字鋼板接頭地下連續(xù)墻施工工藝相似，只是接頭型式的改變，加長滲流通道的方式不一樣。就目前來說，工字鋼接頭施工工藝較為成熟，V型鋼板接頭和十字鋼板接頭連續(xù)墻止水效果較好，但接頭清理相對麻煩，且制作工藝上相對復(fù)雜，故本項目采用了工字鋼接頭。

圖2 地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)對比圖Fig．2 Contrast diagram of formation and supporting structure

圖3 三種剛性接頭型式Fig．3 Three kinds of rigid joint types

(1)剛性接頭減少了接頭管起拔工序。本公司施工的南國中心地連墻采用了傳統(tǒng)接頭管工藝，施工過程中遇到了大量的接頭管下放及起拔難題。因接頭管直接與混凝土接觸，起拔接頭管的時間往往很難控制，過早則容易造成混凝土坍塌，影響接頭質(zhì)量;稍晚，又可能造成接頭管起拔困難，甚至造成埋管事故。而剛性接頭施工中，省去了接頭管起拔的工序，規(guī)避了接頭管起拔風(fēng)險。剛性接頭也可配合使用接頭箱，這樣處理以后接頭質(zhì)量更好，此時接頭箱已通過鋼板與混凝土分離開，因此接頭箱起拔相對容易，且開挖面以下可以采用砂包充填，施工很安全。

(2)剛性接頭止水效果好。本公司前期施工的老浦片地連墻采用的是接頭管工藝，開挖后出現(xiàn)滲水問題，后期處理非常麻煩。地下連續(xù)墻抗?jié)B漏的作用尤為重要，在鋼板接頭處加入了止水鋼板，無形中增長了水的滲流路線，并把施工接頭由單一弧線變成了不規(guī)則曲線，增加了止水效果。在前期施工的幾個基坑項目中都得到了很好地證明:復(fù)興路地鐵站地連墻(工字鋼)、武漢天地B4B5地塊地連墻(工字鋼)等項目都取得了較好的止水效果。

(3)剛性接頭有利于相鄰槽段的銜接。在本公司所施工采用接頭管的地連墻項目中均出現(xiàn)了接頭不齊、錯位的現(xiàn)象，但是剛性接頭施工過程中，由于止水鋼板具有一定的導(dǎo)向性，所以相鄰槽段銜接較為順直，不易開叉、錯臺。

(4)剛性接頭可以應(yīng)用于超深地連墻中。采用柔性接頭施工，由于接頭管的起拔困難，所以一般不用于超深地連墻施工，本公司曾經(jīng)在南國中心地連墻等超深基坑中應(yīng)用了接頭管接頭，施工過程中接頭管起拔非常困難，造成多幅接頭管埋管事故，后期開挖處理非常棘手。而剛性接頭由于混凝土被鋼板隔開，不需要接頭管，不存在接頭管起拔問題。

(5)采用傳統(tǒng)柔性接頭工藝的地連墻因接頭處為素混凝土或者含鋼量較小，槽段與槽段之間聯(lián)系較小，不能使地連墻形成有效整體，基坑抗變形能力較小。而剛性接頭每幅墻接頭處均設(shè)有鋼板及其它能夠有效連接的元件，使其形成了一個整體，能有效抵抗基坑變形。

(6)剛性接頭較好地銜接下一施工程序，節(jié)約總工期。剛性接頭省去了接頭管下放及起拔的工序，每幅槽段可節(jié)省約6—8 h的施工時間。由于應(yīng)用剛性接頭的基坑基本不會滲水，減少了后續(xù)堵漏等工序，直接進(jìn)入下道工序，有效地節(jié)約了工期［3］。

基于以上考慮，鈺龍基坑地連墻采用了工字鋼剛性接頭。并在基坑外側(cè)接頭處施工了3根高壓旋噴樁，以再次加固地連墻接頭處。

5 地連墻主要施工工藝

根據(jù)對上述地下連續(xù)墻施工難點(diǎn)的分析，借鑒現(xiàn)有地下連續(xù)墻施工技術(shù)，對地下連續(xù)墻施工的成槽、鋼筋網(wǎng)片的吊裝、刷壁與清底、混凝土澆筑等幾個主要工序進(jìn)行重點(diǎn)控制，保證地下連續(xù)墻工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

5．1 泥漿性能

泥漿號稱鉆井的“血液”，在地連墻施工中占有重要的地位。泥漿具有懸浮鉆渣、穩(wěn)定孔壁、冷卻鉆具等作用。地連墻成槽時間較長，一般從開孔至澆筑完成至少需要20 h，長時間的槽壁暴露非常容易造成孔壁坍塌，引發(fā)重大質(zhì)量事故。隨著時間的推移，部分懸浮的鉆渣也會逐漸下沉，最終沉槽底。為避免上述情況的發(fā)生，一般需從源頭上解決，如采用優(yōu)質(zhì)的原材料，科學(xué)的配比，施工過程中隨時監(jiān)測泥漿性能，及時補(bǔ)充新鮮泥漿以改善泥漿性能，確保泥漿隨時滿足規(guī)范要求。

此外，地連墻單幅槽段泥漿方量約250 m3，若考慮同時成兩個槽段，新漿池、儲漿池、回收池內(nèi)至少需要儲存1 000 m3泥漿，再加上管線循環(huán)系統(tǒng)，在原來就緊張的場地內(nèi)占用了大量場地，也是對現(xiàn)場文明施工的巨大考驗。

5．2 槽壁加固

鈺龍金融廣場深基坑采用進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，周邊高樓林立，地連墻外邊線距離周圍建筑物最近處距離僅1．1 m，若不采取措施加固，出現(xiàn)塌方，后果不堪設(shè)想。北側(cè)及西北側(cè)老民房，基礎(chǔ)較淺，若槽壁塌方較容易引發(fā)房子倒塌;東西兩側(cè)房子均為高層建筑，基礎(chǔ)采用樁基，若發(fā)生槽壁坍塌極易引起重大質(zhì)量事故。為最大限度減少地下連續(xù)墻開挖對周圍建筑物的影響，在施工地下連續(xù)墻前先行在基坑周圍有建筑物的區(qū)域施工Φ650 mm三軸攪拌樁用于槽壁加固，其加固深度為22 m。

5．3 采用“兩鉆一抓”成槽方法

由于本項目地連墻需進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖≥1 m，根據(jù)勘察報告和現(xiàn)場實(shí)際，使用了液壓抓斗和旋挖鉆機(jī)組合成槽的方法，即“兩鉆一抓”的成槽方法。即旋挖根據(jù)槽段幅寬和抓斗斗體寬度，先在預(yù)定位置施工引孔，再用抓斗抓取兩個引孔槽段土體成槽。采用該方法旋挖可以先行引孔，不占用成槽時間，與抓斗不存在作業(yè)面交叉問題。同時，引孔對抓斗取土可以形成兩個臨空面，大大提高了抓斗取土效率，根據(jù)鈺龍項目實(shí)踐，每幅槽成槽可以節(jié)省約3—4 h。

采用“兩鉆一抓”成孔方法，槽壁垂直度主要由引孔垂直度決定。旋挖成孔垂直度較高，抓斗只需沿引孔往下取土。若旋挖引孔過程中發(fā)生垂直度較差時，應(yīng)及時利用旋挖設(shè)備自動調(diào)整垂直度，尤其在進(jìn)入巖層時，要特別注意放慢成孔速度，確保軟硬地層交接處的成孔垂直度［4］。

旋挖引孔因根據(jù)實(shí)際需要引孔，不可盲目趕進(jìn)度，造成抓斗成槽跟不上而出現(xiàn)大量“孔等槽”的情況。若發(fā)生這樣情況容易造成孔壁坍塌的事故發(fā)生，坍塌處理較麻煩，且容易出現(xiàn)誤導(dǎo)抓斗成槽，造成垂直度偏差較大的事件發(fā)生。

根據(jù)本工程實(shí)際，抓斗抓取強(qiáng)風(fēng)化巖層有一定困難，進(jìn)尺較慢，項目部增加了旋挖引孔，即在兩個引孔之間再增加若干副孔，以擾動底部巖層，為抓斗取土創(chuàng)造有利環(huán)境。

5．4 旋挖刷壁+抓斗五抓清底

接頭和槽底是地連墻質(zhì)量控制的關(guān)鍵部位，有效地刷壁可以清除槽段接頭處的夾泥，提高接頭質(zhì)量;有效地清底可以清除孔底沉渣，上述三項是地連墻成敗的關(guān)鍵，以下僅分析刷壁和清底(圖4)。

圖4 刷壁流程圖Fig．4 Flow chart of brushing wall

刷壁是指為保證槽段接頭連接質(zhì)量，在二期槽成槽后利用提升設(shè)備配合專用刷壁器，對接頭進(jìn)行反復(fù)刷洗，以清除接頭處泥皮及雜物，使新老混凝土有效連接。刷壁器應(yīng)根據(jù)槽段寬度以及工字鋼實(shí)際尺寸進(jìn)行設(shè)計，確保刷壁無死角，同時能夠有效刷除接頭處滯留的泥塊、少量繞流的混凝土、水泥漿等。目前施工現(xiàn)場常用的提升器有旋挖、抓斗、吊車、沖擊鉆等。吊車、沖擊鉆都是利用鋼絲繩提升刷壁器，在刷壁過程中剛度不大，其刷壁能力有限，碰到硬物容易發(fā)生偏移;抓斗雖然也是利用鋼絲繩提升刷壁器，但是抓斗斗體自重較大，碰到硬物偏移量相對較小，刷壁效果較好，但其油耗較大，不經(jīng)濟(jì)，該項目未并用;本項目采用的是旋挖刷壁，挖刷利用自身鉆桿提升刷壁器，剛度較大，刷壁效果好，但要注意切不可將鉆桿卡在槽內(nèi)。

現(xiàn)場預(yù)備了一臺沖擊鉆，以便及時處理成槽過程中出現(xiàn)的接頭位置混凝土繞流。

刷壁結(jié)束后，刷壁刷下來的泥渣以及懸浮在泥漿中的懸浮物將逐漸沉淀到基槽底部。此外，在挖槽過程中未被排出而殘留在槽內(nèi)的土渣，以及吊放鋼筋籠時從槽壁上刮落的泥皮都堆積在槽底，所以在刷壁后應(yīng)及時進(jìn)行清底。清除槽底的沉渣，必要時可在砼澆筑前使用氣舉反循環(huán)清孔，使其厚度小于規(guī)范要求。

5．5 鋼筋網(wǎng)片的安裝采用分段起吊、整體下放

由于本項目鋼筋網(wǎng)片長度約50 m，且構(gòu)造段鋼筋數(shù)量較少，整體起吊難度大，而且容易造成構(gòu)造段鋼筋變形，為了保證網(wǎng)片平整豎直，本項目采用整體制作、分段起吊、整體下放的施工方法。鋼筋網(wǎng)片在鋼筋制作平臺上整體制作成型，起吊前脫開鋼筋籠分節(jié)處臨時直螺紋套筒連接。

由于鋼筋籠體積龐大，重量較大，吊點(diǎn)的設(shè)置尤為重要，如果鋼筋籠吊點(diǎn)設(shè)置不正確，鋼筋網(wǎng)片會產(chǎn)生較大撓曲變形，造成鋼筋籠焊縫開裂，整體結(jié)構(gòu)散架，嚴(yán)重時甚至拉翻副吊，折斷主吊臂桿。所以吊點(diǎn)位置的選擇成為起吊能否成功的關(guān)鍵所在，在起吊之前，必須通過計算確定主吊和副吊起吊點(diǎn)的位置。鋼筋網(wǎng)片制作安裝時，采用整體制作、分段起吊、整體下放、兩機(jī)抬吊的方法，需要在槽口對兩節(jié)網(wǎng)片進(jìn)行連接，下段鋼筋籠要垂直懸掛在導(dǎo)墻上，然后將上段鋼筋籠垂直吊起，上下兩段鋼筋籠成直線連接，整體下放至設(shè)計位置。

圖5 鋼筋網(wǎng)片彎矩計算簡圖Fig．5 Calculating diagram of moment of reinforced net

計算方法如下:

根據(jù)力矩平衡原理，對圖5有:+M=-M

5．6 混凝土澆筑

地下連續(xù)墻混凝土澆筑屬于水下混凝土澆筑，在混凝土澆筑過程中，應(yīng)隨時掌握混凝土的用量、混凝土面上升高度和導(dǎo)管埋入深度，防止導(dǎo)管拔脫混凝土面。在澆筑過程中必須隨時測量混凝土面的高程，測量的方法可用測錘，由于地下連續(xù)墻截面較長，一般同時下兩副導(dǎo)管進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土面很難在同一水平面，應(yīng)至少測量三個點(diǎn)，掌握每處混凝土面標(biāo)高，混凝土面高差應(yīng)控制在50 cm以內(nèi)。

單元槽段底部和接頭處屬于薄弱部位，導(dǎo)管距槽段底部的距離不得超過0．5 m，力爭使首斗灌注混凝土后能夠?qū)?dǎo)管口全部封住，保證導(dǎo)管埋深。在一個單元槽段內(nèi)同時使用兩根導(dǎo)管進(jìn)行澆筑，其間距不應(yīng)＞3 m，每根導(dǎo)管工字鋼接頭不少于1．5 m，力爭使混凝土面大致處于同一標(biāo)高，整個砼面上升速度力求保持均衡。

6 效果檢查

鈺龍基坑共計80副地連墻，在合同工期內(nèi)完成，施工難度非常大，但施工過程未出現(xiàn)大的質(zhì)量問題?，F(xiàn)基坑已經(jīng)開挖至-7．6 m，距離基坑底仍然有較大深度，就目前施工情況來看，地連墻整體效果較好，墻面平整度較好，接頭未出現(xiàn)夾泥巴、夾砂包情況，未出現(xiàn)滲漏水情形。

進(jìn)行群井試驗后，基坑外觀測井水位降深較小，周圍建筑沉降不明顯，基坑變形較小，基坑安全和質(zhì)量處于可控范圍內(nèi)(圖6)。

圖6 地連墻開挖后效果檢查Fig．6 Result inspection after excavation of diaphragm retaining walls

7 結(jié)語

通過在武漢鈺龍金融廣場深基坑工程地下連續(xù)墻施工的工程實(shí)例證明，此項地下連續(xù)墻施工技術(shù)適用于武漢地區(qū)上軟下硬地層。

(1)泥漿制備對地下連續(xù)墻施工中挖槽成敗與否起著關(guān)鍵作用，所以對泥漿的各項性能指標(biāo)必須嚴(yán)格控制。

(2)墻體垂直度作為施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，必須在導(dǎo)墻制作、成槽施工時，加強(qiáng)觀測，發(fā)現(xiàn)偏差及時修正，以確保墻體垂直度滿足要求。

(3)槽底的沉淀物、槽段接頭處的渣土必須要認(rèn)真清除，以保證地下連續(xù)墻整體質(zhì)量。

(4)工字鋼接頭的使用，確保了槽段的有效連接，接頭外側(cè)高壓旋噴樁的止水封堵，有效防止了接頭滲水［5］。

［1］ 劉春安，廖秋林，曾志獻(xiàn)，等．南京德基廣場穿土嵌巖地下連續(xù)墻施工技術(shù)［J］．施工技術(shù)，2011(2):5-8．

［2］ 陶坤，陶興文．江蘇路地鐵車站深基礎(chǔ)地下連續(xù)墻施工技術(shù)［J］．施工技術(shù)，2008(1):40-42．

［3］ 孟維軍．地鐵車站地下連續(xù)墻處理技術(shù)研究及其應(yīng)用［D］．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2007．

［4］ 段朝靜，徐偉，何超然．南京長江四橋超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)［J］．施工技術(shù)，2010(2):39-42．

［5］ 樓明浩．非標(biāo)準(zhǔn)尺寸地下連續(xù)墻施工技術(shù)［J］．施工技術(shù)，2015(12):101-104．