超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)之地下連續(xù)墻

劉法民 杜建國(guó)

(山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250100)

超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)之地下連續(xù)墻

劉法民 杜建國(guó)

(山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250100)

論述了地下連續(xù)墻被廣泛使用的內(nèi)外原因，基于地下連續(xù)墻施工實(shí)踐，對(duì)地下連續(xù)墻施工過(guò)程中存在的問(wèn)題及其解決對(duì)策進(jìn)行了詳細(xì)分析，為實(shí)際施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

地下連續(xù)墻，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑，接頭

0 引言

近20年來(lái)，伴隨著我國(guó)城市和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，建(構(gòu))筑物不僅在種類上越來(lái)越多，而且在規(guī)模上越來(lái)越大，其最直接的后果是開挖深度大于12 m的超深基坑工程越來(lái)越多。而超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)——地下連續(xù)墻，在設(shè)計(jì)者選擇方案時(shí)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。作者在多年地下連續(xù)墻施工的基礎(chǔ)上，對(duì)地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的控制進(jìn)行了總結(jié)，供同行在施工實(shí)踐中參考。

1 地下連續(xù)墻被廣泛使用的內(nèi)因

地下連續(xù)墻是一種在地面上用成槽機(jī)或銑槽機(jī)，在泥漿護(hù)壁的條件下，開挖出符合設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)、寬和高槽段，然后下放鋼筋籠，再澆灌具有防滲功能的水下混凝土，逐段完成槽段，并用特定的接頭把槽段相互連接，最終在地下形成具有防滲能力的連續(xù)墻體。地下連續(xù)墻集支護(hù)、擋土、承重、防滲多種功能于一身，具體表現(xiàn)為[1-3]：

1)施工時(shí)振動(dòng)小，對(duì)周圍環(huán)境的噪聲污染小，非常適合文明施工、和諧施工的要求。

2)墻體本身剛度大，因此，被用于超基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，開挖時(shí)可承受很大的土壓力，極少產(chǎn)生基坑環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題——基坑周邊路面開裂，影響交通；基坑周邊塌陷，地下管道斷裂，影響居民正常生活；超限的變形引起基坑周邊房屋開裂、傾斜、倒塌；基坑開挖引起水土流失，危及基坑周邊供電設(shè)施的安全；在鬧市區(qū)因開挖引起地下水管斷裂與基坑側(cè)壁失穩(wěn)交叉影響；開挖變形影響到附近工廠生產(chǎn)機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3)防滲性能好，墻體的滲透系數(shù)小于10-7cm/s，幾乎不透水。

4)可以緊貼基坑周邊建筑物施工，不會(huì)發(fā)生如錨桿越過(guò)紅線的現(xiàn)象，從而使建筑物紅線以內(nèi)的場(chǎng)地得到最大程度的開發(fā)利用，使建設(shè)方獲得最大的利潤(rùn)，從而充分發(fā)揮投資效益。

5)地下連續(xù)墻剛度大，易于設(shè)置預(yù)埋件，很適合于逆作法施工，這也是地下連續(xù)墻的最大優(yōu)勢(shì)。日前地下連續(xù)墻不僅能完成超深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)功能——作為擋土結(jié)構(gòu)，承擔(dān)超深基坑側(cè)壁外的水土壓力，同時(shí)可防水截流，防止側(cè)壁外的水流入基坑，起到止水帷幕的作用，而且地下連續(xù)墻可以作為建(構(gòu))筑物的外墻，發(fā)揮豎向承載能力，保證工程能進(jìn)行逆作法施工，即地上和地下同時(shí)施工，從而大大加快了建(構(gòu))筑物的交付速度。

6)設(shè)計(jì)者可以在多種類型的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件下選擇地下連續(xù)墻，從厚的淤泥、黏性土層等軟弱地層，到砂層、半土半石地層、密實(shí)的砂礫層等幾乎所有的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件都可以進(jìn)行地下連續(xù)墻的施工。

2 地下連續(xù)墻被廣泛使用的外因

1)基坑尺度大深化。

近年來(lái)我國(guó)基坑深度已發(fā)展至30 m以上，如廣深港鐵路客運(yùn)專線深圳福田火車站明挖基坑長(zhǎng)近1 000 m,寬近80 m，深度達(dá)32 m。基坑的開挖面積亦在不斷增大，在許多大中型城市，一些基坑的平面面積達(dá)到了1萬(wàn)m2以上，如天津某大廈超深基坑的開挖面積達(dá)到了近10萬(wàn)m2，而上海虹橋綜合交通樞紐工程開挖面積達(dá)到了35萬(wàn)m2。

2)基坑場(chǎng)地工程地質(zhì)環(huán)境惡劣化。

在我國(guó)東部沿海地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密，但土地資源寶貴，因此，地下空間資源得到了充分的開發(fā)利用。但上述地區(qū)基本上由河漫灘沖擊而成，絕大多數(shù)建(構(gòu))筑物的地基為軟土地基。由于軟土具有含水量高、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低、流變性等特點(diǎn)，使得軟土地區(qū)基坑工程具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)：軟土的抗剪強(qiáng)度低，自立能力差，需要強(qiáng)大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)；在基坑工程實(shí)踐中，一些位于軟土地基地區(qū)超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了安全標(biāo)準(zhǔn)值，達(dá)到十幾甚至幾十厘米，使基坑環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題嚴(yán)重，重大的基坑環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題一般發(fā)生在軟土地區(qū)。

3)變形控制嚴(yán)格化。

在基坑工程實(shí)踐中，城市中心區(qū)集中了大量的基坑工程。而在城市中心區(qū)，居民樓大廈林立，地下管線密集分布，地鐵隧道車站與交通主干道上下疊置，而上述建(構(gòu))筑物對(duì)由基坑開挖引起的基坑周邊的工程效應(yīng)十分敏感，加上地下水位埋深淺、流變性土體等不良場(chǎng)地工程地質(zhì)環(huán)境，使得設(shè)計(jì)者在選擇基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑本身的安全，還要嚴(yán)格控制起源于基坑開挖引起的工程效應(yīng)，即基坑周邊土體水平、垂直變形，以保證建(構(gòu))筑物的正常使用。為此，國(guó)家對(duì)基坑周邊水平、垂直位移的要求越來(lái)越嚴(yán)格，基坑工程由傳統(tǒng)的穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)向變形控制設(shè)計(jì)方向發(fā)展。

隨著基坑開挖深度和規(guī)模的增大，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求越來(lái)越高，而基坑工程變形控制的難度也越來(lái)越大。伴隨著基坑工程難度的不斷增大，基坑所處的工程地質(zhì)環(huán)境也在不斷惡劣，加上基坑周邊環(huán)境的復(fù)雜性和重要性也在不斷提高。因此，地下連續(xù)墻集支護(hù)、擋土、承重、防滲等多種功能的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。

3 地下連續(xù)墻施工過(guò)程中的問(wèn)題及對(duì)策

在地下連續(xù)墻的施工過(guò)程中，主要存在的問(wèn)題是：槽壁不穩(wěn)、地下連續(xù)墻垂直度、滲漏、露筋、混凝土澆筑質(zhì)量、地下障礙物和提拔鎖口管困難。

1)槽壁不穩(wěn)是地下連續(xù)墻施工過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題，如果場(chǎng)地局部地層是砂性土層，在開挖過(guò)程中更容易發(fā)生槽壁縮徑或擴(kuò)徑，導(dǎo)致鋼筋籠無(wú)法下放。為了確保連續(xù)墻施工質(zhì)量，防止槽壁坍塌，為此可采?。涸诓鄱问┕?shí)踐中，我們通常配制粘度大、失水量小泥漿、通過(guò)泥漿循環(huán)在槽壁形成薄而堅(jiān)韌的泥皮，對(duì)槽壁進(jìn)行保護(hù)?？紤]到泥漿循環(huán)時(shí)的損失，在開挖槽壁時(shí)及時(shí)補(bǔ)充漿液，以保證泥漿液面超出潛水水位面50 cm，并不低于導(dǎo)墻頂面30 cm；開挖槽段前，在兩側(cè)用雙軸或三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行加固；槽段施工過(guò)程中，要求成槽機(jī)操作工嚴(yán)格按照操作要求，減慢成槽速度，抓斗慢下慢提；導(dǎo)墻施工前對(duì)地面進(jìn)行夯實(shí)，增加導(dǎo)墻的厚度和配筋；成槽及澆筑混凝土前，減小槽壁所受到的地面垂直荷載，即禁止載重汽車、施工機(jī)械在導(dǎo)墻面上或附近行駛或長(zhǎng)時(shí)間停留；第一次清理槽底沉渣后馬上進(jìn)行鋼筋籠的吊放作業(yè)，以縮短槽壁暴露時(shí)間，作業(yè)時(shí)保證鋼筋籠垂直，防止因鋼筋籠上下移動(dòng)而引起槽壁塌方。

2)垂直度直接影響地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，直接關(guān)系到地下連續(xù)墻承重功能的發(fā)揮。為防止地下連續(xù)墻出現(xiàn)傾斜，施工過(guò)程中應(yīng)把握：因?yàn)閷?dǎo)墻具有對(duì)成槽設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)向、直接影響到槽段垂直度的作用，所以開挖槽段前應(yīng)設(shè)計(jì)要求砌筑導(dǎo)墻；在成槽機(jī)工作前，用水平儀調(diào)整設(shè)備的水平度，利用經(jīng)緯儀控制成槽機(jī)抓斗的垂直度；成槽機(jī)到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，再測(cè)量槽段的垂直度，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，從而制定出有效的預(yù)防措施；在吊放鋼筋籠時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直度的測(cè)控，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使垂直度控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)[4]。

3)地下連續(xù)墻一般采用成槽機(jī)械在泥漿護(hù)壁的條件下開挖成槽，然后吊放鋼筋籠并澆筑混凝土成槽段，通過(guò)接頭將槽段連成整體，墻體厚度一般0.6 m～1.2 m，開挖后槽段之間的連接是防水的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，在接頭部位常發(fā)生滲漏。如果處理不當(dāng)可能使基坑周邊的土體發(fā)生水平、垂直位移，導(dǎo)致基坑環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題。為了減少槽段接頭的滲漏而導(dǎo)致的基坑環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題，在施工中要注意以下事項(xiàng)：

a.在鎖口管安裝過(guò)程中要把握好垂直度；b.因?yàn)椴鄱蔚慕宇^處不允許發(fā)生夾泥，所以施工時(shí)必須用專用的接頭刷上下運(yùn)動(dòng)，直到肉眼看到接頭無(wú)泥土為止；c.管理好導(dǎo)管埋在水下防滲混凝土中的深度，絕對(duì)不允許發(fā)生導(dǎo)管拔空現(xiàn)象，因?yàn)閷?dǎo)管拔空會(huì)發(fā)生應(yīng)澆灌的混凝土部位被淤泥充填，此時(shí)，馬上測(cè)量已澆灌的混凝土面的準(zhǔn)確標(biāo)高，將混凝土面上的淤泥吸凈，重新澆筑水下防滲混凝土，重新澆筑時(shí)導(dǎo)管向下插入原混凝土面下至少1 m；d.在槽段之間的接頭部位，在迎土面用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行止水補(bǔ)救；e.要求混凝土初凝后方可進(jìn)行鎖口管起拔，同時(shí)要慢速向上提升鎖口管，以防止由于鎖口管拔出而引起混凝土流向拔空部位，影響接頭部位的防水效果；如開挖后發(fā)現(xiàn)接頭有滲漏現(xiàn)象，應(yīng)在外墻進(jìn)行堵漏后再進(jìn)行內(nèi)墻襯砌的施工[5]。

4)地下連續(xù)墻施工過(guò)程中如果控制措施不到位，常會(huì)出現(xiàn)露筋。如果露筋發(fā)生在開挖面，可進(jìn)行修補(bǔ)，但在迎土面時(shí)，如果鋼筋外露，則很容易被地下水銹蝕。而與建(構(gòu))筑物主體結(jié)構(gòu)一起作為承重結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，其耐久性直接關(guān)系到建(構(gòu))筑物的安全使用壽命。因此，在施工中要采取以下各種手段來(lái)實(shí)現(xiàn)防止鋼筋外露：

a.在槽段開挖時(shí)，保持槽壁的垂直度；b.在水平的鋼筋平臺(tái)上制作鋼筋籠，并通過(guò)設(shè)置桁架筋以便固定主筋，防止起吊時(shí)變形；c.在鋼筋籠的兩面焊接保護(hù)層墊塊，如果保護(hù)層墊塊面積過(guò)小，會(huì)楔進(jìn)槽壁中，因此，保護(hù)層墊塊的長(zhǎng)、寬、高一般分別為500 mm，250 mm和不小于混凝土保護(hù)層厚度，保護(hù)層墊塊由厚為5 mm的鋼板制成；d.在下放鋼筋籠前，用儀器精確測(cè)量已成槽壁的垂直度、平整度、槽底沉渣清孔質(zhì)量及槽底標(biāo)高；e.在垂直下放過(guò)程中，如遇到鋼筋籠不能下放，不能強(qiáng)行下放，提升鋼筋籠后，發(fā)現(xiàn)鋼筋籠側(cè)面上有粘的土塊，說(shuō)明槽段壁上局部土體凸出或已有土體坍落至槽底，此時(shí)，對(duì)槽壁進(jìn)行修理，修理后用導(dǎo)管清除槽底已坍土后，才可重新吊放鋼筋籠；f.下放前后，嚴(yán)禁割短或割小鋼筋籠；鋼筋籠沉放就位后，馬上進(jìn)行第二次清孔，在二次清孔后馬上灌注水下混凝土，灌注時(shí)應(yīng)按規(guī)范的要求進(jìn)行。

5)為了防止向槽段澆筑水下混凝土的質(zhì)量問(wèn)題，在實(shí)際操作時(shí)要注意以下事項(xiàng)：

a.對(duì)澆筑用的導(dǎo)管進(jìn)行使用前的水密性試驗(yàn)；b.澆灌混凝土前必須將槽底清好，保持混凝土流暢；選擇供應(yīng)量大的混凝土供應(yīng)商，避開交通擁堵時(shí)間；c.第一批待澆灌的混凝土量應(yīng)滿足導(dǎo)管開管時(shí)所要求的埋管深度；d.向槽段澆灌混凝土?xí)r一定要連續(xù)進(jìn)行，如在澆灌時(shí)不得不中斷，則中斷時(shí)間在30 min之內(nèi)；e.在澆灌混凝土發(fā)生停頓時(shí)，要有節(jié)奏地、輕輕地、上下拔動(dòng)導(dǎo)管，以保證導(dǎo)管內(nèi)混凝土的流動(dòng)性；f.向槽段內(nèi)澆灌水下混凝土?xí)r，導(dǎo)管埋深2 m～6 m，最大埋深不能超過(guò)6 m；g.同一槽段內(nèi)相鄰兩導(dǎo)管內(nèi)混凝土高差不能超過(guò)0.5 m，兩導(dǎo)管拆卸也應(yīng)同幅度進(jìn)行；h.當(dāng)向槽段內(nèi)澆筑混凝土接近導(dǎo)墻面時(shí)，壓力差減小使混凝土較難澆灌，此時(shí)導(dǎo)管埋深可減小，但要保持在1 m左右；i.混凝土不得溢出導(dǎo)管落入槽內(nèi)[6,7]。

6)由于勘察工作由點(diǎn)帶面，所以在槽段開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地下障礙物是難免的。如發(fā)現(xiàn)地下障礙物，首先要分析障礙物的物質(zhì)組成和硬度，然后確定是采用加大成槽機(jī)或銑槽機(jī)的壓力繼續(xù)開挖，還是用沖擊把障礙物擠入兩側(cè)槽壁內(nèi)。

7)提拔鎖口管困難主要是起拔時(shí)機(jī)選擇不適合而引起的。解決此類問(wèn)題現(xiàn)實(shí)的辦法分以下五步：

a.選擇水下防滲混凝土向槽段澆灌的記錄作為提拔鎖口管的時(shí)間，即鎖口管提拔應(yīng)與水下防滲混凝土澆灌槽段的時(shí)間相結(jié)合；b.結(jié)合向槽段澆灌的水下防滲混凝土的凝固速度及拔管工藝；c.要注意在水下防滲混凝土澆筑2 h～3 h后才進(jìn)行提拔鎖口管，提拔頻率為1次/30 min，提升幅度為不大于10 cm/次；d.觀察一側(cè)接頭箱的下沉進(jìn)程；e.以混凝土攪拌站提供的商品混凝土初凝時(shí)間為基準(zhǔn)，等到向槽段澆灌混凝土結(jié)束6 h～8 h后，將鎖口管一次性地全部拔出并馬上進(jìn)行清潔和疏通[8]。

4 地下連續(xù)墻應(yīng)用的展望

為了改善城市交通擁堵的現(xiàn)象，地鐵在我國(guó)的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中越來(lái)越多。同時(shí)，伴隨著城鎮(zhèn)化的加速，在地鐵沿線的高層、超高層建筑不斷涌現(xiàn)。而我國(guó)土地資源又十分寶貴，因此，開發(fā)利用地下空間的力度只會(huì)加大。為了解決地下空間開發(fā)力度加大和地鐵對(duì)變形要求近乎苛刻之間的矛盾，作為超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)——地下連續(xù)墻在未來(lái)工程實(shí)踐中不僅會(huì)越來(lái)越多，而且深度會(huì)越來(lái)越大。為此，在施工實(shí)踐中會(huì)引發(fā)下列困難：1)鋼筋籠深度的增加而導(dǎo)致的鋼筋材料本身成本的增加；2)鋼筋籠深度的增加而導(dǎo)致的鋼筋籠重量的增加，從而間接增加了向單元槽段內(nèi)吊放鋼筋籠的成本和危險(xiǎn)性；3)鋼筋籠深度的增加，單元槽段兩槽壁的深度也相應(yīng)增加，下放鋼筋籠時(shí)發(fā)生因單元槽段兩槽壁的不平導(dǎo)致鋼筋籠無(wú)法下放的可能性也增加，減緩施工速度，加大施工成本。

為了保證超深基坑本身、周邊地面、地下設(shè)施的安全，降低地連墻材料和吊放鋼筋籠的成本，加快施工速度，降低施工成本，急需在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出一種能解決上述三個(gè)問(wèn)題的一種超深地連墻的新型基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及具有良好防水性能的地下連續(xù)墻新型接頭。

[1] 劉永輝.凍結(jié)技術(shù)在鄭州市軌道交通工程聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用[J].河南科學(xué),2012,30(8):1117-1120.

[2] 徐方京,譚敬慧.地下連續(xù)墻深基坑開挖綜合特性研究[J].巖土工程師,1993,15(1):28-33.

[3] 楊朝輝,袁振宙,李乾坤.淺層平板載荷試驗(yàn)在昔格達(dá)地層中的應(yīng)用[J].河南科學(xué),2011,29(7):820- 822.

[4] 蔣忠祥,徐敏山,姚衛(wèi)星.基于數(shù)值分析的儀器系統(tǒng)差校正[J].物探與化探,2013,37(2):287-290.

[5] 侯學(xué)淵,楊 敏.軟土地基變形控制設(shè)計(jì)理論和工程實(shí)踐[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996.

[6] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[7] 叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2000.

[8] 邾根榮.狹小場(chǎng)地、敏感環(huán)境下的深基坑工程施工技術(shù)[J].建筑施工,2008,30(10):547-553.

Underground continuous wall of ultra deep foundation pit enclosure structure

Liu Famin Du Jianguo

(ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.,Ltd,Jinan250100,China)

This paper discussed the internal and external causes of underground continuous wall was widely used, based on underground continuous wall construction practice, analyzed in detail the problems and countermeasures in underground continuous wall construction process, accumulated valuable experience for the actual construction.

underground continuous wall, retaining structure, foundation pit, joint

1009-6825(2015)07-0076-03

2014-12-31

劉法民(1987- )，男，助理工程師； 杜建國(guó)(1975- )，男，助理工程師

TU476.3

A