“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝在皇崗村站地下連續(xù)墻H型鋼接頭空腔施工中的應(yīng)用

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

地下連續(xù)墻H型鋼接頭空腔傳統(tǒng)施工工藝包括“泡沫板+砂包”、“袋裝碎石+止?jié){鐵皮”、“接頭鋼塞+黏土”等，“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝是在吸收H型鋼接頭傳統(tǒng)施工工藝的基礎(chǔ)上，對H型鋼接頭施工的技術(shù)改進。該方法是在鋼筋籠H型鋼雌段加焊一塊寬80cm的防繞流鐵皮，成槽下籠后，在H型鋼二期槽段接頭處緊貼型鋼肋板下設(shè)鋼制的接頭箱，待混凝土初凝后，采用液壓拔管機將接頭箱拔出，在二期槽段之間形成空腔，通過二期槽段掃孔、清壁，保證墻體H型鋼接頭有效連接，達到防滲、止水、抗變形、傳遞應(yīng)力的作用。

1　工程概況

深圳市城市軌道交通7號線皇崗村站位于益田路與金田路之間的福民路段，車站主體呈東西走向，西接石廈站，東接福民站。本站為地下三層島式車站，采用明挖順筑法施工。全長272.3m，基坑寬20.3m～23.9m，深23.6m～24.8m，覆土厚度從西到東為3.5m～4m。圍護結(jié)構(gòu)采用1000mm地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐(第一道為混凝土支撐)。

皇崗村站地下連續(xù)墻設(shè)計墻厚1000mm，分幅長度4m和6m，有“—”、“L”、“Z”多種形式，小計104幅(含104個H型鋼接頭)。成槽深度26.69m～30.27m，成墻面積15636m2，入巖面積9545m2(其中中風(fēng)化花崗巖1638m2、微風(fēng)化花崗巖1910m2)，最大入巖深度18.9m。

地下連續(xù)墻接頭連接形式采用H型鋼接頭，H型鋼采用10mm厚鋼板焊接而成，現(xiàn)場加工制作，一側(cè)與一期雌段鋼筋籠體焊接牢固，另一側(cè)與二期雄段籠體插入式搭接。H型鋼板與雌段鋼筋籠焊接牢固，整體吊放下設(shè)。H型鋼大樣如圖1所示。

地下連續(xù)墻施工要求工期183d(2013年6月1日～2013年11月30日)，平均每天需完成成墻面積85m2，工期緊、任務(wù)重、強度高。本工程共投入液壓抓斗2臺(SG60)，沖擊鉆機22臺(CK-6)，手把鉆機12臺(JKL-6)，液壓拔管機2臺套(YBJ-1000)，按照抓斗、鉆機本身施工功效，要求工期內(nèi)可以順利完成地下連續(xù)墻施工任務(wù)。

2　地下連續(xù)墻H型鋼接頭特點

皇崗村站地下穩(wěn)定水位埋深2.10m～7.20m，含水量豐富；地質(zhì)情況自上而下依次為素填土、砂土、礫砂、粉質(zhì)粘土、花崗巖層，覆蓋層透水性大；要求地下連續(xù)墻兼做主體圍護結(jié)構(gòu)的一部分，能夠有效傳遞基坑外土、水壓力和豎向力，具有較強的抗變形能力，綜合考慮皇崗村站地下連續(xù)墻接頭采用剛度大、整體性能好的H型鋼接頭。其主要特點為：

(1)施工工藝簡單，施工速度快，可現(xiàn)場制作；

(2)能夠傳遞水平拉力和縱橫向剪力；

(3)接頭剛度大，整體性好，結(jié)構(gòu)強度高，具備較強抗變形能力；

(4)防滲路徑長，防水、防滲、止水效果好，能較好解決承壓水問題。

3　地下連續(xù)墻H型鋼接頭空腔傳統(tǒng)施工工藝

地下連續(xù)墻采用分段成槽施工工藝，沿深度方向每幅地下連續(xù)墻間存在一條接頭，接頭處是圍護結(jié)構(gòu)的薄弱點，接頭施工是控制地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，接頭的施工質(zhì)量直接關(guān)系到地下連續(xù)墻施工的成敗。地下連續(xù)墻H型鋼接頭空腔傳統(tǒng)施工工藝有“泡沫板+砂包”、“袋裝碎石+止?jié){鐵皮”、“接頭鋼塞+黏土”等施工方法。

3.1　“泡沫板+砂包”工藝

鋼筋籠成型時，在H型鋼外端粘貼塑料泡沫板，與鋼筋籠一同下槽，再在泡沫板外側(cè)采用砂包回填，并用吊車設(shè)備等沖擊密實，最后澆筑混凝土。

圖2　“泡沫板+砂包”工藝

施工工藝如圖2。

這種方法在施工中由于充填的砂包不夠密實，泡沫塑料塊綁扎不牢固，在較大的泥漿浮力作用下沖出水面或有向上位移，槽段接頭部位有塌方時，混凝土從H型鋼側(cè)面或底部繞過，充填縫隙，固結(jié)后形成強度較高障礙物，影響二期槽段的施工。同時，H型鋼后側(cè)空腔內(nèi)填充物柔性，H型鋼易產(chǎn)生較大變形。

3.2　“袋裝碎石+止?jié){鐵皮”工藝

在鋼筋籠H型鋼上焊接厚0.2mm、寬0.85m的外包白鐵皮，吊放鋼筋籠入槽后，在H型鋼后側(cè)空腔內(nèi)填充袋裝碎石，并沖擊密實，然后澆筑混凝土。施工工藝如圖3。

這種方法在施工中有效防止混凝土從側(cè)面繞流，又可以保持H型鋼外側(cè)的壓力，有利于控制H型鋼變形，但該法施工時需重復(fù)鉆鑿接頭孔，施工功效低、材料浪費大，而且重復(fù)鉆鑿過程中，不利于H型鋼的保護，易變形，甚至沖鑿破損。

圖3　“袋裝碎石+止?jié){鐵皮”工藝

3.3　“接頭鋼塞+黏土”工藝

用接頭鋼塞代替“泡沫板+砂包”工藝中的泡沫板，鋼筋籠入槽后，在H型鋼外側(cè)下設(shè)接頭鋼塞并回填黏土，沖擊密實后，澆筑混凝土。施工工藝如圖4。

圖4　“接頭鋼塞+黏土”工藝

這種方案在Ⅰ序槽段混凝土澆筑初凝后拔掉接頭鋼塞，節(jié)省二期施工時劈打泡沫及殘積混凝土塊的時間，防滲效果較好，但受槽段深度限制，當(dāng)槽孔深度>15m時，存在拔斷接頭鋼塞鎖口構(gòu)件的風(fēng)險，同時回填不飽滿、不密實，存在繞流隱患。

地下連續(xù)墻H型鋼接頭在全國各地都得到廣泛應(yīng)用，但H型鋼接頭處理的具體技術(shù)措施存在較大差異，在實踐應(yīng)用中出現(xiàn)了不同問題，皇崗村站地下連續(xù)墻H型鋼接頭施工工藝吸取傳統(tǒng)H型鋼接頭施工工藝的優(yōu)點，在技術(shù)應(yīng)用上加以改進，提高H型鋼接頭施工質(zhì)量，采用“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝。

4　H型鋼空腔“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝的成熟應(yīng)用

4.1　“接頭箱+防繞流鐵皮”施工原理

接頭箱技術(shù)在防滲墻施工上已經(jīng)成為一種成熟的施工工藝，但是將其運用到地下連續(xù)墻上還在探索階段?！敖宇^箱+防繞流鐵皮”施工工藝是在鋼筋籠H型鋼雌段加焊一塊寬80cm的防繞流鐵皮，成槽下籠后，在H型鋼二期槽段接頭處緊貼型鋼肋板下設(shè)鋼制的接頭箱，待混凝土初凝后，采用液壓拔管機將接頭箱拔出，在二期槽段之間形成空腔，通過二期槽段掃孔、清壁，達到墻體H型鋼接頭有效連接的要求。

防繞流鐵皮的下設(shè)有效阻擋了混凝土澆筑過程中繞流隱患，接頭箱的下設(shè)，節(jié)省H型鋼接頭重復(fù)鉆鑿工時，避免回填材料的浪費，縮短了工期，降低了施工費用，是一種綠色環(huán)保施工工藝。同時，“接頭箱法”形成的接頭達到預(yù)期的理想形狀，有利于延長滲徑，有利于二期槽段的施工以及二期槽段鋼筋籠雄段的有效搭接，保證了墻體的抗?jié)B要求和可靠連接，更好地傳遞單元墻體間應(yīng)力、基坑內(nèi)外土水壓力和豎向力。

4.2　“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝

本工程H型鋼接頭采用“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝，防繞流鐵皮為寬0.8m、厚0.2mm的白鐵皮，采用直徑8mm盤圓焊接固定在H型鋼翼緣兩側(cè)，錯縫處搭接15cm，沿籠體H型鋼通長完整布置，隨鋼筋籠整體吊裝下設(shè)。H型鋼后靠接頭箱采用分體式，尺寸5.25m×0.84m×0.67m，采用鋼結(jié)構(gòu)制作而成，重復(fù)使用，堵頭鋼板兩端設(shè)封頭鐵皮減少混凝土繞流，接頭箱之間采用鎖銷連接。

本工程地下連續(xù)墻一期槽段清孔換漿結(jié)束后，進行鋼筋籠體下設(shè)(含接頭H型鋼)；籠體定位復(fù)核完成，采用50t履帶吊車配合YBJ-1000型液壓拔管機在H型鋼后背空腔下設(shè)接頭箱，根據(jù)混凝土澆筑情況，輕微上下活動接頭箱，避免混凝土繞流埋管或孔壁泥皮張拉力增大，影響正常起拔；起拔結(jié)束，在H型鋼后背接頭處形成空腔，相鄰二期槽段成槽終孔后采用加焊刃角的80cm方鉆沿H型鋼接頭面插入剮蹭、擴孔，將H型鋼二期肋板表面附著物切除，然后采用鋼絲刷刷洗H型鋼肋板表面泥皮，進入清孔換漿工序。接頭箱工藝示意如圖5。

圖5　“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝

“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝流程如圖6。

圖6　“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝流程

4.3　“接頭箱+防繞流鐵皮”施工控制要點

本工程H型鋼接頭作為地下連續(xù)墻的薄弱環(huán)節(jié)，其處理的好壞直接影響整個地下連續(xù)墻的防滲漏效果，進而影響整個基坑的安全，因此，必須妥善處理好地下連續(xù)墻接頭施工?！敖宇^箱+防繞流鐵皮”施工工藝質(zhì)量控制主要從槽壁垂直度、鋼筋籠制作安放、防繞流措施、接頭箱起拔下設(shè)等幾個方面進行把控。

4.3.1導(dǎo)墻控制要點

導(dǎo)墻做為接頭箱安放平臺，要求其具有足夠的強度及穩(wěn)定性，其界面尺寸應(yīng)根據(jù)接頭型式、地基條件和施工荷載等通過計算確定，并建在堅實的原狀地基土上。同時，導(dǎo)墻做為成槽設(shè)備的導(dǎo)向，內(nèi)墻面應(yīng)平整、光滑，平整度偏差在10mm以內(nèi)，同時應(yīng)有一定的外放空間，避免成槽設(shè)備鉆具提升過程中碰撞導(dǎo)墻。

施工時，導(dǎo)墻中心線外放10cm，與地下連續(xù)墻軸線相平行，防止抓槽時，出現(xiàn)吃結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，內(nèi)外導(dǎo)墻面的凈距大于地下連續(xù)墻設(shè)計寬度50mm，誤差小于5mm。施工完成后，用靠尺檢查內(nèi)外導(dǎo)墻面的垂直度，不符合要求區(qū)域應(yīng)該剔除，避免鋼筋籠下設(shè)過程中出現(xiàn)剮蹭。開挖導(dǎo)墻時采用小挖機開挖，減少回填土方量。

4.3.2槽段外放距離控制要點

鋼筋籠H型鋼接頭肋板的中心線應(yīng)沿地下連續(xù)墻槽段分幅線下設(shè)。本工程墻體厚度1000mm，接頭箱尺寸5.25m×0.84m×0.67m，保證接頭箱能夠順利下設(shè)，H型鋼后背空腔凈空尺寸應(yīng)不小于0.84m×0.67m，即沿墻軸線長度不得小于0.67m。施工時，標(biāo)準(zhǔn)幅段應(yīng)增加適當(dāng)?shù)耐夥啪嚯x，滿足接頭箱下設(shè)要求，同時避免過多外放引起繞流或接頭箱傾斜現(xiàn)象，本工程分幅線外放距離50cm，外放偏差在10mm以內(nèi)。

4.3.3成槽垂直度控制

成槽施工是地下連續(xù)墻施工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵一步，成槽的技術(shù)指標(biāo)主要是垂直度指標(biāo)，垂直度偏差包括前后偏差、左右偏差。前后偏差過大容易形成剪刀叉，導(dǎo)致接頭箱下設(shè)不到底，墻體不能有效搭接；左右偏差過大，導(dǎo)致鋼筋籠安放不到位，甚至影響后續(xù)相鄰槽段的施工。

成槽過程中，定期對槽壁進行雙向垂直度檢查，每鉆進8m～10m，進行一次測量，發(fā)現(xiàn)偏差及時進行修正。同時，對槽段寬度進行復(fù)核。槽段垂直度不超過1%，尤其加強槽段底部的垂直度監(jiān)測、管控。

4.3.4鋼筋籠制作、安放要點

鋼筋籠H型鋼嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行加工制作，在下設(shè)過程中，尺寸過大則剮蹭槽壁，碰撞接駁器，甚至難于下設(shè)到位；尺寸過小，將影響后續(xù)接頭箱正常下設(shè)，出現(xiàn)卡箱現(xiàn)象。

下設(shè)時，保證H型鋼接頭肋板中心線沿槽段分幅線順利就位，嚴(yán)禁偏位現(xiàn)象。

H型鋼加工翼緣凈空尺寸偏差不大于10mm，H型鋼接頭肋板中心線與分幅線偏差不大于15cm。

4.3.5防繞流措施

H型鋼兩側(cè)采用直徑8mm壓筋焊接厚0.2mm、寬0.8m防繞流鐵皮，避免下設(shè)過程中繞流鐵皮擾動槽壁，將鐵皮另一側(cè)與鋼筋籠分布筋間隔點焊，起到臨時固定作用即可，要求點焊位置在混凝土沖擊壓力下能夠良好張開，使鐵皮緊貼槽孔內(nèi)壁。

4.3.6接頭箱下設(shè)起拔注意事項

(1)拔管支座底架準(zhǔn)確就位，并清除附近障礙，保證接頭箱緊貼H型鋼肋板下設(shè)，嚴(yán)禁出現(xiàn)過大空隙，發(fā)生繞流現(xiàn)象；

(2)安排專人負(fù)責(zé)接頭箱的下設(shè)、起拔工作，隨時觀察接頭箱的起拔力，記錄孔內(nèi)的接頭箱根數(shù)及混凝土面以下接頭箱長度，避免混凝土繞流引起抱箱事故；

(3)吊放接頭箱時，嚴(yán)格按照已定接頭箱位置緩緩垂直安放。在安裝至槽底后，接頭箱應(yīng)高出導(dǎo)墻2m～3m，以便起拔并觀測垂直度；

(4)接頭箱下設(shè)完成后，上下輕微活動，使接頭箱保持垂直狀態(tài)，根據(jù)實際情況，可酌情在接頭箱背側(cè)填充適量碎石或黏土，防止混凝土發(fā)生繞流現(xiàn)象；

(5)準(zhǔn)確檢測并確定出混凝土的初凝時間，盡量減少人為配料誤差。澆筑混凝土?xí)r，隨著混凝土面的不斷上升，分階段制作混凝土試件，以精確掌握混凝土的初凝時間，為接頭箱的起拔提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；

(6)具體的接頭箱起拔時間很難掌握，應(yīng)根據(jù)混凝土初凝時間、水下灌注的混凝土豎向頂升壓力及水下溫度等因素，依據(jù)經(jīng)驗早于混凝土的初凝時間2h為宜，防止因接頭箱起拔時間過早，造成混凝土塌底、繞流，每次起拔接頭箱應(yīng)采用液壓頂升機頂拔，防止起拔過晚，接頭箱背側(cè)繞流混凝土初凝后抱住接頭箱；

(7)接頭箱全部拔出后，應(yīng)對其形成的接頭空腔及時進行檢測、處理、防護。

4.3.7H型鋼肋板附著物清除

二期槽段成槽后，需對H型鋼接頭肋板附著物進行清除，采用加焊刃角的80cm方鉆沿H型鋼接頭面插入剮蹭、擴孔，并對接頭進行雙向垂直度檢查無肋板附著物后，采用鋼絲刷進行接頭刷洗，滿足刷子鉆頭上基本不帶泥屑、孔底淤積厚度不再增加的標(biāo)準(zhǔn)后，方可進入下一道施工工序。

影響地下連續(xù)墻H型鋼接頭施工質(zhì)量的問題是施工過程中對工藝不清晰、對細(xì)節(jié)不重視、對措施不落實、對管控點把控不嚴(yán)造成的，施工中，一定要將這些隱患消除在萌芽狀態(tài)，嚴(yán)格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，落實各個細(xì)節(jié)、措施。

4.4　“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝施工成效

本工程下設(shè)接頭箱總長度為2965.46m，H型鋼外側(cè)空腔接頭箱累計下設(shè)長度為2705.71m，拔管后累計成孔深度為2672.95m，成孔率達到98.79%，下設(shè)防繞流鐵皮10379.8m(寬0.8m，厚0.2mm)，完成104個H型鋼接頭，節(jié)省回填袋裝碎石約1237.97m3(按照地下連續(xù)墻墻體施工大平均擴孔系數(shù)1.18計算)，節(jié)省重復(fù)造孔進尺2672.95m，節(jié)省投資約25.15萬元。實際施工天數(shù)為2013年6月1日至2013年11月17日，施工歷時僅170d，比要求工期節(jié)省13d。

4.5　墻體H型鋼接頭施工效益分析

本工程地下連續(xù)墻采用“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝，通過在鋼筋籠H型鋼雌段加焊一塊80cm寬的防繞流鐵皮，澆筑過程中有效地阻擋了混凝土繞流隱患。接頭箱下設(shè)工藝相比袋裝碎石、回填黏土等工藝有許多優(yōu)勢，接頭箱下設(shè)時間短，2套接頭箱下設(shè)時間80min，僅需3位輔助工人，而袋裝碎石卻要消耗大量人工裝填、回填砂包黏土，需要輔助反復(fù)沖擊密實，耗費時間長，難以滿足鋼筋籠下設(shè)后4h內(nèi)澆筑的技術(shù)要求，需要二次清孔；同時袋裝碎石、砂包、回填黏土等工藝接頭孔需要重新鉆鑿，因回填砂包等因素導(dǎo)致土方量增加，以致二期槽段清孔任務(wù)量劇增，采用接頭箱施工工藝可以規(guī)避此類技術(shù)難題。

4.6　墻體H型鋼接頭質(zhì)量評定

本站地下連續(xù)墻H型鋼“接頭箱+防繞流鐵皮”施工工藝，加快了施工進度、節(jié)省了施工成本，保證了接頭剛度，整體性好，為后續(xù)基坑開挖、結(jié)構(gòu)施工贏得了寶貴時間。地下連續(xù)墻施工結(jié)束后對接頭部位鉆孔取芯，芯樣顯示混凝土完整、連續(xù)、骨料分布均勻；芯樣外觀光滑，膠結(jié)好，斷口吻合，呈長柱狀，混凝土強度值42.6MPa～46.8MPa(設(shè)計C30)，經(jīng)墻體注水試驗檢測，滲透系數(shù)在3.24×10-8cm/s～6.75×10-8cm/s范圍內(nèi)，符合設(shè)計和規(guī)范要求。

基坑開挖后，墻體H型鋼接縫位置平整、無變形、無大面積滲漏現(xiàn)象，H型鋼接頭起到了很好的防水、防滲效果。

5　結(jié)語

“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝是對地下連續(xù)墻H型鋼接頭空腔傳統(tǒng)施工技術(shù)的改進，通過在深圳地鐵7號線皇崗村站地下連續(xù)墻H型鋼接頭施工中的實踐應(yīng)用，取得了較好的防繞流效果、H型鋼變形可控、接頭質(zhì)量可靠，摒棄了傳統(tǒng)工藝中重復(fù)鉆鑿、多次清孔、耗時耗材的弊端，施工效率高。對工期緊、強度大、標(biāo)準(zhǔn)高的類似地下連續(xù)墻工程施工提供了寶貴經(jīng)驗。隨著我國地下連續(xù)墻技術(shù)的進一步發(fā)展，“接頭箱+防繞流鐵皮”工藝在H型鋼接頭施工中的應(yīng)用有一定的推廣意義。