#字形鋼接頭在京沈客專京冀段十三標(biāo)2號(hào)豎井中應(yīng)用

堯在雨 周伏萍 李文鵬

(江西省地質(zhì)工程(集團(tuán))公司，江西 南昌 330029)

1 項(xiàng)目概況

1.1 設(shè)計(jì)要求

京沈客專京冀段十三標(biāo)地下連續(xù)墻工程共分為兩段，其一為盾構(gòu)始發(fā)站1號(hào)豎井，設(shè)計(jì)深度40 m，開挖深度24.42 m，采用1 m厚地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其二為盾構(gòu)接受站2號(hào)豎井，設(shè)計(jì)深度69 m，開挖深度41.046 m，采用1.2 m地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是華北地區(qū)最深地下連續(xù)墻和最深豎井。此文主要闡述深度更深、難度更大的2號(hào)豎井。本連續(xù)墻為望京隧道2號(hào)井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，2號(hào)豎井位于馬泉營(yíng)西路西側(cè)一片萬(wàn)畝造林林地范圍內(nèi)，周邊比較空曠。豎井中心里程為DK22+700。2號(hào)井主要作為盾構(gòu)接收井使用，在滿足盾構(gòu)接收需要的情況下，同時(shí)考慮隧道疏散、電力、環(huán)控、給排水等相關(guān)專業(yè)需要，設(shè)計(jì)豎井平面凈空尺寸為36.6 m(垂直線路方向)×14 m(沿線路方向)，主體結(jié)構(gòu)端墻及側(cè)墻厚度0.8 m～2.0 m，設(shè)計(jì)基坑深度41.046 m。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2 m的C30防水鋼筋混凝土地下連續(xù)墻(在洞門預(yù)埋鋼環(huán)范圍內(nèi)采用C20混凝土，并采用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，玻璃纖維筋向鋼筋方向搭接，搭接長(zhǎng)度不小于1 m)，抗?jié)B等級(jí)P10，按照設(shè)計(jì)要求混凝土中須摻加微膨脹劑。設(shè)計(jì)連續(xù)墻底標(biāo)高為-33.609 m，地面標(biāo)高為35.45 m，成槽作業(yè)深度69.14 m。地下連續(xù)墻分幅接頭位置采用φ1 800 mm超高壓旋噴樁加強(qiáng)止水。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本區(qū)域地質(zhì)主要以粘土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂層為主，根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料顯示：自地表以下地層條件分布為：0 m～-0.9 m為素填土；-0.9 m～-4.8 m為粉土；-4.8 m～-10.1 m為粘土；-10.1 m～-18 m為粉質(zhì)粘土；-18 m～-24.7 m為粘土；-24.7 m～-28.4 m為細(xì)砂；-28.4 m～-30 m為粉砂；-30 m～-33.8 m為粘土；-33.8 m～-35.4 m為粉質(zhì)粘土；-35.4 m～-39.7 m為細(xì)砂；-39.7 m～-44.6 m為粉質(zhì)粘土；-44.6 m～-47.3 m為粉土；-47.3 m～-49.6 m為粉質(zhì)粘土；-49.6 m～-51.1 m為細(xì)砂；-51.1 m～設(shè)計(jì)槽底深度依次為粉砂、中砂。

2號(hào)井地下連續(xù)墻身位于三層承壓水含水層(含水層主要為粉砂層、細(xì)砂層)。該層地下水主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給及越流補(bǔ)給。

2 地下連續(xù)墻施工工藝

2.1 成槽施工工藝

由于本地區(qū)地層主要以砂層、粘土、粉質(zhì)粘土地層為主，通過對(duì)本工程施工工期及地質(zhì)條件分析，選擇施工方案為“液壓抓斗成槽工藝”(純抓法)成槽。采用斗厚1 200 mm成槽。液壓抓斗設(shè)備為金泰SG60。

2.2 地下連續(xù)墻接頭形式設(shè)計(jì)優(yōu)化

本工程2號(hào)井地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度達(dá)到69 m，屬于超深地下連續(xù)墻。按照設(shè)計(jì)圖紙2號(hào)井地下連續(xù)墻鋼筋籠采用工字鋼接頭，根據(jù)同類工程地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗(yàn)，工字鋼接頭形式的兩端工字鋼剛性約束鋼筋籠，首開幅鋼筋籠呈剛性整體下放時(shí)，由于槽孔壁的硬性阻擋而無(wú)法順利下放。當(dāng)連續(xù)墻深度越大越容易出現(xiàn)卡籠現(xiàn)象，其下放的難度將急劇增加，很難下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，處理難度較大，嚴(yán)重影響地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，鋼筋籠重量達(dá)到110 t，吊裝過程中存在較大安全隱患，由于地下連續(xù)墻成型質(zhì)量難以保障，后期開挖過程中也極易發(fā)生質(zhì)量和安全事故。

針對(duì)超深地下連續(xù)墻施工中存在工字鋼接頭剛性阻礙鋼筋籠下放及卡籠的問題，公司科研團(tuán)隊(duì)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員綜合分析了目前幾種主要接頭方式的優(yōu)劣比較，工字接頭、Z字接頭、半圓弧形接頭等常規(guī)形式接頭施工安裝卡點(diǎn)多且水路短，施工質(zhì)量和工程質(zhì)量不易管控。#字形鋼接頭水路是其他接頭水路近2倍，且施工質(zhì)量有保障，但較之其他形式多了一個(gè)工序。為確保質(zhì)量，決定將原設(shè)計(jì)工字鋼接頭優(yōu)化為#字形鋼接頭，將設(shè)計(jì)書中鋼筋籠與接頭整體下放方案改進(jìn)優(yōu)化為先行下放#字形鋼接頭，當(dāng)?shù)撞繚仓幕炷聊毯笤贊仓?字形鋼接頭。然后再開槽施工鋼筋籠槽段。采用此施工工藝，接頭與槽段鋼筋籠由原來(lái)一個(gè)整體分成三部分分別施工，大大減少了單次鋼筋籠吊裝質(zhì)量，由原設(shè)計(jì)單幅鋼筋籠重量從110 t減少為88 t，吊裝過程中大大減輕難度，減少不必要的安全隱患，鋼筋籠剛度大大降低，下放過程對(duì)起重設(shè)備和地基強(qiáng)度極限的要求減少。圖1是原設(shè)計(jì)施工順序圖，圖2是原設(shè)計(jì)接頭示意圖，圖3是優(yōu)化后施工順序圖，圖4是優(yōu)化后接頭示意圖。

2.2.1#字形鋼接頭施工工藝流程

導(dǎo)墻施工→#字形鋼接頭段成槽→安放#字形鋼接頭→安放#字形鋼接頭空腔內(nèi)下設(shè)導(dǎo)管→澆筑底部嵌固端混凝土→完成#字形鋼接頭空腔內(nèi)混凝土澆筑。

1)導(dǎo)墻施工。導(dǎo)墻施工完成后導(dǎo)墻混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，開始施工#字形鋼接頭。首先確定#字形鋼接頭的中心線位置，在導(dǎo)墻混凝土以醒目的標(biāo)注以便識(shí)別。

2)#字形鋼接頭段成槽。成槽注意液壓抓斗中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)#字形鋼接頭放線中心線位置開始開挖，開槽寬度2.8 m。當(dāng)液壓抓斗挖至設(shè)計(jì)槽底標(biāo)高下1.5 m左右后停止開挖。

3)安放#字形鋼接頭。#字形鋼接頭加工時(shí)長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)槽深加長(zhǎng)1 m，安設(shè)完成后#字形鋼接頭下端距槽底底部0.5 m，#字形鋼接頭呈懸空狀態(tài)，#字形鋼接頭頂端與導(dǎo)墻采取臨時(shí)固定措施固定。#字形鋼接頭安放完成后采用超聲波檢測(cè)#字形鋼接頭的垂直度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果微調(diào)#字形鋼接頭垂直度，垂直度必須滿足小于1/300的要求。

4)#字形鋼接頭空腔內(nèi)下設(shè)混凝土灌注導(dǎo)管。導(dǎo)管直徑選用168 cm，安放前要進(jìn)行水密性試驗(yàn)。

5)澆筑底部嵌固端混凝土。嵌固端混凝土高度嵌固端混凝土不少于1 m。底部嵌固端混凝土澆筑結(jié)束后逐步均勻慢速拔出導(dǎo)管并及時(shí)回填#字形鋼接頭兩側(cè)土方略高于導(dǎo)墻墻頂高度。

6)完成#字形鋼接頭空腔內(nèi)混凝土澆筑。#字形鋼接頭兩側(cè)土方密實(shí)后，底部嵌固端混凝土初凝前立即安裝導(dǎo)管完成任務(wù)澆筑#字形鋼接頭空腔內(nèi)剩余混凝土。

2.2.2#字形鋼接頭施工工藝要求

1)#字形鋼接頭加工。

#字形鋼接頭采用12 mm厚鋼板加工，現(xiàn)場(chǎng)焊接加工而成，每隔2 m用10 mm厚鋼板沿柱體周圍每根加固，#字形鋼接頭長(zhǎng)度不少于槽深，分三節(jié)組成。#字形鋼接頭接長(zhǎng)在現(xiàn)場(chǎng)完成。#字形鋼接頭接長(zhǎng)時(shí)用10 mm厚鋼板，搭接鋼板與柱體呈Z字形焊縫，即翼緣板焊縫水平位置不在一個(gè)水平面上，對(duì)接做法如圖5所示。

2)#字形鋼接頭位置成槽施工。

a.定位開槽。

#字形鋼接頭槽段開挖長(zhǎng)度2.8 m。先用紅漆標(biāo)注在每個(gè)槽段分幅位置，然后用電鉆成孔并埋設(shè)固定鋼筋頭標(biāo)記作為開槽中心點(diǎn)。分幅點(diǎn)位置允許偏差不大于10 mm。

b.成槽深度確定。

以#字形鋼接頭中心作為成槽機(jī)開挖定位的中心，根據(jù)導(dǎo)墻墻頂高程，確定本槽段的最少挖槽深度。

2.2.3#字形鋼接頭底端及固定

1)#字形鋼接頭吊裝。

割除#字形鋼接頭底端1 m長(zhǎng)度范圍腹板兩側(cè)翼緣，用履帶式起重機(jī)吊起#字形鋼接頭使其對(duì)正槽段中心后下沉柱形鋼柱接頭。柱形鋼柱接頭底端1 m嵌入槽底中，#字形鋼接頭下端離槽底0.5 m左右，將#字形鋼接頭頂端槽固定于導(dǎo)墻上，使整個(gè)#字形鋼接頭處于懸空垂直穩(wěn)定狀態(tài)。

2)#字形鋼接頭固定。

#字形鋼接頭安放完成后采用超聲波檢測(cè)柱形鋼柱接頭的垂直度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果微調(diào)柱形鋼柱接頭垂直度，垂直度必須滿足小于1/300的要求。

在#字形鋼接頭頂端四側(cè)翼板上按照與導(dǎo)墻相對(duì)位置在工字鋼切割4個(gè)開口，用型鋼橫架在導(dǎo)墻頂上。為防止#字形鋼接頭位移，導(dǎo)墻上膨脹螺栓通過足夠強(qiáng)度的L形角鋼固定連接柱形鋼柱接頭，再用10型號(hào)槽鋼沿地下連續(xù)墻方向水平拉住所有#字形鋼接頭。#字形鋼接頭頂部與導(dǎo)墻固定如圖6所示。

3)清除鉆渣。

固定#字形鋼接頭后安裝導(dǎo)管和槽孔清孔設(shè)備，采用正循環(huán)工藝清孔換漿。清孔時(shí)注意及時(shí)補(bǔ)充泥漿，#字形鋼接頭柱內(nèi)腔泥漿面位置高于導(dǎo)墻下2 m標(biāo)高。

4)#字形鋼接頭嵌固混凝土澆筑清孔完成后，澆筑約5 m3混凝土將#字形鋼接頭底端填充密實(shí)，且#字形鋼接頭底端埋入混凝土1 m內(nèi)。澆筑完成后通過檢查測(cè)量#字形鋼接頭內(nèi)外混凝土面高差大小是否小于30 cm來(lái)判斷#字形鋼接頭下端嵌固深度和嵌固程度。

5)#字形鋼接頭槽段回填。

#字形鋼接頭封底嵌固混凝土終凝后，使用挖機(jī)將黏土緩慢均勻地分別來(lái)回回填于鋼柱兩側(cè)，回填高度略高于導(dǎo)墻面高程?；靥钸^程中如發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)泥漿應(yīng)及時(shí)回收，并通過除砂器過濾清除泥漿內(nèi)各種雜質(zhì)。

6)澆筑#字形鋼接頭內(nèi)腔混凝土。

回填完成后澆筑柱形鋼柱接頭內(nèi)腔混凝土，首先下設(shè)導(dǎo)管至澆筑#字形鋼接頭內(nèi)腔底部，然后采用正循環(huán)方法清除底部泥漿沉淀，澆筑前澆筑#字形鋼接頭內(nèi)腔沉渣厚度指標(biāo)滿足規(guī)范要求，再澆筑#字形鋼接頭內(nèi)腔混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.3 #字形鋼接頭混凝土繞流質(zhì)量控制點(diǎn)

1)出現(xiàn)混凝土繞流#字形鋼接頭情況。分析出現(xiàn)此問題的原因如下：a.#字形鋼接頭焊接存在問題。b.#字形鋼接頭底部嵌固后回填土方法存在問題。

2)#字形鋼接頭混凝土繞流解決方法：a.鋼柱焊縫處需增加10×10角鋼焊接加固，焊接位置呈“W”狀錯(cuò)位焊接，此加固焊接方法能把中板和側(cè)板完整的連在一起，最終形成一個(gè)整體。對(duì)內(nèi)有混凝土澆筑時(shí)的膨脹力，對(duì)外有回填土的側(cè)壓力。所以此方法對(duì)內(nèi)對(duì)外都能起到很好的固定作用，能防止混凝土繞流#字形鋼接頭情況。#字形鋼接頭加固方法見圖7。b.因?yàn)椴凵钸_(dá)到70 m，直接回填土至導(dǎo)墻面對(duì)鋼柱的側(cè)壓力太大，可能會(huì)導(dǎo)致鋼板變形或裂開。待#字形鋼接頭底部混凝土待凝固后，回填土應(yīng)回填與澆筑混凝土同時(shí)進(jìn)行，始終保持兩側(cè)回填土位高于混凝土面5 m左右，且回填土需用挖機(jī)和人工切碎、切散后再回填至槽內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

地下連續(xù)墻的接頭是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的施工工序，同時(shí)也是十分關(guān)鍵和重要的工序。它們直接影響到施工成本、施工工期及工程質(zhì)量。#字形鋼接頭解決了在超深墻施工中鋼筋籠安放困難，同時(shí)保證了地下連續(xù)墻接頭不漏水及滲水。但是相對(duì)其他形式的接頭增加了一個(gè)工序，這是今后要繼續(xù)探索的地方，比如能不能用預(yù)制的鋼柱代替現(xiàn)澆鋼柱方式。