地下連續(xù)墻工法在某深基坑工程中的應(yīng)用

張艷芬,莫海軍

(1.廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院，廣東珠海 519090； 2.中德工程有限公司，澳門 )

地下連續(xù)墻工法起源歐洲，1920年Augst Wolfholz提出理論啟蒙，1951年意大利ICOS發(fā)展為具體實(shí)用工法，隨后陸續(xù)推廣到歐洲各國(guó)及南美、加拿大、日本、美國(guó)、中國(guó)等地，至今已有相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。澳門城區(qū)是世界上人口最稠密的地區(qū)之一，當(dāng)?shù)亟ㄖ嗑o貼用地紅線設(shè)置地下車庫(kù)，為減小深基坑開挖對(duì)周邊建筑及市政設(shè)施的影響，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工尤為重要，而地下連續(xù)墻作為當(dāng)前主流深基坑開挖擋土結(jié)構(gòu)，較好地解決了以上問題。

澳門某綜合大樓工程設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻及半逆作法方案，地下連續(xù)墻由臺(tái)灣專業(yè)公司承建。在其施工過程中，單元分倉(cāng)采用剛性連接而取消鎖口管，泥漿護(hù)壁采用高分子聚合穩(wěn)定液替代膨潤(rùn)土泥漿。本文詳細(xì)介紹了相關(guān)工法，以供同類型工程參考。

1 工程設(shè)計(jì)及施工概況

綜合大樓工程位于澳門下環(huán)街地段，地下三層，占地面積約2 500 m2，場(chǎng)地南北長(zhǎng)90 m，東西寬35 m，呈木瓜形狀。地面標(biāo)高+2.5～3.0 m，設(shè)計(jì)基坑開挖底標(biāo)高-10.1 m，局部最大開挖深度15.6 m?；又苓吘o鄰市政主干道李加祿街及貨倉(cāng)街，四周既有建筑為40年樓齡以上之七層舊建筑，且基礎(chǔ)狀況未知。地下室外墻距路邊市政管線為1.5 m，距離現(xiàn)有建筑4～10 m。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，地下水位位于+1.0～1.5 m，主要土層以回填土及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主。設(shè)計(jì)方案采用0.60 m厚地下連續(xù)墻擋土，第一道水平支撐采用鋼結(jié)構(gòu)支撐，設(shè)置于+2.15m標(biāo)高，地庫(kù)一層及以下各層結(jié)構(gòu)逆作，以樓面結(jié)構(gòu)作為水平支撐。地下室施工期間，要求周邊建筑物傾斜小于1/500，周邊道路沉降小于25 mm。

地下連續(xù)墻施工包括施工前準(zhǔn)備、輔助工程施工、連續(xù)墻單元施工。施工前準(zhǔn)備主要進(jìn)行施工規(guī)劃、現(xiàn)場(chǎng)放樣及施工大樣圖報(bào)批等；輔助工程施工包括導(dǎo)溝及場(chǎng)地硬化施工、穩(wěn)定液儲(chǔ)存池施工、棄土坑施工、鋼筋加工場(chǎng)設(shè)置等；連續(xù)墻單元施工則包括坑槽挖掘、鋼筋籠加工及吊放、水下混凝土澆筑等工序。

2 施工規(guī)劃及單元分倉(cāng)

地下連續(xù)墻施工單元按照接頭形式可分為母單元(先作單元，兩端為接頭端板)、公單元(后作單元，兩端為母單元)、公母單元(一端為母單元，一端為接頭端板)三種，每一個(gè)施工單元都包括溝槽挖掘、鋼筋籠吊放、混凝土澆筑等完整的施工循環(huán)。單元長(zhǎng)度及劃分要依據(jù)鄰房位置及狀況、地質(zhì)狀況、挖掘機(jī)械及方法、鋼筋籠制作吊裝以及施工流程所需工時(shí)等因素來決定。單元分隔過程中應(yīng)考慮開挖機(jī)械刀法的經(jīng)濟(jì)性原則，通常母單元長(zhǎng)度設(shè)定為2～3 m，公單元4～6 m，視工程狀況適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)注意將單元接頭位置與結(jié)構(gòu)柱位錯(cuò)開，并避免轉(zhuǎn)角單元規(guī)劃為母單元。本工程共設(shè)置母單元23個(gè)，公單元23個(gè)，公母單元4個(gè)，其中轉(zhuǎn)角單元5個(gè)，單元分割圖如圖1所示。

3 輔助工程施工

導(dǎo)溝構(gòu)筑的好壞將直接影響連續(xù)墻施工質(zhì)量，本工程導(dǎo)溝側(cè)壁為200 mm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深度以不小于2 m或貫入原狀土層0.2～0.5 m為原則，導(dǎo)溝內(nèi)凈空尺寸為650 mm，比連續(xù)墻設(shè)計(jì)厚度兩側(cè)各增加25 mm。在連續(xù)墻轉(zhuǎn)角部位，導(dǎo)溝須配合挖掘機(jī)端部形狀設(shè)置有突出角，突出部位以0.2～0.3 m為佳，見圖2。導(dǎo)溝墻外側(cè)須高于內(nèi)側(cè)50 mm，避免施工過程中穩(wěn)定液外溢。另外，可在導(dǎo)溝內(nèi)每隔10～15 m設(shè)置100 mm厚度素混凝土隔墻，起到支撐作用，以確保導(dǎo)溝內(nèi)凈空尺寸及導(dǎo)溝側(cè)壁穩(wěn)定性。

本工程穩(wěn)定液存儲(chǔ)池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)池設(shè)置內(nèi)隔墻分隔成逐級(jí)連通的六個(gè)小存儲(chǔ)池，存儲(chǔ)池與導(dǎo)溝之間通過管道連通，含有泥沙的穩(wěn)定液通過挖掘機(jī)械泵回存儲(chǔ)池，泥沙在存儲(chǔ)池逐級(jí)沉淀過濾后，通過管道自流進(jìn)入導(dǎo)溝，使之形成一個(gè)完整的水循環(huán)系統(tǒng)。

4 溝槽挖掘及開挖刀法

根據(jù)場(chǎng)地土特征，本工程施工采用CASAGRANDE-K3L雙輪銑及MASAGO抓斗配合開槽。單元分割完成后，繼而進(jìn)行挖掘下刀位置及順序安排。一刀尺寸以抓斗兩端圓弧以內(nèi)直線段距離為機(jī)械有效長(zhǎng)度(2.5 m)，抓斗端部圓弧部分(0.1 m)稱為稱為無效長(zhǎng)度，刀法分割以有效長(zhǎng)度為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。以下為兩種典型區(qū)段的挖掘刀法。

圖1 地下連續(xù)墻單元分割

圖2 轉(zhuǎn)角部位導(dǎo)溝設(shè)置

4.1 直線單元挖掘

直線單元挖掘通常由母單元及公單元交錯(cuò)進(jìn)行。母單元開挖一般設(shè)置三刀，第一刀和第二刀為滿刀，第三刀為銑刀；公單元開挖一般設(shè)置一至兩銑刀，如圖3所示。開挖時(shí)應(yīng)密切注意機(jī)械之穩(wěn)定平衡狀態(tài)，尤其是銑刀時(shí)端部為已挖掘部分，須平衡分配動(dòng)力，嚴(yán)格控制其垂直精度，避免側(cè)向傾斜。

圖3 典型直線單元挖掘刀法(單位:mm)

圖4 轉(zhuǎn)角公母單元挖掘刀法(單位:mm)

4.2 轉(zhuǎn)角單元挖掘

轉(zhuǎn)角位置可設(shè)置公母單元或公單元。若設(shè)置為公母單元，則其一側(cè)為母單元，已完成挖掘及混凝土澆筑等相關(guān)工序，另一側(cè)溝槽挖掘第一刀為滿刀，第二刀為銑刀；若設(shè)置為公單元，則轉(zhuǎn)角兩側(cè)全為母單元，已完成挖掘，通常按公單元長(zhǎng)度進(jìn)行一至兩銑刀挖掘即可。如圖4所示。

5 超泥漿穩(wěn)定液護(hù)壁

為防止溝壁坍塌，抵抗土壓及地下水壓力，防止地下水滲出，溝槽內(nèi)須以穩(wěn)定液填充，本工程采用超泥漿穩(wěn)定液(SuperPro PAA)，施工包裝有桶裝(高濃縮乳液)或袋裝(粉末)兩種。超泥漿穩(wěn)定液主要成分為分子量巨大的高分子聚合物聚丙烯酰胺，在與水分子結(jié)合后產(chǎn)生膨脹并提高水的粘滯度，在挖掘面形成一層富有韌性的膠合薄膜，將土壤顆?？v橫膠結(jié)，起到防止開挖面坍塌、穩(wěn)定溝槽的效果。

5.1 超泥漿穩(wěn)定液的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的膨潤(rùn)土相比，超泥漿穩(wěn)定液具有較多優(yōu)點(diǎn)：易于拌和，即拌即用，易于貯存；具潤(rùn)滑性，可減少機(jī)具磨擦，降低旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力、磨擦力及黏附性，能提高機(jī)械鉆掘速度及工作效率；分子結(jié)構(gòu)帶強(qiáng)陰性離子，將與土壤顆粒表面的陽離子吸附，包裹土壤顆粒，使之不易水解并凝聚變大，加快懸浮泥沙顆粒沉淀速度；槽底易于清理干凈，基底沉泥少，有效減少甚至消除沉泥現(xiàn)象；深水取樣含沙量小，澆筑混凝土不易產(chǎn)生包泥現(xiàn)象；鋼筋上無殘留泥漿及穩(wěn)定液，不影響混凝土與鋼筋之間的握裹力；多次使用無劣化現(xiàn)象，理論上可無限循環(huán)使用；無毒無污染，生態(tài)環(huán)保，廢棄物簡(jiǎn)單處理即可直接排入下水管網(wǎng)，施工成本低。

5.2 超泥漿穩(wěn)定液制備及質(zhì)量控制

拌和水質(zhì)中重金屬含量將影響超泥漿使用功效，使用自來水拌和即可滿足要求。若使用地下水，則要求重金屬離子含量不超過0.04 %，酸堿度介于pH 8～pH 12之間。拌和時(shí)可將超泥漿穩(wěn)定液(或粉末)緩慢倒入噴射式拌和管或者流速?gòu)?qiáng)的水流中即可。

使用超泥漿穩(wěn)定液SuperPro PAA施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需配合之檢驗(yàn)項(xiàng)目有下列四項(xiàng)：

(1)黏滯度：使用馬氏漏斗器(Marsh Funnel)檢驗(yàn)，建議粘滯度不小于32 s，其中黏土32～36 s，細(xì)砂34～40 s，粗砂40～50 s，礫石50 s以上。

(2)相對(duì)體積質(zhì)量：使用泥漿比重器(Mud Balance)檢驗(yàn)，正常值為1.03±0.01。

(3)含砂量：使用含砂量測(cè)定器(Sand-Content Set)檢驗(yàn)，含沙量不大于1 %。

(4)酸堿值：使用石蕊試紙或酸堿值電測(cè)表檢驗(yàn)。

由于超泥漿穩(wěn)定液SuperPro PAA在挖掘過程中易遭地下重金屬以及混凝土中的所含鈣離子之污染，而影響超泥漿穩(wěn)定液SuperPro PAA的功效，因此循環(huán)使用過程中，回收液須以純堿處理，使重金屬含量降低，使硬水變成軟水，以恢復(fù)其最佳水質(zhì)狀態(tài)。同時(shí)，必須維持酸堿值于pH 8～pH 12，以利超泥漿發(fā)揮最大活性。

5.3 超泥漿穩(wěn)定液的廢棄處理

超泥漿穩(wěn)定液SuperPro PAA廢棄處理時(shí)，可先用漂白劑，借著將酰酸氧化，使聚合物羧基產(chǎn)生反應(yīng)而破壞其結(jié)構(gòu)。2 h后再摻入硫酸鋁(明礬)，使穩(wěn)定液酸堿度值降低至pH 7.0左右，穩(wěn)定液粘滯度隨之消失，靜置2 h沉砂將沉淀至貯存槽底，水質(zhì)澄清后便可直接排入下水道中，或用于場(chǎng)地灑水除塵等，不會(huì)造成第二次的環(huán)境污染。

6 連續(xù)墻接頭處理

本工程地下連續(xù)墻采用端板式接頭，端板采用5 mm厚鋼板壓制成形，并預(yù)先開孔以便穿設(shè)連續(xù)墻水平鋼筋。另外端板上滿焊附著兩條L50×5止水角鋼，可有效增強(qiáng)連續(xù)墻單元接頭抗?jié)B性能。

施工過程中，前一單元的接頭總會(huì)因?yàn)橄噜弳卧_挖空置時(shí)間過久而附著泥屑，或者澆注混凝土?xí)r泥漿流入、產(chǎn)生水泥土膠體，或者接頭鋼筋附著淤泥，致使鋼筋握裹力不足降低接頭強(qiáng)度，因此施工時(shí)須重點(diǎn)對(duì)端板及接頭鋼筋進(jìn)行清理。清理設(shè)備采用箱型鋼及扁鐵，箱型鋼厚度0.25 m，寬度1.0 m，長(zhǎng)度8 m，三面設(shè)置鋼刷；扁鐵厚度45 mm，其中一側(cè)設(shè)置鋼刷。接頭清洗先以吊車吊運(yùn)箱型鋼沖擊端板處的大型泥塊或泄漏的水泥漿體，再以箱型鋼另一側(cè)的鋼刷清理端板上附著的泥垢；端板處連續(xù)墻內(nèi)外層狹小空間則先以扁鐵進(jìn)行進(jìn)行沖擊，再以扁鐵側(cè)的鋼刷進(jìn)行清理。

7 施工檢測(cè)

7.1 基槽檢測(cè)

地下連續(xù)墻基槽開挖過程中須以超聲波測(cè)定槽壁精度及坍塌情況，檢測(cè)設(shè)備采用日本Koden-604檢測(cè)儀。各單元隨挖掘深度中途檢測(cè)1～2次，根據(jù)測(cè)試結(jié)果隨時(shí)修正機(jī)械垂直精度及穩(wěn)定液配比，以保證溝槽側(cè)壁精準(zhǔn)及減少坍塌發(fā)生。溝槽挖掘完成后進(jìn)行最終檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。若檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較為嚴(yán)重的坍方情況，須在混凝土澆筑時(shí)采取預(yù)備措施，以減少后期處理難度。

圖5 基槽檢測(cè)結(jié)果

7.2 混凝土質(zhì)量檢測(cè)

為檢測(cè)地下連續(xù)墻混凝土澆筑質(zhì)量，除了留置常規(guī)的混凝土試塊以檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能外，還須檢測(cè)水下混凝土密實(shí)度與連續(xù)性，施工中常利用超聲波檢測(cè)(CSL)。在制作鋼筋籠時(shí)預(yù)先埋設(shè)鋼質(zhì)聲測(cè)管，聲測(cè)管直徑50 mm，管中間距1 m，底部距槽底300 mm左右即可，并以薄鐵皮封底，連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)各布置一排。超聲波檢測(cè)時(shí)聲波發(fā)射端和接收端探頭分別插入對(duì)角布置的檢測(cè)管內(nèi)，記錄聲波的接收和反彈信號(hào)，從而了解混凝土內(nèi)部狀況。若發(fā)現(xiàn)混凝土夾渣、斷層等疑似缺陷，則可通過鉆孔取芯進(jìn)一步驗(yàn)證處理。

另外，連續(xù)墻內(nèi)每2 m間距布置φ100 mm鋼管，用于連續(xù)墻底界面取芯，檢測(cè)連續(xù)墻底部混凝土質(zhì)量以及界面沉渣狀況，若出現(xiàn)較厚沉渣通常采用高壓注漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

8 結(jié)束語

本工程共施工地下連續(xù)墻50個(gè)單元，單元深度18～30 m不等。施工中采用超泥漿穩(wěn)定液替代膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，采用鋼板剛性連接替代鎖口管連接，經(jīng)超聲波檢測(cè)驗(yàn)證基槽壁塌方較少，水下混凝土澆筑質(zhì)量好，施工單元接頭滲漏極少。地下連續(xù)墻總體施工效果良好，環(huán)保高效且施工成本低，值得在同類型工程中推廣。