地下連續(xù)墻及逆作法在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

王 鑫

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

五六號(hào)調(diào)蓄池工程位于太原城市中心城區(qū)迎澤區(qū)，其中五號(hào)調(diào)蓄池匯水面積約為293 hm2，六號(hào)調(diào)蓄池匯水面積約為78 hm2，匯水面積合計(jì)371 hm2；新建五六號(hào)調(diào)蓄池設(shè)計(jì)最大池容14.6萬m3。小雨時(shí)，通過五六號(hào)調(diào)蓄池外圍配套管道自排至下游雨水系統(tǒng)；中雨時(shí)，通過五六號(hào)調(diào)蓄池外圍配套管道，進(jìn)入調(diào)蓄池渠道層，流入脫過泵房，根據(jù)雨量大小分別開啟1號(hào)～4號(hào)脫過潛污泵(P=510 kW，Q=1.25 m3/s)排至南沙河；大雨及暴雨時(shí)，當(dāng)降雨量超過5 m3/s時(shí)，脫過潛污泵無法全部將雨水排走，雨水進(jìn)入調(diào)蓄池內(nèi)調(diào)蓄，待雨停后通過2臺(tái)放空軸流泵(P=220 kW，Q=0.86 m3/s)及1臺(tái)放空潛污泵(P=35 kW，Q=0.1 m3/s)，放空至下游雨水系統(tǒng)，有利解決了周邊地區(qū)雨水排水問題，避免城市內(nèi)澇。

2 工程地質(zhì)條件

五六號(hào)調(diào)蓄池長(zhǎng)度149.1 m、寬度68.9 m、最大開挖深度19 m。在土建施工階段，需要在基坑開挖的同時(shí)采取有效的支護(hù)措施，且支護(hù)方案應(yīng)當(dāng)在土方開挖48 h內(nèi)完成施工，保證開挖面無支護(hù)方案的距離不得高于30 m。這對(duì)本工程深基坑支護(hù)體系的設(shè)計(jì)提出更高的要求。結(jié)合地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，本工程具體情況如下：

1)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告來看，場(chǎng)地以粉土、粉粘土為主，預(yù)計(jì)深基坑地基地層構(gòu)成自上而下依次為：雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土、風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2)本工程擬建場(chǎng)地地下水屬于孔隙潛水，地下水靜止水位埋深2.1 m～4.7 m，水位標(biāo)高782.13 m～782.71 m。同時(shí)地下水補(bǔ)給源于地下側(cè)向徑流和大氣降水，排泄則以地下側(cè)向徑流、蒸發(fā)等方式位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察來看，不同季節(jié)地下水位呈現(xiàn)明顯變化，變幅約為1.0 m。

3)工程場(chǎng)地周圍環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，基坑西側(cè)靠近鐵路，南北兩側(cè)距臨近多層居民住宅樓和商場(chǎng)大廈，且周邊管線相對(duì)較多，對(duì)沉降要求較高，必須合理選擇深基坑支護(hù)施工方案，避免影響周邊建筑及鐵路線。

3 深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果和周邊環(huán)境，五六號(hào)調(diào)蓄池圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，總計(jì)74幅，深度27 m～37 m，標(biāo)準(zhǔn)幅6 m寬，厚度為800 mm，采用C35P12混凝土、鎖口管接頭?；油鈧?cè)每幅地連墻的接縫位置通過引孔穿越導(dǎo)墻及三軸攪拌樁，加做兩φ800@500的高壓旋噴樁止水加固，以減小地連墻的滲漏現(xiàn)象。

深基坑施工采用(半)逆作法，即在施工過程中，首先完成交叉格形肋梁的混凝土澆筑施工，以其作為水平支撐結(jié)構(gòu)，完成對(duì)深基坑土方的支護(hù)。然后對(duì)每層的鋼筋混凝土肋形樓板完成澆筑施工，最后施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的格構(gòu)立柱、支撐梁、地連墻兼做主體結(jié)構(gòu)中的池壁、梁、柱等主要部位。

同時(shí)，結(jié)合五六號(hào)調(diào)蓄池工程的實(shí)際情況，深基坑的作業(yè)區(qū)域大，且呈現(xiàn)不規(guī)則圖形的分布。為了確保在地下連續(xù)墻施工作業(yè)時(shí)，存在足夠的施工空間，工程采用邊桁架結(jié)合對(duì)撐的策略，也就是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域沿著基坑的四周設(shè)置永久鋼筋混凝土支撐，通過“兩縱一橫”交叉型對(duì)撐，來實(shí)現(xiàn)地下連續(xù)墻施工作業(yè)，并用于施工棧橋。

4 深基坑逆作法地下連續(xù)墻開挖變形數(shù)值分析

4.1 承載能力極限狀態(tài)分析

縱向受力鋼筋的設(shè)計(jì)合理性，會(huì)對(duì)深基坑地下連續(xù)墻的強(qiáng)度產(chǎn)生決定性的影響。在計(jì)算地下連續(xù)墻的承載力極限時(shí)，可以結(jié)合墻體的水平位移模擬曲線，對(duì)其彎矩值進(jìn)行計(jì)算，公式為：

其中,f為地下連續(xù)墻在水平方向的位移量；S為連續(xù)墻的撓度系數(shù)；EI為地下連續(xù)墻截面水平彎曲情況下的剛度值；M為地下連續(xù)墻彎矩值。

結(jié)合本工程實(shí)際情況，利用模擬地下連續(xù)墻的最大水平位移值計(jì)算得出墻體所受彎矩值：M=9.95×105N·m，且在理正基坑軟件下，對(duì)本工程地下連續(xù)墻的彎矩值進(jìn)行分析，隨著開挖深度的進(jìn)行，地下連續(xù)墻的彎矩值也呈現(xiàn)出不同的變化，具體如圖1所示。

由圖1可知，基于地下連續(xù)墻的承載強(qiáng)度設(shè)計(jì)，可以通過雙向配筋的方式來增強(qiáng)地下連續(xù)墻的剛度。而在計(jì)算雙向配筋的正截面受彎承載力時(shí)，運(yùn)用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

該公式基于以下條件下達(dá)成：

1)x≤ξbh0；

4.2 正常使用極限狀態(tài)分析

作為本工程重要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量影響整個(gè)調(diào)蓄池的施工質(zhì)量。它也是五六號(hào)調(diào)蓄池工程的重點(diǎn)施工區(qū)域。而隨著土方開挖的深入，地下連續(xù)墻在水平方向的位移也逐步降低，并保持不變，即整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的主體施工結(jié)束之后，地下連續(xù)墻的彎矩幾乎保持不變。由于其所受的彎矩值較高，應(yīng)當(dāng)基于裂縫控制原則對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)GB 50010—2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在地下連續(xù)墻施工過程中，應(yīng)當(dāng)控制其裂縫不得超過三級(jí)，即最大寬度限定為0.2 mm。而歐美一些國(guó)家，對(duì)混凝土的裂縫控制提出了不同的見解，認(rèn)為潮濕環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度可以限定在0.3 mm。因此，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，根據(jù)地下混凝土的實(shí)際配筋(見表2)，依據(jù)以下公式對(duì)其最大裂縫寬度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。

表2 縱向受力鋼筋計(jì)算參數(shù)

由表3可得知，本工程地下連續(xù)墻的當(dāng)前的配筋的應(yīng)力值范圍約為153 MPa～178 MPa。但是所采用的鋼筋其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值為360 MPa。這意味著地下連續(xù)墻的鋼筋并未完全發(fā)揮其強(qiáng)度作用，性能表現(xiàn)不足50%，無法體現(xiàn)HRB335 鋼筋較高抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，一定程度上也導(dǎo)致工程成本的增大。因此，本工程設(shè)定連續(xù)墻的裂縫寬度為0.3 mm。同時(shí)確定連續(xù)墻的寬度為800 mm，并選用20 mm直徑的鋼筋以250 mm的間距進(jìn)行對(duì)稱配筋，確保了地下連續(xù)墻滿足本工程深基坑的支護(hù)要求。

表3 計(jì)算結(jié)果表(ω=0.2 mm)

5 深基坑逆作法地下連續(xù)墻施工控制要點(diǎn)

5.1 工程施工工序

在具體施工過程中，首先通過測(cè)量放線，對(duì)本工程施工區(qū)域的四周導(dǎo)墻進(jìn)行施工修筑，其次利用成槽機(jī)械設(shè)備進(jìn)行槽段的開挖施工，確保開挖溝槽的深度、寬度等參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)溝槽的清槽施工后，完成鋼筋籠的吊放施工，最后利用導(dǎo)管進(jìn)行混凝土的澆筑施工，完成某區(qū)域地下連續(xù)墻槽段的施工。利用分段施工策略，最終完成整個(gè)地下連續(xù)墻的施工。具體流程如圖2所示。

5.2 逆作法施工控制要點(diǎn)

本工程采用半逆作法進(jìn)行施工，結(jié)合本工程實(shí)際情況，要求格構(gòu)柱作為整個(gè)五六號(hào)調(diào)蓄池的豎向承載構(gòu)件，這對(duì)構(gòu)件的吊裝施工提出了更高的要求。因此，在樁基施工過程中，采取有效措施按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁基施工，并且在樁基成孔后，先在地面以上0.5 m處，放置呈現(xiàn)井字形的鋼板，并借助定位鋼板的螺栓對(duì)其水平方向進(jìn)行微調(diào)，格構(gòu)柱底部與鋼筋籠連接部位，制成籠狀定位架，以此取得較高的精度，滿足工程施工需要。

在鋼筋混凝土支撐梁施工過程中，支撐梁兼做主體結(jié)構(gòu)的梁，與其相連結(jié)構(gòu)的預(yù)埋筋定位尤為重要，我單位采用定位卡具的方式，嚴(yán)格控制預(yù)埋筋位置及間距。

在底板施工過程中，地下連續(xù)墻與底板的連接處，通過預(yù)埋直螺紋接駁器，將底板主筋進(jìn)行連接，并剔鑿剪力槽，并外用φ4網(wǎng)片與地連墻鋼筋固定牢固，增強(qiáng)基礎(chǔ)底板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻的連接。

在內(nèi)襯墻施工過程中，采用“兩墻合一”的結(jié)構(gòu)形式，地連墻與其結(jié)構(gòu)內(nèi)襯施工前，須將暴露的地連墻，全墻鑿毛、清洗、接漿，通過地連墻預(yù)留的插筋與內(nèi)襯墻進(jìn)行連接。

在立柱施工過程中，由于先施工了梁，立柱的混凝土澆筑顯得十分困難。我單位采用二次結(jié)構(gòu)泵澆筑的方式，在模板上開孔，通過自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑，局部采用柱帽的方式，將柱頂作成托盤狀，以便混凝土澆筑。

5.3 關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制

1)成槽垂直度控制：成槽垂直度應(yīng)滿足1/500。因此結(jié)合本工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及施工周期要求，先采用抓斗式挖機(jī)初步進(jìn)行土方施工，然后旋挖鉆引孔定位，并借助成槽機(jī)設(shè)備完成整個(gè)成槽施工。同時(shí)整個(gè)施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專人對(duì)成槽垂直度進(jìn)行檢測(cè)，通過成槽機(jī)的顯示儀時(shí)刻關(guān)注成槽純制度，并利用超聲波等儀器檢測(cè)槽壁的施工質(zhì)量，有效的確保了地下連續(xù)墻成槽施工的質(zhì)量。

2)鋼筋籠起吊控制：本工程地下連續(xù)墻的鋼筋籠存在兩種形狀，包括“一”字型、轉(zhuǎn)角“L”型等。在實(shí)際施工過程中，選用了1臺(tái)100 t履帶吊及1臺(tái)50 t履帶吊完成吊裝施工。同時(shí)引入BIM技術(shù)，對(duì)整個(gè)鋼筋籠的起吊、下放等施工進(jìn)行模擬、碰撞驗(yàn)算，以確保整個(gè)鋼筋籠施工的質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)起吊如圖3所示。

5.4 施工過程監(jiān)測(cè)

本工程地下連續(xù)墻施工過程中，為避免支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、坍塌等安全事故，采取了一定的監(jiān)測(cè)手段來檢測(cè)基坑的位移情況，并制訂了詳細(xì)的預(yù)案措施對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。對(duì)于調(diào)蓄池，共計(jì)設(shè)置了8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，重點(diǎn)觀測(cè)調(diào)蓄池基坑變形情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置成鋼筋混凝土綜合標(biāo)，安裝強(qiáng)制對(duì)中基座和水準(zhǔn)標(biāo)志。豎向位移用水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)，水平位移用前方交會(huì)法進(jìn)行觀測(cè)。工程前期每天觀測(cè)一次，持續(xù)監(jiān)測(cè)7 d無明顯位移后，采用5 d一個(gè)周期進(jìn)行觀測(cè)?；炷恋装鍧仓┕そY(jié)束后，每周觀測(cè)一次，直至回填施工完成。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，本工程期間，所有觀測(cè)點(diǎn)的位移情況均滿足施工要求，未出現(xiàn)異常情況。

6 結(jié)語(yǔ)

太原五六號(hào)調(diào)蓄池工程在深基坑施工過程中，采用了逆作法、地下連續(xù)墻相結(jié)合的支護(hù)措施，在保障了整個(gè)工程施工質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，也加快了施工進(jìn)度，降低了工程整體成本支出，取得了不俗的成果。