軟土地層超深 Z 型地下連續(xù)墻施工技術(shù)

王 綱

（上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200071）

1 引言

地下連續(xù)墻具有剛度大、止水性能好、施工場(chǎng)地小、墻體整體性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在深基坑工程中是最常見的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。普通地下連續(xù)墻一般是“一”字型，但在基坑斷面變化處及轉(zhuǎn)角位置處往往無法避免異型結(jié)構(gòu)，常見的異型結(jié)構(gòu)有“L”型、“Z”型或“T”型。異型地下連續(xù)墻在成槽質(zhì)量、鋼筋籠制作、鋼筋籠吊裝與下放等方面大大增加了施工難度，一旦控制不好將出現(xiàn)鋼筋籠無法正常下放、卡槽及鋼筋籠變形等諸多問題，這不僅對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力不利，還可能造成基坑開挖期間滲漏水。本文以上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線軟土地層中風(fēng)井基坑“Z”型地下連續(xù)墻施工為背景，研究“Z”型地下連續(xù)墻施工技術(shù)，以期為后續(xù)類似工程提供借鑒。

2 工程概述

上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線一號(hào)風(fēng)井基坑工程位于七寶站與華涇站區(qū)間，小里程接明挖地段，大里程接盾構(gòu)段，盾構(gòu)段盾構(gòu)始發(fā)井兼中間風(fēng)井，起訖里程為DK6 + 490.1～DK6+645，總長(zhǎng)為154.9 m。一號(hào)風(fēng)井基坑地下連續(xù)墻如圖1所示，其中紅圈部分ZQ1幅槽段、ZQ2幅槽段為“Z”型地下連續(xù)墻。

圖1 地下連續(xù)墻示意圖（單位：mm）

ZQ1幅槽段尺寸為1.75 m+2.95 m，寬度為1.2 m，深度為52 m，鋼筋籠總體質(zhì)量為92.24 t，臨近西側(cè)YQ5-9幅槽段施工未完成，南側(cè)YQ4-5幅槽段施工已完成，北側(cè)YQ5.5-9幅槽段施工未完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、設(shè)計(jì)要求，ZQ1幅槽段為連接幅，其鋼筋籠采取整籠制作，整體吊裝。

ZQ2幅槽段尺寸為2.775 m+3.05 m，寬度為1.5 m，深度為52 m，東側(cè)YQ5-10幅槽段施工未完成，南側(cè)YQ4-6幅槽段、北側(cè)YQ5.5-10幅槽段已完成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，為減少吊裝風(fēng)險(xiǎn)，將ZQ2幅槽段尺寸加長(zhǎng)1 m。ZQ2幅槽段為連接幅，其鋼筋籠采取“一”字型接“L”型制作，采用分次吊裝，整體澆筑，“一”字型、“L”型鋼筋籠質(zhì)量分別為33.92 t、73.26 t。

3 成槽控制、鋼筋籠制作及吊點(diǎn)設(shè)置

3.1 成槽施工

為保證“Z”型槽段的垂直度和穩(wěn)定性，成槽施工先施工中間部分，如圖2中黑影區(qū)域，然后施工兩側(cè)部分；先將中間孔成好，并放入φ1.2 m的鎖口管至槽段底部作為靠山，然后繼續(xù)施工兩側(cè)邊孔。成槽施工過程中將導(dǎo)板抓斗沿導(dǎo)墻中線垂直向下開挖，若坑槽垂直度出現(xiàn)偏差須及時(shí)采取糾偏措施，確保槽段的垂直度，如圖3所示。

圖2 ZQ1幅、ZQ2幅示意圖（單位：mm）

圖3 地下連續(xù)墻成槽施工示意圖

3.2 鋼筋籠制作

ZQ1幅鋼筋籠為“Z”字型，采用整體制作，鋼筋籠加工利用原有的鋼筋籠胎膜，加工時(shí)在橫向桁架上設(shè)置支撐，支撐采用φ32 mm的鋼筋，每3 m 1道，如圖4所示，確保鋼筋籠在制作時(shí)的穩(wěn)定性，保證制作人員上料及行走時(shí)鋼筋籠不發(fā)生側(cè)翻。

圖4 ZQ1幅鋼筋籠制作示意圖（單位：mm）

ZQ2幅鋼筋籠幅采用一槽二籠的施工方法，即鋼筋籠由“Z”字型轉(zhuǎn)換為普通的“一”字型+“L”型的制作施工方法，如圖5所示。

圖5 ZQ2幅鋼筋籠制作示意圖（單位：mm）

3.3 鋼筋籠吊點(diǎn)設(shè)置

沿鋼筋籠縱向設(shè)置4道桁架筋，其中橫向桁架筋為每4 m 1道，保證鋼筋籠吊裝期間橫向均勻受力，以及縱向能夠保持良好的抗彎剛度。

鋼筋籠采用32吊點(diǎn)（前12后20）3機(jī)抬吊方式起吊，鋼筋籠縱向吊點(diǎn)需滿足彎矩平衡定律，使鋼筋籠吊裝過程中所產(chǎn)生的撓度最小。鋼筋籠吊點(diǎn)如圖6中紅點(diǎn)所示。

圖6 鋼筋籠吊點(diǎn)示意圖（單位：m）

3.4 鋼筋籠加固

ZQ1幅地下連續(xù)墻厚1.2 m，鋼筋籠桁架由通長(zhǎng)的主筋（作為弦桿）和桁架立筋組成。ZQ1幅鋼筋籠長(zhǎng)51.6 m，質(zhì)量約92.24 t。為保證鋼筋籠的整體受力性能，鋼筋籠縱向桁架筋設(shè)置不小于4榀，縱向桁架筋采用HRB400φ32 mm鋼筋，從上到下成“W”型布置，吊點(diǎn)位置為“X”型，鋼筋籠頂部原有的第1根水平鋼筋改為2根HPB300φ40 mm鋼筋。

沿鋼筋籠橫向設(shè)置橫向桁架，每4 m 1道，桁架筋采用HRB400φ32 mm鋼筋，鋼筋籠水平筋采用10d（d為鋼筋直徑）焊接；吊點(diǎn)位置鋼筋為“X”型、“Z”型、“L”型、“ ”型，在兩腰部位設(shè)置HRB400φ32 mm加強(qiáng)筋，如圖7所示。

圖7 鋼筋籠加固鋼筋布置示意圖（單位：mm）

為確保地下連續(xù)墻鋼筋籠起吊安全，鋼筋籠吊裝前對(duì)吊點(diǎn)采取加固措施。鋼筋籠吊點(diǎn)相應(yīng)位置設(shè)置“幾”字型加強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)鋼筋采用HPB300φ40 mm鋼筋；主吊吊點(diǎn)位置設(shè)置吊點(diǎn)鋼板（1 700 mm×500 mm×50 mm，以下同），鋼板位于主吊點(diǎn)下方約25 cm左右的鋼籠兩側(cè)，其作用是在下穿鋼扁擔(dān)后擱住鋼筋籠。鋼筋籠吊點(diǎn)加固措施如圖8所示。

圖8 鋼筋籠吊點(diǎn)加固措施

ZQ2幅鋼筋籠加固同ZQ1幅。

4 鋼筋籠檢算

4.1 計(jì)算模型

以ZQ2幅51.6 m的鋼筋籠為例進(jìn)行吊裝檢算，了解其受力和變形情況。檢算采用數(shù)值分析方法，建立空間模型進(jìn)行檢算。本文采用設(shè)置16個(gè)吊點(diǎn)工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)，吊點(diǎn)位置布置于縱橫桁架的交叉點(diǎn)上。計(jì)算模型中鋼筋連接位置采取焊接形式，并認(rèn)為鋼筋接觸位置不發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)吊索確定邊界條件，吊索交點(diǎn)位置施加位移約束條件，模型施加的載荷為鋼筋籠自重。結(jié)合模型和實(shí)際工程案例，鋼筋籠吊裝過程中應(yīng)力和變形主要集中在桁架上，因此主要對(duì)鋼筋籠桁架進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型如圖9所示。

圖9 鋼筋籠桁架計(jì)算模型

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

圖10和圖11分別給出了鋼筋籠平吊和翻轉(zhuǎn)過程中的最大應(yīng)力云圖和變形云圖。由圖10、圖11可見，鋼筋籠平吊過程中鋼筋最大應(yīng)力為338.5 MPa，吊點(diǎn)位置處應(yīng)力達(dá)到最大值，其他區(qū)域應(yīng)力也小于360 MPa，桁架最大變形13.4 mm，滿足吊裝要求；鋼筋籠起吊過程中出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，最大應(yīng)力為333.7 MPa，位于吊點(diǎn)位置，桁架最大變形13.2 mm，滿足吊裝要求。

圖10 鋼筋籠平吊時(shí)桁架應(yīng)力及變形云圖

圖11 鋼筋籠翻轉(zhuǎn)時(shí)桁架應(yīng)力及變形云圖

5 起吊機(jī)選型和鋼筋籠吊裝

5.1 起吊機(jī)選型

根據(jù)地下連續(xù)墻鋼筋籠情況，ZQ1幅鋼筋籠采用整節(jié)吊裝，最大質(zhì)量約92.24 t（含十字鋼板鋼板、加強(qiáng)筋），扁擔(dān)梁、索具等總質(zhì)量為101.6 t，鋼筋籠長(zhǎng)度為51.5 m。主吊機(jī)選用600 t履帶吊，副吊機(jī)選用350 t履帶吊，輔助吊機(jī)選用125 t履帶吊。

5.2 鋼筋籠吊裝

（1）吊放轉(zhuǎn)換過程。采用主吊機(jī)、副吊機(jī)及輔助吊機(jī)等3臺(tái)吊機(jī)對(duì)ZQ1幅鋼筋籠進(jìn)行吊放，3臺(tái)吊同時(shí)作業(yè)，先將鋼筋籠側(cè)向翻身，使鋼筋籠主吊點(diǎn)桁架基本處于同一水平面上，然后撤出中間輔助吊機(jī)；通過主副吊機(jī)將鋼筋籠水平吊起，空中收放吊索，當(dāng)鋼筋籠沿縱向轉(zhuǎn)至豎直方向后，副吊機(jī)緩慢撤出，由主吊機(jī)將鋼筋籠吊裝入坑槽。

（2）吊裝方法。鋼筋籠吊放采用3臺(tái)吊機(jī)起吊、空中回直、整體入槽的吊裝施工方法：①指揮主吊機(jī)、副吊機(jī)及輔助吊機(jī)全部就位，如圖12所示，就位后安裝吊點(diǎn)卸扣；②在檢查吊機(jī)受力以及鋼絲繩安裝是否牢固穩(wěn)定重心后同時(shí)平吊。

圖12 吊機(jī)就位示意圖

（3）傾斜提升。首先利用輔助吊機(jī)將鋼筋籠橫向翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)完成后撤出輔助吊機(jī)，主吊機(jī)吊主鉤、輔鉤并同時(shí)提升鋼筋籠，副吊機(jī)使鋼筋籠保持距離地面1 m高度位置；主吊將鋼筋籠提升到12～25 m呈傾斜狀態(tài)，并同步控制副吊機(jī)主鉤和副鉤。

（4）吊機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)。主吊機(jī)不動(dòng)情況下，將副吊機(jī)主鉤朝主吊機(jī)方向旋轉(zhuǎn)。主吊機(jī)緩慢收緊鋼絲繩并同時(shí)朝副吊機(jī)方向旋轉(zhuǎn)，將鋼筋籠豎向垂直立起；鋼筋籠垂直豎起穩(wěn)定5 min，確保無異常情況后，副吊機(jī)放繩，卸除鋼筋籠及副吊機(jī)上的吊具，人員立即遠(yuǎn)離吊裝作業(yè)范圍。

（5）鋼筋籠水平方向運(yùn)輸。主吊機(jī)吊起鋼筋籠（保持距離地面高度不超過0.5 m）并將其運(yùn)輸?shù)讲劭谖恢?，運(yùn)輸中嚴(yán)格控制鋼筋籠的平衡狀態(tài)；為防止產(chǎn)生大幅度晃動(dòng)，鋼筋籠下部系繩索（以人力拖動(dòng)），確保鋼筋籠穩(wěn)定不搖晃；單機(jī)吊載行走過程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)特別注意吊機(jī)、索具及鋼筋籠形態(tài)，如果發(fā)生不正常的變形或者斷裂，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)當(dāng)立即撤離至安全區(qū)域。

（6）吊放入槽。主吊機(jī)將鋼筋籠入槽、定位，行走過程中應(yīng)緩慢平穩(wěn)，鋼筋籠采用人力系繩牽引；吊放入槽時(shí)，不得強(qiáng)行入槽或?qū)摻罨\擱置在地下連續(xù)墻導(dǎo)墻上。當(dāng)主吊機(jī)將鋼筋籠下放到第2排吊點(diǎn)下面時(shí)，將穿杠穿過預(yù)先設(shè)置的U形吊環(huán)，或直接通過吊點(diǎn)鋼板擱置在導(dǎo)墻上，然后司索工將主吊機(jī)第2排卸扣拆除，并將預(yù)先安裝的連接繩用卡環(huán)相連；指揮主吊機(jī)起勾上提鋼筋籠，離開穿杠并將穿杠抽出，或?qū)⒏畛蟮牡觞c(diǎn)鋼板抽出鋼筋籠外，繼續(xù)下放鋼筋籠。當(dāng)鋼筋籠下放至第1排吊點(diǎn)下面位置，將穿杠穿過U形吊環(huán)，或直接通過吊點(diǎn)鋼板擱置在導(dǎo)墻上；打開主吊卡環(huán)，全部重新安裝到鋼筋籠上方的吊環(huán)上，主吊機(jī)起勾提起鋼筋籠脫離穿杠，由司索工將穿杠抽出；指揮主吊機(jī)繼續(xù)下放鋼筋籠至導(dǎo)墻位置，由司索工將穿杠穿過事先設(shè)置好的U形吊環(huán)，平穩(wěn)緩慢放置于地下連續(xù)墻導(dǎo)墻上；利用水準(zhǔn)儀測(cè)量鋼筋籠頂部高程，通過調(diào)整穿杠底部的墊板高度可使籠頂高程滿足設(shè)計(jì)要求。下放鋼筋籠時(shí)，需將在制作時(shí)增設(shè)的加固鋼筋割除，邊割除邊下放，這樣能最大限度確保上部鋼筋籠的穩(wěn)定性，保證鋼筋籠的正常下放。

6 結(jié)束語

綜上所述，“Z”字型地下連續(xù)墻成槽及鋼筋籠下放施工工藝要求較高，通過采用先中間后兩側(cè)的成槽施工順序，對(duì)鋼筋籠吊點(diǎn)采取特殊的加固控制措施，并對(duì)鋼筋籠整體穩(wěn)定性、受力和變形進(jìn)行檢算，結(jié)合鋼筋籠質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)條件合理選擇起重吊機(jī)及吊裝方案，最終將鋼筋籠順利入槽，保證了超深“Z”型地下連續(xù)墻的高質(zhì)量施工。