大型格型地下連續(xù)墻導(dǎo)墻加固技術(shù)研究

陳秋聲

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

近年來，地下連續(xù)墻以其可靠的防滲、截水、擋水、承重等優(yōu)點(diǎn)成為了中國深基坑施工領(lǐng)域首選的支護(hù)措施[1-5]，并廣泛運(yùn)用在房建[6-7]、地鐵[8-9]等工程。 在地連墻施工中，首先進(jìn)行導(dǎo)墻施工，導(dǎo)墻起到成槽導(dǎo)向、穩(wěn)定上部土體，防止槽口坍塌穩(wěn)定等作用，但深基坑工程的地連墻結(jié)構(gòu)尺寸一般較大，且沖槽深度深。 沖槽易對地連墻導(dǎo)墻穩(wěn)定性造成一定影響。 因此，導(dǎo)墻加固在地連墻工程中顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的導(dǎo)墻加固方式主要有混凝土橫撐、方木橫撐和攪拌樁。 劉杰等[10]、張燕鵬等[11]在實(shí)際施工中，采用混凝土橫撐的方式加固地連墻導(dǎo)墻，有效地解決了沖槽過程中，導(dǎo)墻穩(wěn)定性的問題；王金峰等[12]、周雄等[13]采用方木橫撐的方式加固地連墻導(dǎo)墻，能夠快速變換橫撐位置，不影響地連墻鋼筋籠下放；關(guān)永康等[14]、金學(xué)松[15]、金亞兵等[16]通過對導(dǎo)墻底部進(jìn)行水泥攪拌樁施工，穩(wěn)定導(dǎo)墻下部土體，從而達(dá)到穩(wěn)定、加固導(dǎo)墻的目的。

上述研究對地連墻導(dǎo)墻加固施工具有一定的指導(dǎo)作用。 然而，對于地質(zhì)情況復(fù)雜、巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的工程來說，導(dǎo)墻在樁機(jī)沖孔作業(yè)時間長或沖槽過程中遭遇溶洞的情況下，極易出現(xiàn)位移、變形，甚至塌陷，發(fā)生安全問題。 因此，需要具備快速有效的措施加固導(dǎo)墻。 而混凝土橫撐無法快速移動；方木橫撐支撐牢固程度較低，沖槽施工時易傾斜；水泥攪拌樁無法針對性地加固導(dǎo)墻，且造價加高。 為此，本文結(jié)合工程實(shí)際，研制針對復(fù)雜巖溶地層大型格型地連墻導(dǎo)墻加固技術(shù)，確保地連墻、導(dǎo)墻的施工質(zhì)量和安全。

1 工程概況

白石窯樞紐船閘工程位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸，二線船閘基坑采用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，全長937.15 m。 其中，上游進(jìn)水口60 m地連墻所在施工區(qū)域巖溶發(fā)育尤為強(qiáng)烈，巖溶為覆蓋型巖溶，主要形態(tài)有串珠狀溶洞和管道型溶洞。 為保證地連墻支護(hù)效果，上游進(jìn)水口采用三排格型地連墻結(jié)構(gòu)型式，加強(qiáng)地連墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 地連墻平面布置見圖1。 上游進(jìn)水口格型地連墻平面布置見圖2。

圖1 二線船閘地下連續(xù)墻平面示意

圖2 上游進(jìn)水口格型地連墻平面示意

上游進(jìn)水口格型地連墻標(biāo)準(zhǔn)槽段長6 m，厚1.2 m，頂高程38.42 m，地連墻最大深度達(dá)52 m。上部連梁厚2.5 m，寬14.9 m，頂高程40.82 m，底高程38.32 m，與地連墻搭接0.1 m。 結(jié)構(gòu)型式見圖3。

圖3 二線船閘上游格型地連墻結(jié)構(gòu)型式示意(尺寸mm，高程m)

由于上游進(jìn)水口采用三排格型地連墻，導(dǎo)墻施工完成后形成孤島，地連墻沖槽施工時易造成導(dǎo)墻坍塌、變形的情況。 為保證導(dǎo)墻的穩(wěn)定，導(dǎo)墻采用“][”現(xiàn)澆混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，左右對稱。 導(dǎo)墻厚0.2 m，高1.8 m，寬4.3 m(1.5 m+1.3 m+1.5 m)，導(dǎo)墻中間凈寬1.3 m。 具體結(jié)構(gòu)型式見圖4，現(xiàn)場導(dǎo)墻孤島結(jié)構(gòu)見圖5。

圖4 “][”導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)型式(mm)

圖5 現(xiàn)場地下連續(xù)墻孤島段

本工程以上游進(jìn)水口地連墻導(dǎo)墻為研究對象，研制具備快速、針對性、有效的加固導(dǎo)墻裝置，保證現(xiàn)場地連墻、導(dǎo)墻施工質(zhì)量和施工安全。

2 工程地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)分區(qū)及地質(zhì)層劃分

工作區(qū)屬一級沖積堆積階地。 工程區(qū)附近的地貌形態(tài)為峰林谷地，宏觀上屬于英德巖溶盆地，項(xiàng)目區(qū)覆蓋層地層土性較均勻，層位變化一般，巖石起伏較大，巖溶發(fā)育。 根據(jù)勘察資料，勘探深度內(nèi)土層依次為第四系人工填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土及卵石土層。 基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階石磴子組灰?guī)r。

2.2 超前鉆地質(zhì)勘察成果

為了核實(shí)大型臨時工程地下連續(xù)墻基礎(chǔ)范圍巖土層分布及巖溶發(fā)育情況，保證地下連續(xù)墻施工安全。 根據(jù)初勘、詳勘地質(zhì)資料，地連墻按1 槽2 孔布置增加超前鉆，補(bǔ)充地質(zhì)勘探點(diǎn)。

二線船閘上游段進(jìn)水口超前鉆共計60 個鉆孔，其中53 個鉆孔遇到溶洞，遇洞率88.33%。 探明溶洞共計63 個，最大線巖溶率52.09%，平均線巖溶率17.83%。 溶洞洞高(鉆孔中鉛直高度)0.6 ～25.8 m，平均洞高8.51 m；巖面高程分部在-4.3 ～22.2 m，平均巖面高程15.26 m。 溶洞高度區(qū)間分布見表1。

表1 進(jìn)水口段溶洞高度h(大小)區(qū)間分布

3 導(dǎo)墻加固技術(shù)關(guān)鍵思路

3.1 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件設(shè)計與制作

導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件需要滿足移動性強(qiáng)、剛度大、便于安裝的要求，達(dá)到導(dǎo)墻加固效果的同時，不影響樁機(jī)沖槽和地連墻鋼筋籠下放。 因此，本工程設(shè)計以20 號槽鋼為支撐主體，?28 mm鋼筋為承托件的導(dǎo)墻型鋼加固構(gòu)件。 具體結(jié)構(gòu)型式如下。

a)支撐構(gòu)件支撐體。 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件截面為矩形截面，由型鋼組合雙面焊接而成，支撐受力方式為型鋼面支撐，大大改善結(jié)構(gòu)支撐強(qiáng)度，有效防止導(dǎo)墻變形。 兩側(cè)采用20 號槽鋼作為左、右豎向側(cè)桿，高1 200 mm，構(gòu)件上下部采用20 號槽鋼作為水平支撐桿，與左、右側(cè)桿進(jìn)行焊接，寬度1 260 mm。

b)支撐構(gòu)件承托件。 考慮沖槽時沖孔樁機(jī)移動、可能遇到溶洞造成施工平臺不均勻沉降，以及地連墻鋼筋籠下放等情況，導(dǎo)墻支撐需要滿足隨時移動、支撐的特點(diǎn)。 因此，型鋼支撐構(gòu)件上部設(shè)有?28 mm鋼筋延伸承托件，擱置在導(dǎo)墻頂。 ?28 mm鋼筋長500 mm，與20 號槽鋼搭接140 mm。

可根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行針對性布置，提高支撐構(gòu)件的移動性，施工靈活度，便于工人移動，并且可以循環(huán)使用，節(jié)約成本。 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件見圖6、7，現(xiàn)場導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件見圖8。

圖6 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件設(shè)計斷面

圖7 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件設(shè)計俯視(mm)

圖8 現(xiàn)場導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件

3.2 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件的安裝

為保證型鋼支撐構(gòu)件快速有效的措施加固導(dǎo)墻，根據(jù)地連墻和導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)型式，以及沖槽樁機(jī)擺設(shè)位置。 型鋼支撐構(gòu)件具體安裝原則如下。

a)地連墻施工。 地連墻施工過程中，2 m左右一道布置。

b)槽段沖孔過程。 在格型地連墻孤島段的槽段沖孔過程中，孤島結(jié)構(gòu)四周均為沖槽槽段，處于四面無支撐不受力的情況。 需根據(jù)樁機(jī)施工位置，針對性地擺放導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件，有效地對孤島結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固防止變形。 同時，可對薄弱環(huán)節(jié)隨時加密支撐，亦可有效機(jī)動地隨著沖槽機(jī)器的移動對型鋼支撐進(jìn)行移動，最大化地對孤島型的導(dǎo)墻進(jìn)行加固。

c)格型地連墻成槽過程。 格型地連墻成槽過程中，一旦出現(xiàn)泥漿面高度迅速下降現(xiàn)象，應(yīng)迅速向槽內(nèi)補(bǔ)漿，并向槽孔內(nèi)投入黏土等堵漏材料，防止發(fā)生塌孔現(xiàn)象。 同時按照現(xiàn)場實(shí)際情況對導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件進(jìn)行加密布置。

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

4.1 地連墻及導(dǎo)墻施工流程

為了保證施工質(zhì)量安全，應(yīng)對復(fù)雜巖溶地區(qū)可能出現(xiàn)的遇洞塌孔等情況，本工程根據(jù)傳統(tǒng)導(dǎo)墻支撐方式，研制支撐強(qiáng)度高、移動性好的導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件，隨時應(yīng)對多變的施工現(xiàn)場。 地連墻及導(dǎo)墻施工工藝見圖9。

圖9 地連墻及導(dǎo)墻施工工藝流程

4.2 地連墻及導(dǎo)墻施工方法

根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，導(dǎo)墻采用挖掘機(jī)開挖，人工配合清底、夯填、整平。 側(cè)墻采用組合鋼模，?50 mm鋼管支撐。 混凝土人工入模。 地連墻采用以沖孔鉆為主，采用泥漿護(hù)壁方式，反循環(huán)泵吸出渣料和清底，然后采用雙機(jī)抬吊法整體起吊鋼筋籠，最后采用導(dǎo)管同步灌注混凝土。 地連墻沖槽時采用型鋼支撐構(gòu)件加固導(dǎo)墻，保證導(dǎo)墻穩(wěn)定性。

地連墻及導(dǎo)墻施工主要施工方法如下。 ①施工前，測量人員進(jìn)行導(dǎo)墻控制線放樣，保證導(dǎo)墻中心線以地連墻中心線為準(zhǔn)，以及導(dǎo)墻內(nèi)部的凈空尺寸。②進(jìn)行導(dǎo)墻基礎(chǔ)開挖，基礎(chǔ)土層應(yīng)碾壓密實(shí)；鋼筋板扎和立模，澆筑混凝土，導(dǎo)墻頂面高出地面10 cm，且保證泥漿液面高出地下水位50 cm。 ③導(dǎo)墻施工完成后，布置地連墻沖孔樁機(jī)，沖槽；根據(jù)樁機(jī)位置，超前鉆地質(zhì)揭示成果以及3.2 節(jié)內(nèi)容，在溶洞較多和地質(zhì)條件較差的地連墻槽段中，加密布置型鋼支撐構(gòu)件。 沖槽時，需人工移動型鋼支撐構(gòu)件，隨沖槽設(shè)備位置改變而改變，避免影響施工。 ④沖槽完成后，采用置換法清槽換漿，利用泥漿泵反循環(huán)抽漿清底，保證槽底沉渣不大于200 mm。 ⑤地連墻鋼筋籠制作，完成后，利用雙機(jī)抬吊法完成鋼筋籠下放；鋼筋籠吊裝、下放施工前，回收導(dǎo)墻支撐構(gòu)件，避免影響施工；同時對焊縫等連接部位進(jìn)行仔細(xì)檢查與維護(hù)，以提高鋼支撐構(gòu)件的使用壽命。 ⑥鋼筋籠下放完成后，利用砂袋將封堵鋼筋籠兩側(cè)，避免澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。 ⑦灌注水下混凝土。

4.3 型鋼對撐構(gòu)件應(yīng)用效果

本文以白石窯樞紐船閘工程上游進(jìn)水口格型地連墻、導(dǎo)墻為研究對象，將導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件運(yùn)用于現(xiàn)場實(shí)際施工，保證了導(dǎo)墻穩(wěn)定性，避免了地連墻沖槽振動、突遇溶洞等情況對導(dǎo)墻的影響。 導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件現(xiàn)場應(yīng)用效果如下。 ①型鋼支撐構(gòu)件可在導(dǎo)墻施工前，按照地連墻寬度預(yù)制。 相較混凝土橫撐無需安裝模板，節(jié)約施工時間。 且型鋼對撐構(gòu)件為施工常見型鋼，造價低，安裝、拆卸簡單，能夠重復(fù)利用，節(jié)約成本。 ②型鋼支撐構(gòu)件較傳統(tǒng)點(diǎn)支撐型式的梁系結(jié)構(gòu)而言，型鋼支撐構(gòu)件從原來的端點(diǎn)支撐轉(zhuǎn)為面支撐，大大提升了支撐構(gòu)件的安全系數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)，強(qiáng)度較方木橫撐高。 ③型鋼支撐構(gòu)件上部設(shè)有?28 mm鋼筋，移動性相比混凝土橫撐更好。在樁機(jī)沖槽、地連墻鋼筋籠下放時，能夠迅速改變對撐加固位置。 ④型鋼支撐構(gòu)件相較混凝土橫撐，在施工中，能夠隨時加密對撐構(gòu)件，保證導(dǎo)墻對撐效果。 型鋼支撐構(gòu)件與混凝土橫撐對比見圖10。

圖10 型鋼支撐構(gòu)件與混凝土橫撐對比

5 結(jié)語

白石窯樞紐船閘工程針對復(fù)雜巖溶地質(zhì)，在大型格型地下連續(xù)墻孤島結(jié)構(gòu)段施工中，研制了導(dǎo)墻型鋼支撐構(gòu)件，解決了傳統(tǒng)方木支撐強(qiáng)度低、易傾倒、鋼筋混凝土橫撐移動難、無法重復(fù)利用的問題，既滿足支撐構(gòu)件的支撐強(qiáng)度，又大大提高了移動性，有效防止導(dǎo)墻變形、坍塌，同時保證了地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，降低施工成本、縮短施工工期，為復(fù)雜巖溶地區(qū)大型格型地連墻施工提供一定的施工經(jīng)驗(yàn)。