淺析鎖扣型鋼地下連續(xù)墻工法的應(yīng)用

馬 婧，黃 巍

（上海市合流工程監(jiān)理有限公司，上海市 200120）

0 引 言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地下空間的開發(fā)利用程度越來越高，基坑深度不斷增加。以上海為例，至2018年上海地下空間開發(fā)面積已超7 000萬(wàn)m2[1]。面積達(dá)2萬(wàn)m2以上，深度超過20 m的基坑工程已大量涌現(xiàn)[2]。這些深大基坑大多地處市中心區(qū)域，施工場(chǎng)地狹小，周邊環(huán)境復(fù)雜，此外，由于上海是典型的軟土地區(qū)，在地面下普遍沉積有厚層軟黏性土，在這樣的地質(zhì)條件下進(jìn)行基坑施工活動(dòng)極易產(chǎn)生較大的變形和地表沉降。因此如何在有限的中心城區(qū)地下空間內(nèi)建設(shè)超深、高剛度的地下連續(xù)墻成為工程技術(shù)人員必須面對(duì)的課題。

目前，地下連續(xù)墻作為明挖深基坑的一種傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式已應(yīng)用多年，但易出現(xiàn)混凝土侵限、繞流、鋼筋籠偏離外露等質(zhì)量問題[3]。為解決上述問題，日本在20世紀(jì)90年代開發(fā)了NS-BOX鋼制地下連續(xù)墻工法，由于其具有省力、薄壁化、現(xiàn)場(chǎng)占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，得到了較多應(yīng)用[4]。目前，該工法較多應(yīng)用在豎井施工中，在地下道路、地鐵車站中的應(yīng)用較少。

為研究鋼制地下連續(xù)墻施工法在地鐵車站中的實(shí)際應(yīng)用效果，2021年，由上海申通地鐵建設(shè)集團(tuán)牽頭，聯(lián)合設(shè)計(jì)及施工單位，在上海軌道交通19號(hào)線世博大道站基坑圍護(hù)施工中引入鎖扣型鋼地下連續(xù)墻施工法，開展該施工法的試驗(yàn)研究。該工法與日本開發(fā)的NS-BOX鋼制地下連續(xù)墻工法的不同之處在于鋼構(gòu)件翼緣兩端咬合接頭的形式不同，NS-BOX鋼構(gòu)件形式分為BX、BH、GH-R和BH-R等形式[5]，本項(xiàng)目采用的鋼構(gòu)件為CT鎖扣式。這是該工法在國(guó)內(nèi)深基坑工程中的首次應(yīng)用。

本文以上海軌道交通19號(hào)線世博大道站工程項(xiàng)目為背景，闡述了鎖扣型鋼地下連續(xù)墻施工法的關(guān)鍵施工工藝，并對(duì)車站附屬結(jié)構(gòu)的2幅鎖扣型鋼地下連續(xù)墻的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，以供類似工程參考。

1 工程概況

世博大道站為上海軌道交通19號(hào)線為配合世博文化公園地下空間開發(fā)先期實(shí)施的車站。其中換乘通道為地下兩層結(jié)構(gòu)（局部為地下一層），與19號(hào)線接口段基坑約為153 m×17.7～47.7 m，基坑深約10.09～18.80 m，地下兩層范圍為800 mm厚地下連續(xù)墻，墻長(zhǎng)33～40 m；沿基坑深度方向設(shè)置五道支撐（地下一層為三道）。

在南側(cè)換乘通道（地下兩層段）與頂管始發(fā)井間封堵墻位置設(shè)置2幅鎖扣型鋼地下連續(xù)墻，見圖1，取代相應(yīng)位置的常規(guī)地下連續(xù)墻。鎖扣型鋼地下連續(xù)墻先行施工，后施工兩側(cè)常規(guī)地下連續(xù)墻。鎖扣型鋼地下連續(xù)墻厚度為1 200 mm，深度為60 m，第1幅和第2幅幅寬分別為為4.8 m和3.2 m。地墻兩側(cè)型鋼長(zhǎng)度為61.05 m，中間型鋼長(zhǎng)度為59.75 m。鎖扣型鋼地下墻內(nèi)插型鋼采用Q345，填充混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C35，抗?jié)B等級(jí)為P8。

圖1 試驗(yàn)段位置

2 鎖扣型鋼地下連續(xù)墻關(guān)鍵施工工藝

鎖扣型鋼地下墻工法是使用泥漿護(hù)壁成槽后，插入兩側(cè)翼緣分別為“T”、“C”字形的H型鎖扣型鋼，搭接形式為將“T”字形鎖扣插入“C”字型鎖扣，用以代替常規(guī)地下連續(xù)墻鋼筋籠結(jié)構(gòu)。依次按順序吊裝入槽后，澆筑大流動(dòng)性混凝土，形成具有高強(qiáng)度、高剛度的鎖扣型鋼地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

鎖扣型鋼地下墻的施工方法與一般的鋼筋混凝土制地下連續(xù)墻基本相同。由于鎖扣型鋼地下墻的特點(diǎn)是設(shè)置鎖扣型鋼來代替鋼筋籠，因此其附帶的臨時(shí)設(shè)備容量、施工機(jī)械的選擇、接頭方式等方面與鋼筋混凝土制地下連續(xù)墻有一些差異。下面僅闡述關(guān)鍵工序施工工藝。

2.1 型鋼制作及拼裝參數(shù)

鎖扣型鋼為工廠制作產(chǎn)品，加工長(zhǎng)度為12 m、13.75 m、14 m、15.3 m、15.75 m、16 m?？紤]整體工期、制作工序、開工時(shí)間、工程進(jìn)度等從鋼構(gòu)件加工廠進(jìn)行訂購(gòu)，不需要現(xiàn)場(chǎng)制作的場(chǎng)地。鎖扣型鋼構(gòu)件的形狀見圖2。

圖2 鎖扣型鋼構(gòu)件外形圖（單位：mm）

試驗(yàn)段為車站附屬結(jié)構(gòu)的2幅地連墻。一期槽共7套鎖扣型鋼，二期槽共4套鎖扣型鋼，每套分4節(jié)進(jìn)行拼裝。鎖扣型鋼拼裝參數(shù)見表1。

表1 型鋼拼裝參數(shù)表

2.2 型鋼固定拼裝

鎖扣型鋼分4節(jié)進(jìn)行吊裝，并用螺栓進(jìn)行連接。圖3為鎖扣型鋼分節(jié)節(jié)點(diǎn)。吊裝時(shí)采用定位架、定位銷確保現(xiàn)場(chǎng)型鋼接頭拼接的垂直精度，并用數(shù)字型扭矩控制型扳手對(duì)螺栓緊固進(jìn)行檢查。圖4為定位架。型鋼吊放完成后，槽底采用1 m厚的固槽混凝土，槽口采用槽鋼形成封閉鋼圍檁加以固定安裝。

圖3 鎖扣型鋼分節(jié)節(jié)點(diǎn)

圖4 定位架

2.3 混凝土澆灌

由于鎖扣型鋼地下連續(xù)墻不采用傳統(tǒng)工藝的鋼筋籠，而是鎖扣型鋼與鎖扣型鋼直接相互拼接。混凝土通過型鋼壁上的圓孔流淌到其他型鋼內(nèi)，并自行密實(shí)，且鎖扣型鋼地下連續(xù)墻成槽最深處為60 m，因此要求混凝土具有大流動(dòng)性能。單幅墻體混凝土澆筑方量較大，要求混凝土凝結(jié)時(shí)間比常規(guī)混凝土?xí)r間長(zhǎng)，保坍性能良好。

由于成槽泥漿或者混凝土澆筑可能會(huì)將C型口堵塞，因此要將C型口進(jìn)行保護(hù)避免后繼槽鎖扣型鋼不能正常安裝。C-T接口形式見圖5。型鋼吊裝前在C口放入水囊，型鋼在對(duì)接同時(shí)對(duì)水囊進(jìn)行連接，水囊的接頭位置和型鋼接頭位置一致。圖6為水囊安裝示意圖。在型鋼對(duì)接全部到位后，對(duì)水囊進(jìn)行加壓，由原本的直徑7 cm的水囊加壓至10 cm?；炷翝补嗤瓿汕蚁噜彶鄱纬刹坶_挖完成后，將水囊泄壓后取出。

圖5 C-T接口形式

圖6 水囊安裝示意圖

由于鎖扣型鋼地下連續(xù)墻采用CT鎖扣（見圖5）作為型鋼構(gòu)連接件形成一道整體連續(xù)的地下墻，增長(zhǎng)了地下水的滲流路徑，難以形成滲漏通道，達(dá)到了阻水效果，觀察開挖面墻體干燥，無滲漏水現(xiàn)象。

2.4 鎖扣型鋼地連墻與常規(guī)地連墻接縫處置

鎖扣型鋼地下連續(xù)墻與常規(guī)地下連續(xù)墻接縫視作H型鋼接頭，先期施工鎖扣地下連續(xù)墻，后期施工常規(guī)地下連續(xù)墻。常規(guī)地下連續(xù)墻施工時(shí)對(duì)鎖扣型鋼地下連續(xù)墻H型鋼處繞流混凝土、泥砂等雜物進(jìn)行刮壁處理后，將后期接頭緊貼H型鋼放置，見圖7。后期槽段施工完成后，于二期基坑一側(cè)接縫施打Φ800@550 mm高壓旋噴樁、樁長(zhǎng)40 m進(jìn)行接縫止水處置。

圖7 鎖扣型鋼地連墻與常規(guī)地連墻接縫處置示意圖（單位：mm）

3 鎖扣型鋼地下連續(xù)墻圍護(hù)效果分析

選取布設(shè)于鎖扣型鋼地下連續(xù)墻上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX51和常規(guī)地下連續(xù)墻上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX58進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。該兩點(diǎn)工況相同。點(diǎn)位見圖8。

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置示意圖

頂管始發(fā)井基坑于9月5日開挖，9月30日完成封底。圖9為點(diǎn)CX51和點(diǎn)CX58圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大累計(jì)變形的歷時(shí)變化曲線。由圖可知點(diǎn)CX51最大累計(jì)變形為17.64 mm，點(diǎn)CX58最大累計(jì)變形為24.75 mm，點(diǎn)CX51比點(diǎn)CX58的最大累計(jì)變形小7.11 mm，小了28.7%。

圖9 點(diǎn)CX51和點(diǎn)CX58圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大累計(jì)變形的歷時(shí)變化曲線（單位：mm）

考慮到鎖扣型鋼地下墻相比傳統(tǒng)地下墻含鋼量增加，這會(huì)使墻體剛度增大。為此將點(diǎn)CX51和點(diǎn)CX58墻體深度為18 m處的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見圖10?？梢钥吹?，墻體剛度增大時(shí)，深層水平位移減小。

圖10 點(diǎn)CX51和點(diǎn)CX58墻體18 m處深層水平位移的歷時(shí)變化曲線（單位：mm）

試驗(yàn)階段，該位置鎖扣型鋼地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移與一般的鋼筋混凝土制地下連續(xù)墻相比較小。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明鎖扣型鋼地下連續(xù)墻在本項(xiàng)目深基坑圍護(hù)施工中是可行的。

選取深度為60 m，厚度為1 200 mm，幅寬為3.2 m的單幅地連墻進(jìn)行比較。表2為單幅常規(guī)地墻和鎖扣型鋼地下墻的材料用量和單價(jià)表。表3為單幅常規(guī)地連墻和鎖扣型鋼地連墻的綜合單價(jià)。經(jīng)計(jì)算，單幅鎖扣型鋼地連墻造價(jià)高1.2倍。由于其剛度大和薄壁化的特點(diǎn)，通過對(duì)壁厚的進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化，后期造價(jià)可進(jìn)一步減少。

表2 單幅地連墻地連墻的材料用量和單價(jià)表

表3 單幅地連墻的綜合單價(jià) 單位：元/m3

5 結(jié) 語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)在狹窄的城市空間內(nèi)修建超深、高剛度的地下連續(xù)墻，本項(xiàng)目進(jìn)行了鎖扣型鋼地下連續(xù)墻施工法的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）該工法鋼構(gòu)件工廠化制作，提高了施工質(zhì)量和施工效率，顯著提升現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工水平，降低現(xiàn)場(chǎng)制作帶來的安全隱患。有利于施工集中管理，平衡施工場(chǎng)地、機(jī)械及勞動(dòng)力等各種資源，降低施工成本。設(shè)備、生產(chǎn)和人員的管理難度降低，降低管理成本。

（2）鎖扣型鋼地下墻與一般的鋼筋混凝土制地下墻相比無需鋼筋籠胎膜場(chǎng)地，能夠節(jié)約施工場(chǎng)地。圍擋時(shí)能節(jié)約1～2根社會(huì)車道，明顯改善施工時(shí)對(duì)社會(huì)影響。特別適合于城市建筑密集、施工場(chǎng)地狹小、基坑挖深大的施工項(xiàng)目。

（3）鎖扣型鋼地下連續(xù)墻采用CT鎖扣作為型鋼構(gòu)連接件，止水效果好，開挖面墻體無滲漏。

（4）試驗(yàn)階段，與一般的鋼筋混凝土制地連墻相比，單幅鎖扣型鋼地連墻造價(jià)高1.2倍。由于其剛度大和薄壁化的特點(diǎn)，通過對(duì)壁厚的進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化后，材料用量可進(jìn)一步減少，造價(jià)能夠控制在傳統(tǒng)工法的115%左右。如遇中心城區(qū)施工場(chǎng)地狹小的情況時(shí)，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)工法。

綜上所述，鎖扣型鋼地連墻施工法具有鋼構(gòu)件工廠化制作、止水效果好、節(jié)約施工場(chǎng)地的優(yōu)勢(shì)。在中心城區(qū)場(chǎng)地面積狹小的條件下，該工法能最大限度地有效利用施工場(chǎng)地面積，實(shí)現(xiàn)快速施工且符合安全文明施工的要求，適用于傳統(tǒng)技術(shù)難以施工的狹窄地區(qū)的地下工程建設(shè)。通過本文的工程實(shí)例，我們認(rèn)為該施工法具有可行性，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考。