超深地下連續(xù)墻大體積水下混凝土澆筑方法的研究

寧文祥

（上海遠(yuǎn)方基礎(chǔ)工程有限公司，上海市 200436）

0 引言

城市建設(shè)地下空間設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和施工的技術(shù)不斷發(fā)展，深基坑施工技術(shù)已經(jīng)成為特殊地形下施工不可或缺的重要手段。地連墻等地下結(jié)構(gòu)更是得以廣泛地推廣和應(yīng)用，水下大體積混凝土澆筑的要求也逐步增加。對(duì)于大體積混凝土澆筑的研究仍然不足。鄭思明[1]針對(duì)建筑施工中大體積混凝土澆筑施工技術(shù)進(jìn)行分析，介紹了大體積混凝土澆筑施工的概念，探討了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，并提出裂縫問(wèn)題具體的防治策略；在高層建筑領(lǐng)域內(nèi)，田鑫柳與蔡傳遠(yuǎn)[2]對(duì)大體積混凝土澆筑技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生混凝土裂縫的原因進(jìn)行分析，提出大體積混凝土澆筑技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化措施；黃澤勇[3]針對(duì)大體積混凝土澆筑的幾點(diǎn)不足以及相應(yīng)解決措施進(jìn)行闡述，強(qiáng)調(diào)了大體積混凝土澆筑的全過(guò)程管理；趙波[4]、劉方啟等[5]依托實(shí)際工程項(xiàng)目對(duì)橋梁高墩大體積混凝土澆筑中的施工工藝控制進(jìn)行了研究。然而，鮮有對(duì)于超深地下連續(xù)墻大體積水下混凝土澆筑方法的研究。本文依托昆明某超深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程，對(duì)超過(guò)96 m 深的地下連續(xù)墻水下混凝土澆筑技術(shù)進(jìn)行研究，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該方向上的遺漏。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目建基高程為1 886.700 m，地面高程為1 964.000 m，地連墻頂高程為1 961.400 m，基坑開(kāi)挖深度77 m?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)為R=10 m 圓形結(jié)構(gòu)，是國(guó)內(nèi)最深小半徑圓井，尚無(wú)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)借鑒，不可控因素多。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.5 m 厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻墻深94 m，分Ⅰ期槽和Ⅱ期槽施工，一期槽、二期槽寬度皆為2.8 m，搭接0.51 m，且Ⅰ、Ⅱ期槽段各7個(gè)，共計(jì)14 幅。接頭型式為銑接頭，連續(xù)墻嵌入基巖。Ⅰ期槽澆筑方量超1 000 m3，大方量水下混凝土澆筑質(zhì)量控制要求高，屬于工程重點(diǎn)、難點(diǎn)。

1.1 地質(zhì)條件

根據(jù)勘測(cè)結(jié)果，擬建場(chǎng)地地層主要為<1>素填土、<2>粉質(zhì)黏土、<2-1>黏土、<2-2>粉土、<3>粉質(zhì)黏土、<3-1>黏土、<3-2>粉土、<3-3>泥炭質(zhì)土、<4>強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)分布有軟土，軟土天然含水量較大，滲透性弱，抗剪強(qiáng)度很低，屬于靈敏度較高土層，受擾動(dòng)后強(qiáng)度將大幅降低，應(yīng)對(duì)基底軟土、軟弱土層進(jìn)行處理。<2-2>粉土及<3-2>粉土在擾動(dòng)及基坑水力梯度作用下易產(chǎn)生流土、流砂現(xiàn)象，因此土層開(kāi)挖后穩(wěn)定性差，基坑必須采取支護(hù)措施。具體土層信息見(jiàn)表1。

表1 土層信息表

1.2 水文條件

擬建場(chǎng)地地勢(shì)較高，屬地表水的徑流補(bǔ)給區(qū)，地形地貌較單一。場(chǎng)地及周邊無(wú)地表水分布，本區(qū)地下水主要為上層滯水及巖溶裂隙水類型，地下水埋藏深淺不一，其動(dòng)態(tài)特征主要接受 大氣降水、地表水下滲補(bǔ)給。

2 澆筑前準(zhǔn)備工作

2.1 混凝土性能指標(biāo)相關(guān)

（1）根據(jù)每方混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，試拌80 L混凝土拌和物，進(jìn)行棍度、含砂、析水性、和易性、坍落度、容重、擴(kuò)散度、含氣量、壓力泌水率等性能指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)。根據(jù)試拌檢測(cè)結(jié)果，對(duì)混凝土配合比參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足設(shè)計(jì)和施工要求?；炷涟韬臀镄阅茉囼?yàn)成果見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)表

（2）外加劑的使用：根據(jù)配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行混凝土試拌的初凝時(shí)間為3 h，終凝時(shí)間為6 h，不滿足超深地連墻澆筑要求，增加緩凝劑后的初凝時(shí)間不小于12 h，終凝時(shí)間不小于20 h，滿足超深地連墻澆筑要求。

（3）攪拌站試拌：發(fā)料前，在攪拌站進(jìn)行試拌，確保外加劑攪拌均勻，檢查混凝土的和易性、坍落度及擴(kuò)散度。

2.2 交通準(zhǔn)備

I 期槽澆筑方量達(dá)1 000 m3，澆筑時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20 h，為保證澆筑的連續(xù)性，需提前規(guī)劃多條混凝土交通運(yùn)輸線路，并辦理高峰期通行手續(xù)，攪拌站實(shí)時(shí)監(jiān)控路上車(chē)輛行蹤。

根據(jù)不同的道路通行狀況，選擇不同的運(yùn)輸線路。路況按夜間運(yùn)輸路線、高峰期運(yùn)輸路線劃分。具體路線見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 夜間運(yùn)輸路線圖

圖2 高峰期運(yùn)輸路線圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工單位需確保槽段滿足澆筑混凝土的條件，澆筑混凝土的配套設(shè)施需要檢測(cè)質(zhì)量問(wèn)題。具體措施如下：

（1）混凝土澆筑前應(yīng)進(jìn)行二次清孔，II 期槽還需要進(jìn)行刷壁，確保沉渣厚度、泥漿指標(biāo)等滿足規(guī)范要求。圖3 為實(shí)際施工中刷壁施工圖。

圖3 刷壁器刷壁圖

（2）導(dǎo)管配節(jié)：導(dǎo)管內(nèi)徑30 cm，壁厚5 mm，采用38 節(jié)2.5 m 長(zhǎng)導(dǎo)管，最上端配1 節(jié)1.5 m 長(zhǎng)導(dǎo)管，澆筑前導(dǎo)管總長(zhǎng)96.5 m。在澆筑之前進(jìn)行泌水性試驗(yàn)，確保導(dǎo)管沒(méi)有裂縫，防止在澆筑過(guò)程中漏水，見(jiàn)圖4。

圖4 導(dǎo)管泌水性試驗(yàn)圖

（3）防堵管措施：為防止大塊凝固的混凝土進(jìn)入導(dǎo)管造成堵管，在儲(chǔ)料斗底裝上鋼筋網(wǎng)片，見(jiàn)圖5。

圖5 防堵管鋼筋網(wǎng)片圖

3 澆筑過(guò)程控制

3.1 混凝土進(jìn)場(chǎng)前檢驗(yàn)

罐車(chē)進(jìn)場(chǎng)前依次進(jìn)行檢驗(yàn)，到場(chǎng)混凝土坍落度、擴(kuò)散度必須滿足設(shè)計(jì)要求，且和易性好，不滿足要求的混凝土嚴(yán)禁進(jìn)場(chǎng)。本工程連續(xù)墻墻身混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為水下C35，P10，混凝土坍落度為180～220 mm。

3.2 澆筑方法選擇

施工過(guò)程中，使用兩種澆筑方法配合施工，分別是翻滾法和頂升法：

（1）翻滾法：埋管較淺，開(kāi)始澆筑時(shí)導(dǎo)管埋深在2～3 m 之間，澆筑時(shí)混凝土往外翻滾，把表面的沉渣往槽壁擠壓，有利于澆筑的順利進(jìn)行，適用于I 期槽大方量水下混凝土澆筑。

（2）頂升法：埋管較深，開(kāi)始澆筑時(shí)導(dǎo)管埋深在4～6 m 之間，澆筑時(shí)混凝土整體往上頂升，把槽壁連接處的浮渣進(jìn)行頂升清理，適用于接縫要求高的水下混凝土澆筑。

表3 給出了本工程具體混凝土澆筑方法的選擇，可以看出，Ⅰ期槽10～96 m 選擇的是翻滾法，0～10 m 選擇的是頂升法。槽內(nèi)10 m 以下時(shí)選擇翻滾法有利于其快速澆筑，上部10 m 選擇頂升法可以將底部淤積的沉渣頂出槽段；Ⅱ期槽底部6 m 選擇的是翻滾法，上部90 m 選擇的是頂升法，Ⅱ期槽澆筑方量相對(duì)較小，尤其是澆筑表面積小，Ⅱ期槽需要考慮到接縫質(zhì)量，因此選擇埋管較深的頂升法更加合適。

表3 混凝土澆筑方法選擇

3.3 Ⅰ期槽首方混凝土的確定

一期槽混凝土方量根據(jù)式（1）確定：

式中：V 為導(dǎo)管澆筑首方混凝土所需的用量，m3；D為導(dǎo)管直徑，取0.3 m；HC為首方混凝土設(shè)計(jì)要求澆灌深度，m，考慮澆注管底部距槽底30～50 cm，因此，HC取值為3 m；A 為槽內(nèi)澆筑段的橫截面面積，m2，Ⅰ期槽段A=9.84 m2；h1為槽內(nèi)混凝土高度達(dá)到時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱與導(dǎo)管外水壓平衡所需高度，m；HW為預(yù)計(jì)澆筑混凝土頂面至槽內(nèi)泥漿面的高差，m，取94.9m；γW為槽內(nèi)地下水的容重，考慮水中所含砂土率，取12 kN/m；γC為混凝土拌合物容重，取25 kN/m；

則h1=HW·γW/γC，=45.6 m；

則可得：Ⅰ期槽段V=34.24 m3。

為提高澆筑效率，實(shí)際澆筑過(guò)程中同時(shí)采用4輛灌車(chē)進(jìn)行混凝土澆筑。

3.4 封底混凝土澆筑

I 期槽封底澆筑時(shí)采用四輛罐車(chē)站在兩側(cè)同時(shí)澆筑，之后的澆筑采用兩輛車(chē)同時(shí)澆筑，II 期槽采用單根導(dǎo)管一輛車(chē)連續(xù)澆筑。

I 期槽槽段寬，封底需要的混凝土量大，且封底澆筑時(shí)不能中斷，期間中斷，易導(dǎo)致中斷部位形成“斷墻”，采用2 車(chē)同時(shí)澆筑時(shí)，混凝土不夠封底的量，后續(xù)車(chē)輛在就位澆筑的過(guò)程中耽誤的時(shí)間將會(huì)導(dǎo)致“斷墻”質(zhì)量事故的發(fā)生，采用4 車(chē)同時(shí)澆筑可以滿足封底需要，后續(xù)澆筑再采用常規(guī)的兩車(chē)澆筑即可滿足澆筑要求。

Ⅱ期槽槽段寬度較窄，因此首灌量小，1 車(chē)即可滿足首灌要求，且槽段工作面也僅能滿足1 輛混凝土車(chē)澆筑的需求，因此采用單根導(dǎo)管一輛車(chē)連續(xù)澆筑。

3.5 導(dǎo)管埋深控制

I 期槽由于混凝土澆筑時(shí)向兩側(cè)上翻，導(dǎo)管埋入混凝土不宜過(guò)深，每次拔管后埋深控制在2～3 m。

II 期槽混凝土澆筑時(shí)是整體頂升，導(dǎo)管埋深不宜過(guò)淺，每次拔管后埋深控制在4～6 m。

四車(chē)封底澆筑之后，再澆筑兩車(chē)，混凝土面從92.5 m 深度處上升到89 m 深度處，上升高度為3.5 m。同時(shí)在澆筑前抽取6 車(chē)混凝土取樣進(jìn)行混凝土初凝試驗(yàn)，試驗(yàn)得出初凝時(shí)間大于12 h，滿足澆筑要求。

澆筑速度：混凝土連續(xù)澆筑，沒(méi)有中斷，從澆筑記錄點(diǎn)線（見(jiàn)圖6）可以看出，前12 車(chē)澆筑速度為5 m/h，13～16 車(chē)的澆筑速度有明顯提高，為8.6 m/h，在最后20 m 的時(shí)候速度又明顯降低，為4.4 m/h。澆筑方量預(yù)測(cè)見(jiàn)圖7。

圖6 澆筑記錄圖

圖7 澆筑方量預(yù)測(cè)圖

4 澆筑異常情況分析與處理

4.1 澆筑過(guò)程

首次澆筑I-1 幅混凝土?xí)r，在完成四車(chē)封底混凝土澆筑后，測(cè)繩測(cè)槽深度93 m，混凝土上升高度4.2 m，導(dǎo)管埋深3.9 m，無(wú)拔管。在大斗換小斗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)拔管困難，換斗共耗時(shí)26 min。

5、6 車(chē)開(kāi)始澆筑后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土無(wú)法順利下落，疑似出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，吊車(chē)配合數(shù)次拔管后堵管未消除，澆筑終止。此時(shí)拆管后發(fā)現(xiàn)管內(nèi)混凝土均已初凝無(wú)流動(dòng)性，堵管現(xiàn)狀見(jiàn)圖8。

圖8 拔管后底部混凝土凝結(jié)圖

4.2 原因分析

根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)以及詳細(xì)分析，得出以下造成堵管的主要原因：

（1）由于混凝土配合比設(shè)計(jì)未考慮地下連續(xù)墻超深因素的影響，混凝土初凝時(shí)間較短是造成堵管的主要原因。

（2）混凝土運(yùn)輸線路長(zhǎng)，且未選擇繞城高速通行，混凝土到場(chǎng)后押車(chē)等待時(shí)間長(zhǎng)，第6 車(chē)到達(dá)后才開(kāi)始澆筑，第1 車(chē)從攪拌站出場(chǎng)到開(kāi)始澆筑間隔時(shí)間約90 min。

（3）對(duì)澆筑過(guò)程中所遇到的問(wèn)題處理不及時(shí)，在封底混凝土澆筑后出現(xiàn)的混凝土下落不順暢后，未能有效處置。

4.3 采取措施

在發(fā)現(xiàn)堵管問(wèn)題后，采取如下有效措施解決堵管問(wèn)題：

（1）在攪拌站進(jìn)行配合比增加緩凝劑試驗(yàn)，試驗(yàn)合格方可再次開(kāi)盤(pán)澆筑I-1 幅地連墻；

（2）優(yōu)化混凝土運(yùn)輸線路，縮短運(yùn)輸時(shí)間；

（3）優(yōu)化導(dǎo)管拆管方案，縮短導(dǎo)管拆管時(shí)間；

（4）每澆筑完2 車(chē)算好混凝土面的高度，嚴(yán)格控制拔管時(shí)間，禁止把導(dǎo)管拔出混凝土面；

（5）優(yōu)化混凝土罐車(chē)發(fā)車(chē)間隔，盡量減少混凝土罐車(chē)從出廠后直至灌注開(kāi)始的等待時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

依托昆明某超深基坑項(xiàng)目地下連續(xù)墻工程，對(duì)大體積水下混凝土澆筑進(jìn)行了分析研究，得出以下結(jié)論：

（1）嚴(yán)格控制混凝土配合比，以滿足設(shè)計(jì)和施工要求；

（2）澆筑前，協(xié)調(diào)好各方單位的職責(zé)以及明確注意事項(xiàng)，并提前規(guī)劃好交通路線，保障澆筑過(guò)程中混凝土澆筑不中斷；

（3）澆筑混凝土的各種設(shè)備設(shè)施需要提前檢查，確保澆筑時(shí)不發(fā)生設(shè)備故障；

（4）選擇合適的澆筑方法，控制好導(dǎo)管埋深；

（5）計(jì)算好首灌量，確保封底成功。