超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)及控制

張漢卿ZHANG Han-qing

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100043）

0 引言

在城市發(fā)展進(jìn)程中，地上空間是非常有限的，所以很多建筑項目開始大范圍的開發(fā)地下空間。但是地下空間雖然大，但是存在諸多不確定性因素，受到地理環(huán)境、地質(zhì)條件等多種原因的影響，施工難度相對較大，危險系數(shù)較高，對于施工技術(shù)的要求會更加嚴(yán)格[1]。特別是最近幾年，我國交通事業(yè)發(fā)展速度越來越快，地鐵成為了人們出行的主要交通工具，在建設(shè)過程中，施工技術(shù)的嚴(yán)格控制便成為了關(guān)鍵。當(dāng)前地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)以地下連續(xù)墻為主，考慮到施工要求，地連墻深度逐漸擴(kuò)大，有些甚至超出了50m，現(xiàn)場施工各個環(huán)節(jié)都將面臨著較大的挑戰(zhàn)。目前關(guān)于此方面的研究還是比較豐富的，但是學(xué)者的研究大多數(shù)只針對某一層面進(jìn)行分析，涉及面較窄，并且理論研究居多，技術(shù)研究僅占極少部分。基于此，本文以施工技術(shù)為研究的切入點(diǎn)，并且通過具體的案例，詳細(xì)分析了超深地下連續(xù)墻施工中導(dǎo)墻、成槽、鋼筋籠、混凝土澆筑環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)之上給予了針對性的建議，目的就是為了從技術(shù)層面提出切實可行的方法與思路，促進(jìn)交通領(lǐng)域建設(shè)項目高質(zhì)量發(fā)展。

1 超深地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)及計算公式

1.1 導(dǎo)墻環(huán)節(jié)

放樣測樣時以設(shè)計圖紙為依據(jù)，將原路面破除，確保破除線保持順直，其他位置也不能遭受破壞；為保證成槽機(jī)更好的成槽，可適當(dāng)將土方邊線向外擴(kuò)展；通常情況下導(dǎo)墻施工環(huán)節(jié)布置的是C12@200 豎向主筯以及A12@200水平鋼筋，搭接時使用的是綁扎的方法；木模板與木支撐、鋼模板與鋼支撐均可以作為支撐系統(tǒng)；澆筑混凝土之前要對模板穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗，避免縫隙太大；澆筑時要對稱，搗固時間隔0.5m，排出混凝土中的氣泡；待混凝土強(qiáng)度大于70%時方可將模板拆除，上下道支撐可使用方木，導(dǎo)墻中回填的土方要進(jìn)行壓實處理；分幅線繪制于導(dǎo)墻頂部，單元槽段要合理編號，將每幅頂面標(biāo)高明確，以便于鋼筋籠安裝時有充足的數(shù)據(jù)可以用來參考。

1.2 成槽環(huán)節(jié)

在成槽施工環(huán)節(jié)技術(shù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是垂直度的明確，一方面要結(jié)合要求，另一方面要考慮到偏差，以1/300 為參考依據(jù)，地下連續(xù)墻垂直度計算公式如下所示。

此公式中的α 代表的是槽段長度系數(shù)；β 代表的是槽段深度系數(shù)；D 代表的是連續(xù)墻寬度；d 代表的是鋼筋籠籠高；h 則代表的是連續(xù)墻設(shè)計深度，在實際情況過程中，可以結(jié)合工程實情進(jìn)行取值。除此之外，槽壁穩(wěn)定性也是成槽施工環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，因為受到支護(hù)力問題的影響，槽壁極易出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，此時就需要在成槽施工之前驗算穩(wěn)定性，具體計算公式如下所示：

公式中不同的字母代表不同的指標(biāo)，具體見表1 所示。

表1 成槽穩(wěn)定性驗算指標(biāo)統(tǒng)計表

通過以上公式便可以看出，無論是將泥漿重度增大，還是將泥漿液面高度提高，都可以將槽壁穩(wěn)定性增強(qiáng)，而且在成槽施工環(huán)節(jié)，最大限度降低開槽區(qū)域內(nèi)大量物資的堆放，或者避免重車來回行駛，同樣也能夠降低槽壁變形發(fā)生的幾率，對于穩(wěn)定性的提高也有一定的促進(jìn)作用[2]。

1.3 鋼筋籠制安環(huán)節(jié)

地下連續(xù)墻使用的鋼筋籠與結(jié)構(gòu)墻體鋼筋非常相似，以縱向主筋、水平分布筋、拉筋、桁架筋、剪力筋、吊筋等構(gòu)成，整個鋼筋籠體積較大，較重，對于制定與安裝有著較高的要求[3]。其中H 型鋼多以成品為主，也有部分施工方會選擇現(xiàn)場制作與加工，此時就要嚴(yán)把材料這一關(guān)，同時還要做好焊縫處理；水平桁架筋和水平鋼筋以及豎向桁架和主筋間連接時多使用焊接的方法；主筋間連接則使用螺紋套；水平鋼筋和豎向主筋連接使用的是點(diǎn)焊法；主副吊起吊以后，空中操作時會慢慢轉(zhuǎn)向由主吊將鋼筋籠重量承擔(dān)起來，副吊不再承重，主吊會將其緩慢吊入槽中。在吊裝鋼筋籠時要嚴(yán)控變形及彎曲問題，由于主吊與副吊間有著較大的撓度，所以可以通過電焊的方法將桁架鋼筋、主筋、分布筋進(jìn)行加固；同時還要強(qiáng)化首道吊點(diǎn)橫向桁架；適當(dāng)將縱向桁架數(shù)量增加一些；吊點(diǎn)部位調(diào)整過程中，主吊、副吊間距調(diào)整為規(guī)定距離；吊裝進(jìn)行轉(zhuǎn)體環(huán)節(jié)要將主副吊移位到吊裝合適位置，卸扣安裝于吊點(diǎn)部位，對鋼絲繩穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，水平起吊時，鋼筋籠慢慢上升，待到達(dá)0.5m 的時候，對鋼筋籠拆焊、變形情況檢查；主吊吊鉤繼續(xù)向上升起，副吊結(jié)合鋼筋籠距離地面的位置，給予主吊操作一定的輔助，速度要慢、要穩(wěn)；如果鋼筋籠被全部吊起以后，主吊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，副吊則調(diào)整為合適位置，直到鋼筋籠與地面保持垂直距離；這時候可以將副吊和吊具間的連接拆除，撤離施工區(qū)域；而此時主吊仍然要繼續(xù)操作，直至鋼筋籠吊到槽段上方位置，平穩(wěn)放置鋼筋籠。

2 超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)案例

2.1 工程概況

本次研究選取的案例為某車站標(biāo)準(zhǔn)段施工，本施工段屬于湖沼相沉積平原地貌單元，上部為新近堆積的填土、湖沼上沉積的粘性土層和海相沉積的淤泥質(zhì)軟土層，中、下部為沖湖相、河湖相沉積的粘性土層、砂層及圓礫層，下伏基巖為下白堊統(tǒng)黃尖組凝灰?guī)r。案例工程中底板埋深約16.7m，盾構(gòu)井段底板埋深18.7m，標(biāo)準(zhǔn)段、盾構(gòu)井段底板位于1-2 層淤泥，地基土壓縮性高，易產(chǎn)生過大沉降量，地基土穩(wěn)定性差，屬不穩(wěn)定地基，地基土均勻性較好，屬較均勻地基。

2.2 地質(zhì)水文概況

案例工程地質(zhì)水文自上而下依次是碎石填土、索填土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土、黏土。車站底板主要位于淤泥質(zhì)黏土；地墻墻趾位于黏土、粉質(zhì)黏土以及黏土間。不同的地質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)有所不同，具體見表2 所示。

表2 案例工程淤泥質(zhì)黏土與淤泥粉質(zhì)黏土物理力學(xué)指標(biāo)對比

2.3 導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻按50m 分段施工，基礎(chǔ)開挖采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，開挖成型以后在基礎(chǔ)底部鋪設(shè)一層5cm 厚混凝土墊層，然后在墊層表面進(jìn)行施工放樣、鋼筋綁扎、支立模板、澆搗混凝土、人工收面、拆模、回填、灑水養(yǎng)護(hù)。因成槽機(jī)的抓斗寬2.8m，同時由于分幅槽寬等原因，為確保地下連續(xù)墻成槽時能順利進(jìn)行以及轉(zhuǎn)角斷面完整，轉(zhuǎn)角處導(dǎo)墻需沿軸線外放不小于0.1m。導(dǎo)墻施工時墻趾應(yīng)插入未經(jīng)擾動的原狀土層中；T 字、Z 字幅導(dǎo)墻深度和鋼筋應(yīng)加強(qiáng)；導(dǎo)墻拆模后設(shè)置兩檔對撐，并向?qū)蟽?nèi)回填土方，以免導(dǎo)墻位移。

2.4 成槽施工

為了確保成槽過程中槽壁更加穩(wěn)定，在使用成槽機(jī)開挖時，要一邊開挖一邊往槽段中及時補(bǔ)充泥漿，使泥漿液面始終保持在導(dǎo)境況頂面以下50cm 位置[4]。成槽施工中垂直度的把控是關(guān)鍵，使成槽機(jī)保持水平狀態(tài)，由專人指揮，抓斗下槽準(zhǔn)且穩(wěn)，確保地下連續(xù)墻垂直度在1/300 以內(nèi)。針對單元槽段施工采用三抓的方法，由兩側(cè)開始，挖至2.8m 寬以后挖中間槽壁位置。在兩側(cè)已經(jīng)挖空以后要保證抓斗兩側(cè)均衡受力，必要時進(jìn)行糾偏操作，確保成槽垂直度與要求相符。針對連接以及閉合槽施工時使用兩抓的方法，單抓寬為2.8m，然后再未完成一抓操作，最大限度降低槽段暴露時間，避免出現(xiàn)塌方事件。具體的成槽順序見圖1 所示。圖示中標(biāo)注的數(shù)字代表的是成槽的具體順序。

圖1 地連墻單元槽段成槽順序圖（左為正視圖，右為側(cè)視圖）

2.5 鋼筋籠施工

地下連續(xù)墻在鋼筋籠施工過程中要保證長度，必須在55-57m 間，素混凝土段處于鋼筋籠下方7m 位置，鋼筋籠厚度為1.06m，寬度則是5m。兩側(cè)保護(hù)層設(shè)置為7cm，每一個都要有相應(yīng)的鋼墊塊，使用的鋼接頭為工字形狀的[5]。鋼筋籠上節(jié)是44m，下節(jié)是13m。同時在施工之前將現(xiàn)場打掃干凈，準(zhǔn)備充足的設(shè)備及工具。焊接鋼筋籠的時候要以具體要求為依據(jù)，保證焊縫及長度達(dá)標(biāo)。質(zhì)量驗收過程中要劃分不同的類型，其中包括鋼筋籠半成品、上下排鋼筋、桁架、預(yù)埋件、整體驗收等諸多內(nèi)容。吊裝施工時由專人負(fù)責(zé)對吊裝參數(shù)檢測，布置警戒線，提高安全系數(shù)。為保證吊裝時更加穩(wěn)定，合理設(shè)計吊點(diǎn)，使鋼筋籠受力均衡，榀桁架數(shù)量要充足，彎曲位置還要增加加強(qiáng)筋，確保安全吊裝。待每一個環(huán)節(jié)施工結(jié)束以后，由監(jiān)理人員驗收合格以后才能進(jìn)行下一步操作。

2.6 混凝土澆筑

本案例使用的是強(qiáng)度等級水下C35 混凝土，抗?jié)B性達(dá)到了P10。為了使地下連續(xù)境況能夠達(dá)到較好的澆筑效果，混凝土和易性優(yōu)勢突出，進(jìn)入泵中以后的塌落度保持在180-220mm 間。針對“一”字型槽槽段灌注時使用的是兩支導(dǎo)管，首次澆筑時導(dǎo)管距離槽底0.5m 以內(nèi)，開始灌注時裝有混凝土的罐車會直接澆筑至槽口導(dǎo)管內(nèi)；針對“L”字型、“Z”字型地下連續(xù)墻，綜合考慮了混凝土液面要達(dá)到均勻上升的要求，灌注時適當(dāng)增加了導(dǎo)管數(shù)量，確保液面最高和最低高差值在0.3m 以內(nèi)。并做好相應(yīng)的記發(fā)，保證施工達(dá)標(biāo)。澆筑時混凝土面高度的探測使用的是測錘，以此來推算出混凝土中導(dǎo)管深度。施工時要考慮到環(huán)境污染問題，為此要及時處理溢出泥漿。槽口位置安裝了蓋板，主要是避免混凝土掉入。兩個導(dǎo)管同一時間進(jìn)行澆筑，混凝土面均勻升起。導(dǎo)管和混凝土液面保持2-6m 間距，連續(xù)性進(jìn)行澆筑，間隔時間應(yīng)該在30min 內(nèi)，保證混凝土面升起的速度在3m/h 之內(nèi)。澆筑混凝土?xí)r具體的施工要求見圖2 所示。

圖2 混凝土澆筑示意圖

3 超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)控制要點(diǎn)

3.1 結(jié)合地質(zhì)條件，合理選擇挖槽方案

超深地下連續(xù)墻施工環(huán)節(jié)涉及到的細(xì)節(jié)非常多，而且極易受到地質(zhì)條件的影響，特別是在地質(zhì)變化較大的情況下，施工現(xiàn)場有一些槽段土質(zhì)堅硬，無形之中加大了難度，這也在很大程度上使得成槽精度大幅度降低。此時就要綜合考慮地質(zhì)條件，保證挖槽方案的合理性、可行性，一方面要制定抓斗挖槽方案，另一方面還要系統(tǒng)化的分析沖擊成槽等情況，只有將多種情形有效結(jié)合在一起，做到深入分析，細(xì)致探討，才能制定出更加合理的挖槽方案。

3.2 依據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)致劃分槽段

劃分槽段同樣也是非常重要的，必須要根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)。挖槽是按照一個個單元槽段進(jìn)行挖掘的，在一個單元槽段內(nèi)，挖掘機(jī)械可以挖一個或幾個挖掘段。劃分單元槽段就是將各種單元槽段的形狀和長度標(biāo)明在墻體平面圖上，它是地下連續(xù)墻施工組織設(shè)計中的一個重要內(nèi)容。單元槽段的最小長度不得小于一個挖掘段，即不得小于挖掘機(jī)械的挖土工作裝置的一次控土長度。從理論上講單元槽段愈長愈好，因為這樣可以減少槽段接頭數(shù)量，增加地下連續(xù)段的整體性和截水防滲能力，而且簡化施工，提高工效。但是在實際工作中，單元槽段的長度又受到諸多因素的限制，必須根據(jù)設(shè)計、施工條件進(jìn)行綜合考慮。決定單元槽段長度的因素有：①設(shè)計構(gòu)造要求。如墻的深度和厚度；②地質(zhì)水文條件。當(dāng)土層不穩(wěn)定時，為防止槽壁倒坍，縮短挖槽時間，應(yīng)減少單元槽段的長度；③地面荷載及相鄰建筑物的影響。較大的地面荷載和高大的建筑物會增大槽壁受到的側(cè)向壓力，影響槽壁穩(wěn)定性，這種情況下應(yīng)縮短單元槽段長度，以縮短槽段開挖與暴露時間；④現(xiàn)有起重機(jī)的起重能力和鋼筋籠的吊放方法。鋼筋籠多為整體吊裝，要根據(jù)施工單位的起重機(jī)械的起重能力，估算鋼筋籠的重量及尺寸，以此推算單元槽段長度；⑤單位時間內(nèi)混凝土的供應(yīng)能力。一般情況下一個單元槽段長度內(nèi)的全部混凝土，宜在4h 內(nèi)（混凝土初凝前）澆筑完畢；⑥工地上具備的泥漿池容積；⑦混凝土導(dǎo)管的作用半徑；⑧施工技術(shù)的可能性，連續(xù)操作有效工作時間等因素，其中最重要的是要保證一個單元槽段在挖掘、吊放鋼筋籠和灌注混凝土期間槽壁的穩(wěn)定性[6]。一般情況下，多采用2～4 個挖掘段（控槽機(jī)的一個最小挖掘長度作為一個挖掘段）組成一個單元槽段，長度多為4～8m，但也有取10m 甚至更長的情況。結(jié)合以上劃分標(biāo)準(zhǔn)，一方面不會破壞到槽壁穩(wěn)定性，另一方面也全面考慮到了建筑物周邊環(huán)境、挖槽機(jī)類型等諸多因素，在有效執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，才能最大限度降低接頭數(shù)量的產(chǎn)生，促進(jìn)施工效率、地連墻防水性、整體性的提高。

3.3 嚴(yán)格防止導(dǎo)墻開裂以及位移問題的發(fā)生

導(dǎo)墻施工的目的就是為了保證挖槽機(jī)操作時有足夠的泥漿，避免槽口出現(xiàn)坍塌事件，使施工環(huán)節(jié)水平及豎直測量操作時可以作為參考的依據(jù)，同時也可以使混凝土管安裝、挖槽機(jī)架設(shè)時提供支點(diǎn)。導(dǎo)墻施工關(guān)鍵在于降低開裂、變形、位移等問題的發(fā)生。所以在此環(huán)節(jié)要特別注意拆模以后將支撐體系架設(shè)于墻體上，這樣可以在很大程度上確保混凝土具備一定的強(qiáng)度，并且一切重型機(jī)械設(shè)備不得在導(dǎo)墻周邊放置或者停留。

3.4 準(zhǔn)確把握地連墻鋼筋吊裝方案制定要點(diǎn)

地連墻鋼筋籠尺寸的確定應(yīng)該以單元槽段為依據(jù)，保證吊裝方案制定以及實施的合理性、科學(xué)性的基礎(chǔ)之上，使鋼筋籠整體剛度滿足要求。同時還要結(jié)合鋼筋籠重量、起吊方式、吊點(diǎn)部位等諸多層面，將2 榀-4 榀縱向鋼筋桁架、主筋平面斜向拉條設(shè)置在鋼筋籠內(nèi)部，主要是為了避免起吊操作過程中鋼筋籠出現(xiàn)橫向變形問題，或者在吊放于槽中的時候出現(xiàn)變形情況。

3.5 地連墻混凝土必須符合配合比設(shè)計要求

澆筑混凝土是地連墻施工中的重要環(huán)節(jié)，可考慮使用導(dǎo)管澆筑水下混凝土的方式，此方法和水上澆筑對比，前者調(diào)整了各項指標(biāo)，保證了指標(biāo)數(shù)值的合理性，與設(shè)計要求更加匹配。在施工環(huán)節(jié)，要以具體規(guī)范與要求為依據(jù)進(jìn)行導(dǎo)管澆筑操作，以此來確保混凝土配合比的合理性。同時還要考慮到澆筑效果塌落度具備一定的流動性，以免發(fā)生離析問題，保證槽內(nèi)基本均衡水平大幅度提升。也可將適量木質(zhì)素磺酸鈣添加至混凝土內(nèi)，借助外劑作用，使混凝土和易性得到較好的改善，促進(jìn)塌落度增加的同時，強(qiáng)度提升。

4 結(jié)束語

在建筑施工領(lǐng)域，地下連續(xù)墻施工是目前交通建設(shè)中極其常見的手段，隨著連續(xù)墻深度的逐漸擴(kuò)大，也使得施工面臨著較大的挑戰(zhàn)。為此，施工單位要特別重視超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)的掌握與應(yīng)用，把握每一個環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，進(jìn)而才能保證施工質(zhì)量。