《软硬交替地层超深地下连续墙施工技术》
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摘 要：基于杭州地区上部软土、下部硬质岩的软硬交替地层中超深地下连续墙施工背景,文章针对杭州某地铁车站、过江隧道、供水管道等地下连续墙成槽时间长易导致失稳、成槽垂直度控制难、钢筋笼对接质量控制难等问题,通过采取台阶式交替开挖、超声波检测加强过程跟踪、钢板加焊修正槽壁前后偏差、千斤顶微调下笼姿态等施工技术措施,保证基坑工程的地下连续墙施工质量,接缝位置处均无渗漏水现象.
关键词：地铁车站;过江隧道;地下管线;软硬交替地层;超深地下连续墙;施工技术
中圖分类号：U455.452
随着地下浅层空间开发的渐趋饱和,基坑开挖等众多岩土工程向更深层发展,地下连续墙作为深基坑开挖的围护结构,设计深度也在不断增加.面临更深地层中的复杂地质条件,尤其是在上覆软土、下伏硬质岩的软硬交替地层中,地下连续墙成槽、钢筋笼吊装及混凝土浇灌等工序易出现成槽上部塌方、上下钢筋笼接头处因刚度不足而断裂等问题.为解决软硬交替地层中超深地下连续墙施作的难题,本文对成槽开挖、钢筋笼对接等过程的技术要点进行研究分析,提出台阶式交替开挖、千斤顶控制钢筋笼对接姿态的施工技术措施,使得地下连续墙的变形及渗漏水控制满足相关要求.
1 工程特点及难点
杭州地区地质在地表以下30m范围内主要为粉土、黏土等软土地层,随深度增加,在30～50m深度范围粉土层与圆砾、卵石层交替分布,50m以下深度主要分布有强风化及中风化岩层.诸多地铁车站、盾构隧道工作井的地下连续墙深度已经超过50m,在超深地下连续墙的施作过程中主要存在以下特点及难点.
（1）槽段深度深,垂直度控制难度大.地下连续墙成槽过程中在软硬地层交替部位易出现垂直度偏差大的问题,同时由于下部存在较厚的圆砾、卵石及强风化岩层,成槽耗时长、效率低,上部塌方风险大,容易造成钢筋笼下放遇阻、相邻段出现错缝等现象.
（2）钢筋笼对接质量控制难.超深地下连续墙的钢筋笼需要采用分节吊装的形式安装,若对接质量控制不当,上下笼接头处容易因刚度不足产生凹凸变形甚至断裂,严重影响地下连续墙施工质量与工程安全.
（3）工字钢接头混凝土易绕流.由于槽段深、工字钢长度长,易出现接头倾斜侵界、工字钢变形侵界现象,同时混凝土浇筑时间长,反力箱起拔难度大,易产生混凝土绕流,进而导致接头漏水、漏砂,增加开挖风险.
2 施工技术措施
2.1 成槽开挖地下连续墙成槽采用液压抓斗工法,为提高工作效率,特配备具有垂直度显示仪表和自动纠偏装置的金泰SG46A成槽机、利勃海尔成槽机进行组合施工,并进行随挖随测随纠.成槽过程中控制要点如下.
（1）同时开挖的2个单元槽段之间的净距离不应小于5m,并应先开挖远离接头箱一端的槽壁.单元槽段内开挖顺序见图1.
（2）为避免在成槽穿越软硬交替地层的过程中因塌方引起卡斗、埋斗事故,采用台阶式交替开挖法施工,每一抓掘进至15～20m后,开始挖掘第2抓,并以此类推直至挖掘至槽底设计标高;同时控制成槽开挖速度,定期检查槽孔偏移情况,通过成槽设备配备的自动纠偏装置,对槽段进行测量纠偏.
（3）槽段开挖完成后,用超声波测壁仪对槽段内开挖面、迎土面、左右端头面等进行扫描,以测量地下连续墙垂直度及成槽状态,对地下连续墙成槽质量进行评价（图2）.
2.2 刷壁及槽段扫孔工字钢接头止水性能可靠,超深地下连续墙施工采用此种接头止水.相邻2幅地下连续墙间的刷壁是地下连续墙接缝防水质量的关键工序,连续墙先行幅、后继幅间的接缝为整个围护结构防水的薄弱环节,接头处易发生绕流或夹砂、夹泥,是造成渗漏的主要原因.该过程控制要点如下.
（1）在成槽结束时,用成槽机抓斗紧贴既有槽壁端头上下清理数次,以清理槽壁处障碍物,并使本槽壁墙体与既有槽壁墙体处在同一个垂直平面,避免2幅地下连续墙出现错台.
（2）采用增加了刷壁器重量、钢刷数量和增加反面刮刀的重型双头刷壁器进行刷壁.首先用该刷壁器的刮板端头清理已成槽槽壁端头块状泥土、土渣,待块状泥土清理完毕后,用刷壁器带钢丝侧对端头进行上下刷壁,刷壁次数不应少于20次,使刷壁器的刷壁钢丝在最后一次刷壁后不残留任何土渣和泥皮.
（3）在成槽完成后和吊装钢筋笼前应进行2次槽段扫孔,该过程控制要点如下：①成槽完成后,采用抓斗清理槽底淤泥和沉渣,保证清底后槽底沉淀物厚度小于100mm;②清孔时控制吸浆量与补浆量的平衡,不能让泥浆溢出槽外或让浆面落低到导墙顶面以下30cm.
2.3 上下钢筋笼对接超深地下连续墙钢筋笼采用分节吊装形式安装,下钢筋笼固定搁置在导墙后面位置,但常因导墙标高误差、搁置环安装误差导致钢筋笼难以准确处于垂直状态,上钢笼在起吊达到竖直后,因水平重心偏差也难以准确处于垂直状态,这使得多数钢筋无法对接或对接存在质量缺陷.为保障上下钢筋笼对接质量,采用千斤顶微调下笼姿态实现对接,操作流程如下.
（1）下钢筋笼入槽前,根据搁置环平面位置在导墙上内外两侧各放置2个20 t千斤顶（图3）.
（2）下钢筋笼入槽后,将钢扁担穿入并置于内外两侧千斤顶正上方,此时千斤顶处于闭合状态（图4）.
（3）上钢筋笼吊装至槽段口并处于垂直状态稳定不晃动后,根据上下钢筋笼钢筋间的垂直距离,通过吊车向下放上钢筋笼、千斤顶向上顶升下钢筋笼联合控制的方式保证上下钢筋笼对接质量（图5）.
2.4 混凝土浇筑为避免混凝土浇筑过程中工字钢接头出现绕流现象,采用以下措施进行控制和处理.
（1）混凝土浇筑前使用提升架安装混凝土导管（图6）,2个导管间距不大于3 m,导管底部与槽底相距300～500mm.混凝土开浇前检查导管接口是否密封良好,并在导管内放置保证混凝土与泥浆隔离的管塞.
（2）在钢筋笼入槽后4 h之内浇注混凝土.
（3）混凝土浇灌速度不应小于3m/h,中间停顿时间不大于30 min.
（4）若发生绕流,采用安装于成槽机斗头上的40mm厚刮刀进行冲击刮剔.
2.5 墙端反力箱安装及起拔墙端反力箱安装于钢筋笼,安放完毕后,采用履带吊逐节依次垂直吊入槽内（图7a）,其过程如下.
（1）第1节反力箱吊入槽内一定深度后,在上部扁担孔内插入铁扁担使第1节反力箱置于导墙顶升架上.
（2）吊车松钩第1节反力箱,之后吊入第2节反力箱并同第1节反力箱进行连接,连接稳定后拔出插在反力箱内的铁销,吊车继续下放安装第2节反力箱.
（3）反力箱顶拔时间定于混凝土终凝前（混凝土浇筑后7～8 h）,终凝后再逐节拔出反力箱（图7b）.
（4）反力箱顶拔时应由顶升架先向上顶起,待分节长度达到可拆卸的高度后,敲出反力箱连接部位的插销并吊出反力箱,第1节拔出后,重复上述工序,直至全部拔出.
3 工程应用
3.1 杭州市某过江隧道围护结构工程
杭州市某过钱塘江隧道工程江南段地下连续墙部分基坑长度约为205m,江南段工作井地下连续墙深度63m（进入强风化砂砾岩3m）,厚度1.2m,采用工字钢接头,共计21幅,最大钢笼重量100.15t,采用分段2节的形式对接入槽,上笼长度44m,下笼长度19m.
3.2 杭州地铁某站1
杭州地铁某站1基坑外包长度142m,开挖深度25.016～26.761m,端头井最深处26.77m,车站围护结构为地下连续墙,标准段厚1.0m,端头井墙厚1.2m,共计61幅,深度分为57m、64m 2种（进入强风化蚀变凝灰岩）,采用分段2节形式对接入槽,上笼长度45m,下笼长度12m、19m.
3.3 杭州地鐵某站 2
杭州地铁某站2为换乘站,车站长172.17m,标准段宽21.3m,覆土厚度3.2m.车站基坑围护结构选用1.2m厚、1m厚地下连续墙（工字钢接头）,墙长57.28m,共计79幅.钢筋笼采用分段2节形式对接入槽,上笼长度45m,下笼长度12m.
3.4 某供水管道工程
杭州市某供水管道工程线路总长28.6km,盾构隧道共设8个工作井,其中G4工作井地下连续墙深49.8m,基坑开挖深度约21m,围护结构选用1m厚地下连续墙（采用工字钢接头）,共计20幅,钢筋笼长度49.57m;G5工作井地下连续墙墙深50.8m,基坑开挖深度约21m,围护结构选用1m厚地下连续墙（采用工字钢接头）,共计20幅,钢筋笼长度50.57m.
4 结论
（1）在软硬交替地层中进行超深地下连续墙成槽开挖应采用台阶式交替开挖法,开挖过程中通过成槽机自动纠偏装置进行控制,成槽后利用超声波测壁仪在槽段内及时扫描评价,可实现地下连续墙高效高质量成槽,解决了槽段上部塌方、钢筋笼下方受阻等问题.
（2）钢筋笼吊装和上下钢筋笼对接施工,采用吊车向下放上笼、千斤顶向上顶升下笼联合控制的方式实现钢筋笼精确对接,可保障地下连续墙成型质量和基坑开挖安全.
（3）通过对超深地下连续墙施工中成槽开挖、刷壁、槽段扫孔、上下钢筋笼对接、混凝土浇筑和反力箱安装及起拔等工序的全过程高效控制,实现了在4项工程实例中的成功应用,对软硬交替地层中超深地下连续墙的施工控制具有很好的借鉴性和指导意义.
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收稿日期 2019-10-30
责任编辑 朱开明
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