超深地下连续墙施工技术及质量控制.pdf

・隧道／地下工程・刘学文ｆ中铁十六局集团地铁工程有限公司北京１００１２４）摘要针对天津软土地区超深地下连续墙施工难点，结合京津城际延伸线工程解放路隧道明挖区间及盾构始发井的地连墙施工实践，采取理论与实践相结合的研究方法，在施工工艺、关键技术、质量控制方法和质量问题处理措施等方面进行了探讨，为今后类似的工程项目提供技术参考＝关键词超深地下连续墙质量控制中图分类号ｕ４５５．４５２文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１４）增１０２４ｌ０４１引言３工程地质及水文地质地下连续墙法已经代替很多传统的施工方法，用于基础工程的很多方面。在它的初期阶段，基本上都是用作防渗墙或临时挡土墙。通过开发使用许多新技术、新设备和新材料，现在已经越来越多地用作结构物的一部分或用作主体结构，最近１０年更被用于大型的深基坑工程中。随着地下连续墙的应用越来越广泛，涉及深度越来越大，遇到地质情况也越来越复杂，随之引起的施工难度也越来越大，相应出现的质量事故也越‘来越多¨。因此，对地下连续墙的施工技术和质量控制方法研究具有重要意义。２工程概况京津城际延伸线解放路隧道工程西起塘沽客运站，东至于家堡客运枢纽站。线路全长３３５０ｍ，其中路基路堑段全长５５０ｍ，解放路隧道全长２．８０ｋｍ，隧道施工采用明挖和盾构２种工法，明挖段长５５１．５ｍ，盾构段长２２４８．５ｍ，盾构直径１１．９７ｍ，采用泥水平衡盾构机掘进。明挖隧道围护结构形式采用钻孑Ｌ灌注桩＋双排搅拌桩＋钢支撑和地下连续墙＋钢支撑２种。地连墙厚度在明挖区间为８００ｍｍ，盾构井位置为ｌ０００ｍｍ。地连墙深度在明挖区间为２８～３６ｍ，在盾构井位置为６３．５ｍ。——收稿日期：２叭４０３３０铁道建筑技术ＦｆＡｆＬｗＡｙⅡＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁『０～－ｃＪＨＮＯＬＯＧｙ区间范围内地层分为９层，主要以淤泥质黏土和淤泥质粉质黏土为主。地下水位位于地表下１．５ｍ，水平方向上由北向南形成补给，在垂直方向，下覆含水岩组接受上覆含水岩组的渗透补给，地下水具有微承压性。潜水对混凝土具硫酸盐、镁盐侵蚀。盾构井基底开挖深度为一２４．６ｍ，已经进入粉土微承压水层，为确保开挖时基底不隆起，地连墙必须切断粉细沙承压水层插入一５５ｍ范围粉土层。地连墙设计深度６３．５ｍ，地连墙施工穿越淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土层、粉沙层和粉土层。地下水水头高度为一８．９９ｍ，在明挖隧道基坑开挖时，将受到海河水及海水的双重影响。４超深地下连续墙施工的关键技术４．１槽壁加固根据前期专家论证会的意见，为了改善地连墙两侧土质，减少塌孑Ｌ，增加导墙地基承载力等，需对解放路隧道明挖段地连墙两侧采用水泥土搅拌桩进行加固，如图１。４．２泥浆配制、循环和处理要筑成一段符合设计要求的地下墙，先决条件是能够挖出一个单元槽段，并要保持单元槽段的槽壁稳定。必须从一开始挖槽，就向槽内灌筑泥浆，并要在挖槽的全过程中及时向槽内补充泥浆，使泥浆始终充满槽段空问，直到浇混凝土时被混凝土置换出槽为止。否则不是无法挖成槽段，导致施工失败，就是在２０１４Ｉ增１）２４１万方数据・隧道／地下工程・施工过程中发生槽壁坍塌事故，造成工程质量问题。１’…”ｌ盱臂明杯１甸＼／，／，，ｊ＾广｝广七Ｋ＼＼＼、～、逖。，蔓鬓素／＼／弋地下曩＼连续墙乏弋—、ｒ．ｎ，霾鲤驾嘭彩隧ｃ２０素／毳、水泥搅拌混凝土，．ｉ≯水泥搅拌／巧，／桩加固≯桩加固！§嗽８ＱＱ＃！§Ｑ图１槽壁加固示意在地下连续墙工程中，泥浆的使用量相当于挖槽的土方量，泥浆的费用在工程总费用中占一定比例，如果在设计泥浆性能指标时盲目追求泥浆的护壁效果，在使用泥浆时不懂科学管理，就会无谓浪费泥浆，增加施工成本。反之，如能采用既能稳定槽壁，又很经济的泥浆，在使用泥浆时又能通过科学的管理提高泥浆的重复使用率，那就能有效地降低工程的成本。在地下墙施工过程中，因为泥浆向地基土空隙中渗透在槽壁表面结成泥皮，所以泥浆中膨润土、纯碱和ＣＭＣ等成分会不断消耗；又因为泥浆要与地下水、泥土、沙石、混凝土接触，从中难免会混入细微的泥沙颗粒、水泥成分与有害离子，必然会使泥浆受到污染而变质。所以泥浆使用一个循环之后，总要产生一些变质的劣化泥浆。如过不进行及时处理，新鲜泥浆使用２个循环之后，可能就要报废。因此，在地下墙、施工过程中，要对循环使用中的泥浆进行分离净化与再生处理，尽可能提高泥浆的重复使用率。泥浆分离净化的方法主要有沉淀分离和机械分离２种方法，２种方法结合使用效果最好。４．３地连墙成槽地连墙成槽施工前必须清除地下管线及障碍物，平整场地，完成成槽机报验，钢筋加工场地硬化，并制作完成１～２幅钢筋笼备用。对地连墙轴线、导墙顶标高、槽段位置进行精确测量放线，并上报监理工程师复测完成后开始地连墙成槽施工。２４２铁道建筑技术首先要规划好成槽顺序，盾构始发井２４幅地连“”墙，先做一字形的地连墙后做异型地连墙，成槽施工按照左线、右线各一幅的方式对开。成槽机成槽过程中，导杆应垂直槽段，抓斗张开，照准标志徐徐入槽抓土，严禁迅速下斗，快速提升，以防破坏槽壁和坍塌。垂直度应控制在设计要求之内，抓斗挖出土直接卸到自卸车上，转运到堆土场。随着开挖深度增加，连续不断向槽内供给新鲜泥浆，保证泥浆高度，各项泥浆指标要符合技术要求，使泥浆起到良好的护壁作用，防止槽壁坍塌。成槽时应根据实际地质情况及挖槽情况随时调整泥浆性能，同时泥浆液面应控制在规定的液面高度上，如在遇到含砂量较大的土层，槽壁易塌时，注意加大泥浆比重，适当加入加重剂，当接近槽底时，放慢开挖速度，仔细测量槽深，防止超挖和欠挖。４．４清槽清槽时，先采用撩抓法清底，而后可采用导管吸泥浆，循环清底，确保清槽质量，清底后槽底泥浆比重小于１．１５，沉渣厚度不大于１００ｍｍ，对前段混凝土接头上泥皮可采用特制清扫接头工具，用涮壁器安装在成槽机侧壁上进行清涮，认真细微地清刷干净，确保工字钢表面清洁，清刷应在清槽换浆前进行。清槽结束后１≤ｈ，测定槽底沉淀物淤积厚度１０ｃｍ，槽底２０≤ｃｍ处泥浆密度１．１５为合格。４．５钢筋笼制作与吊装为保证钢筋笼制作精度，钢筋笼必须在制作平台上进行，平台用工字钢架设，焊接固定，平台要求平整。钢筋笼制作要考虑吊装方案，针对６３．５ｍ长的钢筋笼一次吊装难度太大，项目部经多次论证决定分解吊装，将钢筋笼分成４５ｍ和１８ｍ两节进行吊装。钢筋笼的起吊安装是超深地下连续墙施工中的重难点工序。本工程地下连续墙最重钢筋笼为ＤＢｚ—ｌ、ＤＢｚ一２型，其重为６５ｔ，经专家论证将其做成２个Ｌ型钢筋笼进行吊装；第二重钢筋笼为盾构始发井ＤＢ一１型双工字钢钢筋笼，其重量５０ｔ。查得２５０ｔ吊车技术参数值，臂长５１．８ｍ，幅度１２ｍ，可起吊７８．７ｔ重物。副吊车１００ｔ配合起吊，ＲＡｌＬ＼～ＡＹｃＯＮＳＴＲＵｃＴ｜ＯＮＴＥｃＨＮＯＬｏＧＹ２０１４《增１）万方数据・隧道／地下工程・可满足吊装要求。施工中以最长钢筋笼４５．０ｍ及最大重量为５０ｔ考虑。经计算，分配主吊机２５０ｔ起吊重量为２４．９ｔ，副吊机起吊重量为２５．１ｔ。因此本工程吊车选择为：主吊用２５０轴带吊，副吊用１００ｔ履带吊。吊点设置如图２。—Ｉ』型坐上坠４一！主一＾５堂塑堂ｌ』堂＝些肆擎图２钢筋笼起吊点布置示意４．６水下混凝土灌筑混凝土配合比。按设计要求，地下墙的混凝土设计强度为ｃ４０，抗渗等级为ｓ１２，施工时混凝土强度等级达到水下Ｃ４０强度，施工前必须进行混凝土配合比设计，进行强度、抗渗、耐久性等试验，选取理想的配合比。本工程采用商品砼，由砼拌和车直接运人工地用导管进行水下砼浇筑。灌筑导管采用书２５０ｍｍ壁厚３ｍｍ的螺旋接头的钢管，导管选用圆形快速丝扣连接型，上端接漏斗，利用吊车完成灌筑过程。导管要求内壁表面光滑，导管接头密封良好，便于安装，并具有足够的强度和刚度。导管安装间距不大于３ｍ，导管离槽底控制在３０～５０ｃｍ内，采用双管同时灌筑，通过测绳下吊测锤测量两端砼面高度，砼面应均匀上升，两管处的砼面高差不宜大于０．５ｍ，导管埋深始终控制在１．５—３ｍ之内。４．７地连墙接缝处理本工程采用高压旋喷桩对连续墙接缝进行防渗处理，高压旋喷桩施工与地连墙接缝处平面位置关系见图３。图３连续墙接缝处理示意铁道建筑技术ＲＡｌＬｗＡＹｃＯＮｓＴＲＵｃＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮｏＬＯＧＹ５超深地连墙施工质量控制重点根据以往施工经验，对超深地连墙施工中可能出现问题的部位和环节要重点控制，加强现场管理，制定应急预案。地下连续墙的功能主要是支撑与止水，针对其功能可以知道连续墙的质量在于强度、垂直度和止水效果，对关系这几个方面的环节要重点控制。５．１槽壁坍塌的预防与治理预防槽壁坍塌要从以下几方面着手：降低地下水位与承载水压力；采用高导墙，提高泥浆液面，液面要高于地下水高度，并不低于导墙底面；调整泥浆性能指标，必要时掺加重晶石粉，提高泥浆相对密度；对软弱的淤泥质土层、粉砂层预先进行注浆处理，改善其土质；对邻近槽段的建筑物进行地基加固处理，减小其对槽壁所产生的侧向土压力；加强施工管理，禁止在槽段两侧堆放土方、钢筋等重物，或停置和通行起重机、混凝土搅拌车等重型施工机械。另外本工程槽壁两侧采用搅拌桩加固，加固体的位置要准确，加固体与槽壁中间的土体容易坍塌。处理槽壁坍塌的方法主要有：填土固结法、填土固化法和后期处理法。５．２成槽垂直度的控制槽孔的偏斜会造成钢筋笼下放困难、相邻槽段间出现缝隙造成漏水、连续墙侵入结构或向外倾斜造成浪费结构混凝土等。控制成槽垂直度主要从以下几方面人手：挖槽机作业前需调平机架，调直钻机或抓斗的柔性悬吊装置，防止钻机或抓斗本身倾斜；挖槽遇到较大孤石时，先用冲击破碎孤石后再挖槽；钻机在有倾斜度的软硬地层交界处挖槽时，采用低速钻进；在安排槽段的挖槽顺序时，布孔要以两孔跳开挖，中间”留隔墙为原则，尽可能避免两孔连着挖的状况，以免挖槽机挖土时两端虚实不一，难以纠缠；选择有纠偏系统，成槽性能良好的成槽机，在开挖过中，及时观察槽垂直度，随时纠正。槽壁偏斜的处理措施：用测壁仪探明槽孔偏斜２Ｄ７４ｆ增７Ｊ２４３万方数据・隧道／地下工程・的方向和程度，如槽孑Ｌ偏斜不严重，可用起重机偏心吊着钻机或抓斗，使其偏向凸出的壁面，同时配合挖槽机在偏斜明显的一段壁面上下往复修壁，减小槽孔的偏斜值；槽孔偏斜很严重时，只能用黏土回填槽孔，待填土沉积密实后，重新挖槽。５．３地连墙局部夹泥渗漏的预防与治理由于夹泥在不太大的水头压力下，就会失去稳定，在墙体内或边界上形成集中渗漏通道，是地连墙渗漏的重要诱因。预防加泥渗漏主要做好以下几方面：吊放钢筋笼时，如果钢筋笼下放受阻，不能强行插入槽内，以防槽壁发生坍塌；严格控制清底后槽内泥浆的性能指标，使泥浆有良好的护壁性能；在一个单元槽段同时使用２根导管浇筑时，其间距一般不宜大于３ｍ，导管距槽段端部不宜大于１．５ｍ，各导管处的混凝土表面高差不宜大于０．３ｍ，应２根导管同时同速下料；水下灌筑混凝土过程中，应随时测量混凝土的上升高度，以确保导管始终埋人混凝土中，—导管埋人混凝土面的深度以２４ｍ为宜，混凝土的浇筑速度不宜小于每小时上升３～４ｍ，杜绝导管拔离混凝土面现象的发生，注意经常上下窜动以避免“”造成埋管事故；墙顶灌筑标高宜高出设计标高３００～５００ｍｍ，以保证凿去浮浆层厚的墙顶标高和强度，符合设计要求；在浇筑混凝土时，导管埋人混凝土中的深度必须控制在１．５～４．Ｏｍ之间，严禁导管下口脱离混凝土面；在保证施工质量的前提下，尽可能缩短单元槽段施工周期，以防槽段闲置时间过长，引起槽段坍塌；对地连墙接头严格实施刷壁处理，成槽后（清底前）应进行接头清刷，采用专门工具将接头处刷洗干净，确保不留任何泥砂或污物；接头清刷后进行清底换浆，检查槽宽、槽深、沉淤厚度及垂直度，应符合规范要求；在地连墙浇筑施工前，用接头器，浇筑完成后，对地连墙接头进行防扰流补抓，可有效提高地连墙接缝质量。墙面局部夹泥渗漏的处理方法：可按墙体接头缝夹泥渗漏水的堵漏方法进行处理。２４４铁道建篱技术墙面渗水的处理方法：轻度的墙面渗水（墙面泛潮），可在墙面凿毛、清洗之后涂刷防水涂料或粉刷掺加防水剂的水泥浆；面积较大、有一定水压力的墙面渗水（墙面出汗），宜先作外墙防水处理，即在基坑外侧地下墙背面的渗水部位压注水泥浆或化学浆，然后再作基坑内侧墙面的防水处理。５．４混凝土防绕流措施及绕流处理措施在流塑性土中施工时容易造成混凝土绕流，一旦｝昆凝土绕流会给相邻槽段的开挖造成极大的困难，处理不好还会造成渗漏水。本工程连续墙接头采用工字钢止水，在工字钢外侧增加防扰流措施。最初施工图纸采用的是书３２钢筋，经过试验段施工发现防扰流效果不是很好，经研究后改为５０ｍｍ宽的钢皮，效果得到明显改善。盾构洞门部位采用锁扣管接头，在施工时安放好锁扣管后要及时回填管北侧的空隙。发生绕流后要及时处理，在混凝土强度不高的时候及时清理，并用优质的黏土回填。如果出现处理不及时的，要用冲击钻破除清理，以免影响相邻槽段的开挖心ｊ。６结束语地下连续墙施工是一个复杂的施工过程，技术要求较高。地下连续墙施工过程中最重要的工序是成槽和钢筋笼下放，而这２个工序中垂直度控制和泥浆护壁是最关键的环节。在施工过程中要加强技术管理，提高工人素质，对于可能出现的质量问题，应该要有充分的认识，采取相应的预防和处理措施，然后总结经验，加强对质量通病的防范，才能缩短工期、降低工程造价、保证工程质量。参考文献［１］丛蔼森．地下连续墙的设计施工与应用［Ｍ］．北京：中—国水利水电出版社，２００１：１３．［２］赵建夏，黄力平．地下连续墙施工中的常见事故及对—策［Ｊ］．现代隧道技术，２００１（４）：２４．只Ａ『Ｌ¨，Ａｙ”ＣＯ～Ｓ丁开ＵＣ０～丁ＥＣＨ～ＯＬＯＧｙ２０７４’ｒ增Ｊ万方数据