逆作法工程地下連續墻施工的關鍵問題研究

摘要: 本文提出了運用逆作法進行地下連續墻施工的關鍵問題是控制接頭構造質量、中間柱連接質量及控制沉降量，在詳細分析質量隱患產生機理的基礎上，提出了通過相關理論驗算與施工質量控制措施相結合的地下連續墻施工關鍵問題控制技術。

關鍵詞: 逆作法;地下連續墻施工;施工驗算;關鍵技術

1.引言

高層建筑推廣應用逆作法，能夠提高地下工程的安全性，可以大大節約工程造價，縮短施工工期，防止周圍地基出現下沉采用逆作法施工，并得到了廣泛的應用。為保證工程施工質量，進行必要的施工驗算和施工控制，進行全過程的質量控制是地下連續墻成敗的關鍵，因此，有必要對關鍵施工環節進行分析，提出可靠的質量保證技術。

2. 地下連續墻的理論計算

2.1荷載計算

作用于地下連續墻主動側的土壓力值，與墻體剛度、支撐情況及加設方式、土方開挖方法等有關。所以，當地下連續墻的變形較大時，用其計算主動土壓力基本能反映實際情況。

(l)水平荷載標準值應按當地可靠經驗確定，無經驗時可按下列規定計算。

l)對于碎石土和砂土，當計算點位于地下水位以上時:

(式2.1)

式中第j層的主動土壓力系數;

(式2.2)

當計算點位于地下水位以下時:

式中-計算點深度;-計算參數，zj

2)對于粉土及粘性土

(式2.4)

(2)基坑外側豎向應力標準值的計算。

(式2.5)

1)計算點深度Zj處的自重豎向應力

①計算點位于基坑開挖面以上時:， (式2.6)，式中-深度以上土的加權平均天然重度。

②計算點位于基坑開挖面以下時: (式2.7)，開挖面以上土的加權平均天然重度。

2)當圍護結構外側地面滿布附加荷載度附加豎向應力標準值可按下式確定:。(式2.8)

3)上述基坑外側附加荷載作用于地表以下一定深度時，將計算點深度相應下移，其豎向應力也可按上述計算確定。

2.2內力計算

根據我國的情況，對設有支撐的地下連續墻，可采用豎向彈性地畢梁(或板) 的基床系數法(m法)和彈性線法。應優先采用前者，對一般性工程或墻體剛度不大時，亦可采用彈性線法。此外有限元法，亦可用于地下連續墻的內力計算。

地下連續墻視為埋入地基土中的彈性桿件，假定其基床系數在坑底處為零，隨深度成正比增加。當a2h≤2.5時，假定墻體剛度為無限大，按剛性基礎計算;當a2h>2.5時，按彈性基礎計算，其中變形系數:。(式2.9)

式中m—地基土的比例系數，有表可查，參閱有關地下連續墻設計與施工規程;E—地下連續墻混凝土的彈性模量;J—地下連續墻的截面慣性矩;b—地下連續墻的計算寬度(一般取b=lm)。

根據彈性梁的撓曲微分方程，可得坑底以下墻體的表達式為:

(式2.10)，解上述微分方程，可得各截面處的彎矩和剪力。

2.3沉降計算

作為支護結構使用的地下連續墻，一般不需進行沉降計算。如果要計算，則可按下述方法進行。地下連續墻的底端為承受荷載的作用面，假定該作用面內的荷載為均布。在此均布荷載q作用下產生的土中應力的豎向分量，按下式計算:

(式2.11)

式中σ， z—墻底端長方形荷載面角點下離荷載面深Z(m)處的豎向應力(kN/m2);

m， n—墻底端長方形荷載面的兩個邊長與Z之比;沉降量按下式計算:

(式2.12)

式中s—沉降量(cm);z一荷載作用的深度(cm) ; e1—應力等于σ1z時土的孔隙比; e2—應力等于σ2z時土的孔隙比;σ1z—計算的地下連續墻修建前z處的有效應力(kN/m2);σ2z—計算的地下連續墻修建后z處的有效應力(kN/m2)

3. 逆作法工程地下連續墻施工的關鍵

3.1地下連續墻的接頭構造施工技術要求

(1)鎖口管接頭，施工時，待一個單元槽段土方挖好后，于槽段端部用吊車放入接頭管，然后吊放鋼筋籠并澆筑混凝土，待澆筑的混凝土強度達到0.05-0.20MPa時，開始用吊車或液壓頂升架提拔接頭管，上拔速度應與混凝土澆筑速度、混凝土強度增長速度相適應，一般為2-4米每小時，應在混凝土澆筑結束后8小時以內將接頭管全部拔出。接頭管拔出后，單元槽段的端部形成半圓形，繼續施工即形成兩相鄰單元槽段的接頭，增強整體性和防水能力。

(2)隔板式接頭。由于隔板與槽壁之間難免有縫隙，為防止新澆筑的混凝土滲入，要在鋼筋籠的兩邊鋪貼纖維尼龍等化纖布。化纖布可把單元槽段鋼筋籠全部罩住，也可以只有2-3m寬。要注意吊入鋼筋籠時不要損壞化纖布。帶有接頭鋼筋的榫形隔板式接頭，能使各單元墻段形成一個整體，是一種較好的接頭方式。但插入鋼筋籠較困難，且接頭處混凝土的流動亦受到阻礙，施工時要特別加以注意。

(3)銑接頭。由于采用液壓銑槽機施工，銑輪在旋轉的過程中不斷的將I期槽的混凝土切割成鋸齒狀，這相當于在原有的混凝土表面打毛;澆筑II期槽的混凝土時可以很好地與I期槽混凝土結合，是一種較為理想的連續墻接頭形式;同時該接頭形式施工的工藝簡單。

3.2中間支承柱立柱連接施工

在逆作法施工中，中間支承柱是重要的豎向支撐構件，施工期間中間支承柱需承受的荷載很大。

(1)插入柱腳長度的計算

鋼立柱的柱腳插入部分和混凝土之間的內力傳遞，主要靠粘結力，這部分鋼柱與混凝土之間的內力傳遞可按式(2.10)與式(3.1)結合計算，并取其中的小值。

取前兩式相等，即可求出柱腳根部的插入長度。

(式3.2)

若l>lb，應按式(3.1a)，即由抗剪與支承來決定插入長度; 若l

因此，為了保證鋼柱和核心混凝土的整體性，避免因柱腳處樁身混凝土產生剪切應保證柱腳插入深度大于幾，工程實踐中通常將其取為3m。允許粘結強度是計算粘結力的一個重要參數。我國規范并未規定粘結強度的計算公式，而是規定了最小錨固長度等構造措施。國內外試驗表明，型鋼與混凝土的粘結力大約只相當于光面鋼筋粘結力的45%，極限粘結強度約與混凝土的抗拉強度成正。考慮到施工柱僅是輔助結構體，參照日本SRC構件的粘結強度試驗結果，允許粘結強度可取，式中fc為混凝土抗壓設計強度。

(2)中間支承柱垂直度控制

地下室每層鋼結構臨時支柱的偏差，如在允許范圍內，只要不改變垂直受力性能，待施該層柱的鋼筋工程前，可以做調整。但是如在地下較深處的垂直精度己超過允許值時，則必須調整。

中間支承柱的垂直精度可通過調整臺架進行調整，為了確保鋼柱的平面安裝精度，在己成為框架的水平桿件上插入滑動件，裝上可水平移動的桿件。利用推拉手柄調整水平位置，進而再用嵌入內部的液壓千斤頂進行微調后再加以固定。也可在套管內部布置液壓千斤頂用于止振，必要時可以用其調整任意部位的水平設置。

(3) 中間支承柱混凝土的澆筑與質量控制

鋼管柱安裝結束后，應盡快進行砼的澆筑。對用潛水電鉆成孔的情況，一般采用導管法進行砼的澆筑，因此鋼管的內徑要求比導管接頭處的直徑大50-100mm。

同時砼柱的頂端，一般應高出底板底面標高300mm左右，高出底板部分的砼，在構筑底板時將其鑿除，以保證底板與中間支承柱連成一體。

對采用套管成孔或人工挖孔的情況，則常采用串筒澆筑砼，但也可采用導管法。對鋼管內埰的澆筑，則可采用立式手工澆搗法、泵送頂升法或高位拋落無振搗法。采用第一種方法時，對管內砼應分層搗實，可以采用電動鉸鏈提升的振動器進行振搗，每次提升的高度為500mm，砼的澆灌速度也不大于500mm，以確保砼振搗密實。后兩種方法則無需振搗。無論采用何種澆注方式，施工中嚴禁碰撞鋼柱及其支撐，并確保砼連續澆筑。

3.3逆作法施工中差異沉降的產生及控制

立柱樁之間及立柱樁與地下連續墻之間的差異沉降是客觀存在的，控制結構的不均勻沉降是逆作法施工的關鍵技術之一，是關系到基坑工程逆作法施工的成敗。施工中應通過各種措施控制差異沉降，否則已澆筑的樓板與梁系就會產生裂縫，引起滲漏問題，甚至危及永久結構的安全。

3. 3. 1立柱樁之間

(1)產生機理。在逆作法施工期間，樁身所承受的荷載包括樁身自重、上部外荷載、正摩阻力、負摩阻力、樁端阻力等，這些力共同作用的結果，使樁發生沉降與抬升的變形。地下室及上部結構施工后，由于上部結構的不斷加荷，樁身承擔的向下荷載增加，立柱就會沉降;而基坑土方的開挖，其卸載作用又會引起坑底土體的回彈，帶動立柱上移。控制不好就會產生過大的不均勻沉降。

(2)控制措施。目前要事先精確計算立柱樁在底板封底之前的沉降抬升量還有一定的困難，因此完全消除沉降差也是不可能的，施工前應根據(式2.11)進行驗算，進行事前控制。同時可以通過采取措施，減小沉降差。

1)在樁身表面涂布瀝青質材料，這樣雖然對樁的承載力有一定影響，但對減小相鄰立柱樁的沉降差十分有效;2)基坑內增設支撐，增加支撐剛度，合理確定地下連續墻的剛度和入土深度，坑內外進行地基土加固等，設計合理的樁徑、樁型、樁長，減少開挖的暴露時間;這些都有利于減少坑底隆起，從而減少坑底隆起對立柱樁的抬升影響;3)樁底注漿、增大樁徑及樁長、選定高承載力的樁端持力層等，增大立柱樁的承載力，從而減小立柱樁的沉降及不均勻沉降;4)使立柱之間形成剛性較大的整體，共同協調不均勻變形。

3.3.2立柱樁與地下連續墻之間

(1)產生機理。地下連續墻墻體和立柱樁的差異沉降產生原因主要在于墻體自重較大，同時墻體空間整體連成一體，自身剛度較大;相對而言，立柱樁的自身抗上浮剛度很小，一般地下室柱距都在8m以上，柱網-樓板的共同剛度也十分有限。此外樓板荷載的不均勻分布以及車輛在樓板上的行走也是造成這些差異沉降的原因之一。

(2)控制措施。1)逆作法施工順序是事先設定的，在挖土各個階段，立柱樁與地下連續墻受力可以正確計算，按荷載與地基樁的地質指標對各施工工況對立柱樁及地下連續墻進行沉降估算，協調基坑開挖與在樁上施加荷載，使立柱樁與地下連續墻沉降差滿足結構設計要求;2)使立柱樁與地下連續墻處在相同的持力層上，減小二者之間的差異沉降;3)斜撐方案。采用該方案來控制地下連續墻與立柱樁的差異沉降。由于增加了臨時鋼支撐，增大了地下結構的整體剛度，能有效抑制地下連續墻與立柱樁之間的差異沉降;4)邊柱方案。在靠近地下連續墻的位置再加設立柱，通過有效減小邊柱與地下連續墻的距離，使地下連續墻與立柱樁的差異沉降減小。

4.結語

隨著高層和超高層建筑的發展以及人們對地下空間的開發和利用日益增多，基坑工程不僅數量增多，推廣應用逆作法，可以大大節約工程造價，縮短施工工期。本文詳細討論了逆作法施工中地下連續墻施工中接頭構造、中間支撐柱施工及施工沉降控制等關鍵問題，提出了相應的分析和應用方法，為工程建設中選用適宜的施工方法奠定了基礎。

參考文獻:

[1]徐至鈞，趙錫宏.逆作法設計與施工[M].北京:機械工業出版社，2002

[2]吳旭君.人工成孔地下連續墻逆作法施工技術[J].施工技術，2008.4

[3]堂蘭遠.地下連續墻槽段接頭形式的探討[J].探礦工程，2004.9

[4]關振長，謝雄耀.逆作法施工中地下連續墻入土深度的探討[J].巖土力學，2005.7

作者簡介:

姓名:龐萬凱性別:男出生年月:1971年04月籍貫:河北省唐山市

單位:唐山開灤勘察設計有限公司職稱:高級工程師 研究方向:建筑工程技術