臨港船塢工程首幅地下連續(xù)墻施工技術(shù)

王世明，黃宏寶

（天津港建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，天津 300461）

1 工程概況

天津臨港造修船基地1號、2號造船塢位于天津市塘沽區(qū)海河入海口南側(cè)灘涂區(qū)域，距離北京160 km，距天津市區(qū)46 km。1號、2號造船塢塢墻均采用單錨地下連續(xù)墻（下稱地連墻）加高樁承臺的結(jié)構(gòu)。地連墻厚為1 000 mm，深23.6 m，墻頂標高+0.9 m，墻底標高-22.7 m，靠近塢口處個別槽段深度為27.6 m。地連墻內(nèi)側(cè)設(shè)400 mm厚鋼筋混凝土襯砌，襯砌與地連墻之間以錨筋連接，錨筋預(yù)埋于地連墻，施工襯砌時鑿毛、扳出。地連墻混凝土強度等級為C30，抗凍等級為F300，抗?jié)B等級為W8。地連墻施工采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的導(dǎo)墻，在泥漿護壁下用液壓抓斗機進行挖土成槽，用導(dǎo)管法進行混凝土水下澆筑。

2 工程地質(zhì)概況

臨港船塢工程位于天津臨港工業(yè)區(qū)新圍海吹填的陸域內(nèi)，目前剛剛完成地基處理，擬建場地屬河口三角洲～濱海平原地貌類型。擬建場地標高約-63.08 m以上深度范圍內(nèi)的地基土均屬第四系上更新統(tǒng)Q3至全新統(tǒng)Q4沉積物，主要由飽和粘性土、粉土和砂土組成，一般具有成層分布特點。按其沉積時代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為6層，其中第①、②、③、⑥層又可根據(jù)土性和工程特性的差異分成若干個亞層，地連墻成槽深度范圍內(nèi)各土層地質(zhì)情況詳見表1。

3 施工特點

根據(jù)地質(zhì)情況，基坑圍護結(jié)構(gòu)地連墻需要穿越約1.5 m厚的①2粉砂層和約2.4 m厚的①5細砂層及約3.2 m厚的③1粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土層，此種情況很容易導(dǎo)致地連墻塌方并有可能在混凝土澆筑時形成大面積露筋。

根據(jù)本工程的地質(zhì)報告顯示，連續(xù)墻施工地層主要為粉細砂、流塑狀粉質(zhì)粘土夾粉砂等，且地下水位相當高。此種地質(zhì)條件極易出現(xiàn)大面積塌方，如不采取針對性措施，無法保證工程質(zhì)量及進度。針對本工程的特殊地質(zhì)條件采取以下措施來保證槽段的安全性和穩(wěn)定性：

（1）地連墻施工前先對墻兩側(cè)用單軸攪拌樁進行加固，每側(cè)兩排，加固深度為17.0 m，單根攪拌樁直徑為φ600 mm，攪拌樁間咬合距離為0.2 m，船塢場區(qū)原地面標高為+3.5 m，攪拌樁樁底標高控制為-13.5 m，見圖1。

（2）在基坑兩側(cè)距離地連墻中心線1.5 m位置，沿地連墻軸線方向設(shè)置單排井點降水，井點管內(nèi)徑φ400 mm，間距1.5 m，井點深8 m，降水深度4 m，見圖2。

表1 船塢主體場區(qū)地質(zhì)情況一覽表

圖1 地下連續(xù)墻施工斷面圖

圖2 加固范圍示意圖

（3）在地連墻外側(cè)約5 m處設(shè)置一條深3 m的排水溝，控制地下水頭，使場內(nèi)地表水向施工區(qū)域流動。

（4）地連墻導(dǎo)墻施工為“┐┌”形，寬度為1.5 m，高1.5 m，厚200 mm，配置φ12@200單層雙向鋼筋，混凝土強度等級C20。

4 施工工藝

施工工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程圖

4.1 施工工藝簡介

地連墻成槽施工選用功效高、泥漿使用量較小的液壓抓斗（產(chǎn)品型號SG-35A）進行成槽作業(yè)。沿事先修筑并分割好段長的鋼筋混凝土導(dǎo)墻（單段導(dǎo)墻長度為7～15 m）中抓取土體，同時注入優(yōu)質(zhì)泥漿進行槽孔護壁，待槽段挖至設(shè)計深度后，下設(shè)接頭管及鋼筋籠，墻體混凝土澆筑根據(jù)槽段的長度采用雙導(dǎo)管澆筑。在混凝土初凝后起拔接頭管。

4.2 主要工序施工方法

4.2.1 施工臨時道路

根據(jù)本工程地質(zhì)情況的特殊性，為保證地連墻內(nèi)側(cè)能同時滿足兩臺大型吊機同時起吊地連墻鋼筋籠，臨時施工道路采用滿堂紅式鋪筑塊石，鋪設(shè)厚度為100 cm。抓槽機在地連墻外側(cè)就位進行抓槽施工，為保證地基承載力滿足全荷載施工的要求，經(jīng)與相關(guān)方溝通暫利用塢墻廊道PHC管樁作為地連墻外側(cè)施工通道的主要承重結(jié)構(gòu)。

4.2.2 水泥攪拌樁施工

根據(jù)工程地質(zhì)情況，地連墻兩側(cè)用單軸攪拌樁加固土體。采用的深層攪拌法利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機在地基深部將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土凝結(jié)成整體性、水穩(wěn)定性和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復(fù)合地基，從而提高地基的強度。

水泥攪拌樁施工中水泥摻入比暫按地基土的12%或60 kg/m控制，減水劑用量按不同地質(zhì)情況適當選用，水灰比為0.45～0.5，固化劑選用強度等級為32.5級普通硅酸鹽水泥。施工時，先將深層攪拌機用鋼絲繩吊掛在起重機上，用輸漿膠管將貯料罐送漿泵與深層攪拌機接通，開動電動機，攪拌機葉片相向而轉(zhuǎn)，借設(shè)備自重，以0.38～0.75 m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.3～0.5 m/min的均勻速度提升攪拌機，與此同時開動送漿泵將水泥漿從深層攪拌中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面（近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土），即完成一次攪拌過程。用同法再一次重復(fù)攪拌下沉和攪拌噴漿上升，即完成1根柱狀固體，外形呈“8”字形，1根接1根搭接，搭接寬度不宜小于200 mm，以增強其整體性，即成壁狀加固體。幾個壁狀加固體連成一片，即成塊狀。各分段施工間隔時間不宜超過24 h，若間隔時間過長則應(yīng)采取適當壓漿補強措施，確保地基加固體整體質(zhì)量符合施工要求。

4.2.3 導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻主要為液壓抓斗成槽時起導(dǎo)向及維護泥漿護壁的作用，另外還承擔支撐起拔鎖口管，固定鋼筋籠、混凝土澆筑機，存儲泥漿穩(wěn)定液，維護上部土體穩(wěn)定，防止土體坍落等作用。

導(dǎo)墻采用“┐┌”形整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，凈寬比連續(xù)墻厚度大5 cm，導(dǎo)墻頂口和地面平，肋厚200 mm，頂寬1 050 mm，深度為1.5 m，導(dǎo)墻必須插入原狀土20 cm以上，混凝土標號C20。常規(guī)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 常規(guī)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.4 泥漿配置

在地連墻施工時泥漿性能的優(yōu)劣直接影響到槽壁的穩(wěn)定性，是一個很重要的因素。

（1）泥漿配合比

根據(jù)工程地質(zhì)情況及以往地連墻施工經(jīng)驗，本工程擬采用泥漿配比為水∶鈉基膨潤土∶純堿∶CMC（纖維素）=1 000∶80∶10∶1.0。有關(guān)參數(shù)見表 2。

（2）泥漿池設(shè)計

泥漿儲存采用半埋式磚砌泥漿池。其容量應(yīng)能滿足成槽施工時的泥漿用量。泥漿池的容積計算：

表2 泥漿配制參數(shù)

式中：Qmax為泥漿池最大容量；V為單元槽段的最大挖土量，按V=180 m3選取；n為同時成槽的單元槽段，本工程取2；K為泥漿富余系數(shù)，取K=1.5。

經(jīng)計算本工程泥漿池最大需要容積為540 m3，同時考慮循環(huán)泥漿的存貯和廢漿存放，地連墻施工期間泥漿池的設(shè)計容量為550 m3。另外各設(shè)1個容積為1.5 m3的新泥漿拌漿池和1個容積為45 m3的廢漿池。

（3）泥漿制備

泥漿配制的工藝流程見圖5。

圖5 泥漿配制工藝流程

具體制備要求是：泥漿制備的投料順序一般為水—鈉基膨潤土—純堿—CMC。將鈉基膨潤土與水在拌漿池中充分攪拌3 min后，向拌漿池中緩慢摻加CMC（CMC較難溶解）。攪拌10 min后，再加入純堿。所有摻合料添加完畢后將膨潤土泥漿在拌漿池中充分攪拌，攪拌時間一般控制在6～9 min范圍內(nèi)（若攪拌時間過短會影響泥漿的失水量和粘度），然后將新鮮泥漿排放到泥漿池中充分膨脹，在泥漿使用之前至少膨脹12 h。

（4）泥漿循環(huán)

①在地連墻挖槽施工過程中，泥漿由循環(huán)池注入開挖槽段，邊開挖邊注入，保持泥漿液面距離導(dǎo)墻頂面0.3 m左右，并高于地下水位1.5 m以上。

②清槽過程中，采用泵吸反循環(huán)，泥漿由循環(huán)池泵入槽內(nèi)，槽內(nèi)泥漿抽到沉淀池，進行物理處理后，返回循環(huán)池。

③混凝土灌注過程中，上部泥漿返回沉淀池，而混凝土頂面以上4 m內(nèi)的泥漿排到廢漿池，廢棄泥漿用泥漿罐車運輸出場。

4.2.5 成槽施工

本工程地連墻施工槽段標準長度為6 m，選用功效高、泥漿使用量較小的液壓抓斗SG-35A進行成槽作業(yè)。成槽機均配有垂直度顯示儀表和自動糾正偏差裝置。

（1）槽段開挖抓土順序

根據(jù)槽段長度與成槽機的開口寬度，確定出首開幅和閉合幅，保證成槽機抓土?xí)r兩側(cè)鄰界條件的均衡性，以確保槽壁垂直。標準槽段采取三抓成槽工藝——先兩邊后中間；對于轉(zhuǎn)角槽段，先長邊后短邊。

（2）地連墻槽段抓槽施工

成槽前，利用車載水平儀調(diào)整成槽機的平整度。挖槽過程中，抓斗入槽、出槽應(yīng)慢速、穩(wěn)當，根據(jù)成槽機儀表顯示的垂直度及自動糾偏裝置及時糾偏，跟蹤觀測，做到隨挖隨糾，以保證成槽垂直度。成槽垂直精度不得低于設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定的1／150偏差值，接頭處相臨兩槽段的中心線任一深度的偏差均不得大于30 mm。挖槽時，應(yīng)防止由于次序不當造成槽段失穩(wěn)或局部坍落，在泥漿可能漏失的土層中成槽時，應(yīng)有堵漏措施，儲備足夠的泥漿。

（3）槽段土方外運

每臺成槽機配備3輛8 m3的短駁車將成槽土方轉(zhuǎn)運至業(yè)主指定堆土場。

（4）槽深測量及控制

挖槽結(jié)束后采用標定好的測繩測量槽深，每幅根據(jù)其寬度測2～3點，同時根據(jù)導(dǎo)墻標高控制挖槽的深度，以保證設(shè)計深度。

（5）槽段質(zhì)量檢驗

槽段平面位置偏差的檢測采用測錘實測槽段兩端的位置，兩端實測位置線與該槽段分幅線之間的偏差即為槽段平面位置偏差。

槽段深度檢測采用測錘實測槽段左中右3個位置的槽底深度，3個位置的平均深度為該槽段深度。

成槽過程中，利用成槽機上的垂直度儀表及自動糾偏裝置來保證成槽垂直度，成槽過程中利用成槽機的顯示儀進行垂直度跟蹤觀測，做到隨挖隨糾。根據(jù)以前施工案例可知開挖后地連墻槽壁垂直度偏差均滿足設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定。

（6）清底換漿

刷壁器形式見圖6。

圖6 刷壁器示意圖

成槽以后，先用抓斗抓起槽底余土及沉渣，再用泵吸反循環(huán)吸取孔底沉渣，然后用吊車吊住刷壁器對槽段接頭混凝土壁進行上下刷動，以清除混凝土壁上的雜物。在灌注混凝土前，利用導(dǎo)管采取泵吸反循環(huán)進行二次清底并不斷置換泥漿，清槽后測定槽底以上0.2～1.0 m處的泥漿比重應(yīng)小于1.2，含砂率不大于7%，粘度不大于25 s，槽底沉渣厚度小于200 mm。

4.2.6 鎖口管吊放

槽段清基合格后，立刻吊放特制的馬蹄形鎖口，由履帶起重機分節(jié)吊放安裝，垂直插入槽內(nèi)。鎖口管的中心應(yīng)與設(shè)計中心線相吻合，鎖口管利用自重，插入土體，防止混凝土倒灌。嚴格測量成槽深度，鎖口管安放的深度應(yīng)與實際成槽深度相一致，上端口與導(dǎo)墻連接處用木榫楔實或用定位槽鋼固定，防止?jié)仓炷習(xí)r移動。鎖口管后側(cè)填砂，防止傾斜。

4.2.7 鋼筋籠制作和吊放

（1）鋼筋籠制作

本工程采用現(xiàn)場制作地連墻鋼筋籠，平臺尺寸6 m×28 m。鋼筋籠平臺定位用經(jīng)緯儀控制，標高用水準儀校正。平臺采用澆筑格形混凝土長條支墩，為便于鋼筋放樣布置和綁扎，在平臺上根據(jù)設(shè)計的鋼筋間距、插筋、預(yù)埋件及鋼筋接駁器的位置畫出控制標記，以保證鋼筋籠和各種埋件的布設(shè)精度。鋼筋籠采用整幅成型，整體起吊，這樣制作可很好地保證鋼筋籠的整體平整度，又不影響起吊。鋼筋籠加工時縱向鋼筋及橫向鋼筋用電焊連接，桁架筋單面焊，長度不小于10 d，接頭位置相互錯開，同一連接區(qū)段內(nèi)焊接接頭百分率不得大于50%；縱橫向桁架筋相交處需點焊，鋼筋籠四周0.5 m范圍內(nèi)交點需全部點焊，搭接錯位及接頭檢驗應(yīng)滿足鋼筋混凝土規(guī)范要求。鋼筋保證平直，表面潔凈無油污，內(nèi)部交點50%點焊，鋼筋籠桁架及鋼筋籠吊點上下1 m處需100%點焊。

由于接駁器及預(yù)埋筋位置要求精度高，在鋼筋籠制作過程中，根據(jù)吊筋位置測出吊筋處導(dǎo)墻高程，確定出吊筋長度，以此作為基點，控制預(yù)埋件位置。在接駁筋后焊一道水平筋，以便固定接駁筋，水平筋與主筋間通過短筋連接。接駁器或預(yù)埋筋處鋼筋籠的水平筋及中間加設(shè)的固定水平筋按3%坡度設(shè)置，以確保接駁器及預(yù)埋筋的預(yù)埋精度。

（2）鋼筋籠吊放

①吊點的確定

根據(jù)鋼筋籠重心的計算結(jié)果，結(jié)合鋼筋籠的形狀合理確定吊點，確保鋼筋籠平穩(wěn)起吊，回直后鋼筋籠垂直。本工程鋼筋籠起吊吊點選用28 mm圓鋼，為防止鋼筋籠在吊裝過程中產(chǎn)生不可復(fù)原的變形，各類鋼筋籠均設(shè)置縱向抗彎桁架。平吊鋼筋籠狀態(tài)如圖7。

②吊車選擇

1臺100 t和1臺80 t履帶吊。

③吊裝過程

圖7 平吊鋼筋籠示意圖

主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤起吊鋼筋籠中下部，多組葫蘆主副鉤同時工作，使鋼筋籠緩慢吊離地面，并改變籠子的角度使之逐漸垂直，吊車將鋼筋籠移到槽段邊緣，插入鋼筋籠時，吊點中心必須對準槽段中心，然后徐徐下降，垂直而又準確地將鋼筋籠吊入槽內(nèi)（詳見圖8）。在鋼筋籠進入槽內(nèi)時，必須注意不要使鋼筋籠產(chǎn)生橫向擺動，造成槽壁坍塌。鋼筋籠插入槽內(nèi)后，檢查其頂部高度是否符合設(shè)計要求，然后用槽鋼等將其擱置在導(dǎo)墻上。根據(jù)規(guī)范要求，導(dǎo)墻頂面平整度為5 mm，在鋼筋籠吊放前要再次復(fù)核導(dǎo)墻上4個支點的標高，精確計算吊筋長度，確保誤差在允許范圍內(nèi)。

圖8 鋼筋籠吊裝示意圖

4.2.8 水下混凝土灌注

本工程地連墻混凝土設(shè)計強度為C30 F300 W8，水下混凝土澆筑采用導(dǎo)管法施工，導(dǎo)管選用D=300的圓形螺旋快速接頭型。每槽段布置兩根導(dǎo)管，導(dǎo)管間水平距離一般為2.5 m，最大不大于3 m，距槽段端部不應(yīng)大于1.5 m。罐車運輸混凝土至現(xiàn)場后，混凝土罐車直接輸送混凝土至地連墻槽段內(nèi)。灌注混凝土?xí)r應(yīng)先在導(dǎo)管里放1個直徑小于導(dǎo)管內(nèi)徑1 cm的球膽，然后在導(dǎo)管口放入1個100 cm×100 cm的方形漏斗。混凝土直接從罐車輸送至澆筑漏斗中，澆灌混凝土過程中，埋管深度保持在2.0～4.0 m。雙導(dǎo)管法澆筑時，兩套導(dǎo)管間距不大于3.0 m。嚴格控制兩根澆筑導(dǎo)管的灌注量及灌注速度大致一樣，并經(jīng)常測量槽孔兩端混凝土頂面的位置，以確保混凝土澆筑上升面的均勻性，各處高差控制在0.3 m以內(nèi)，詳見圖9。

圖9 混凝土灌注示意圖

澆灌混凝土在鋼筋籠入槽后的4 h之內(nèi)開始，灌注混凝土要連續(xù)，不能長時間中斷，灌注混凝土面上升速度不小于2 m/h，中途停頓時間不得超過30 min，澆注時隨時測量混凝土量，并推算有無塌方現(xiàn)象。在離預(yù)定計劃最后4車時，每澆1車測1次混凝土面標高，將最后所需混凝土量通知攪拌站。澆筑需充分翻漿以保證墻頂質(zhì)量，考慮浮漿厚度，終澆標準為混凝土頂面比設(shè)計標高高出80 cm。混凝土灌注結(jié)束后，應(yīng)將灌注混凝土導(dǎo)管緩緩拔出，使用混凝土澆筑平臺上起吊設(shè)備拆卸，拔出后的導(dǎo)管應(yīng)維護保養(yǎng)。球膽浮出泥漿液面后回收，以備繼續(xù)使用。

4.2.9 鎖口管提拔

鎖口管提拔與混凝土澆筑相結(jié)合，混凝土澆注記錄作為提拔鎖口管時間的控制依據(jù)。待澆筑的混凝土強度達到0.05～0.20 MPa時（一般在混凝土澆筑后3～5 h，視氣溫而定），開始用吊車或液壓頂升架提拔接頭管。接頭管上拔速度應(yīng)與混凝土澆筑速度、混凝土強度增長速度相適應(yīng)，一般為2～4 m/h。在混凝土澆筑結(jié)束后8 h以內(nèi)將接頭管全部拔出。

5 結(jié)語

天津臨港造船塢工程受地質(zhì)條件復(fù)雜、工期緊等因素影響，地下連續(xù)墻施工難度很大。本工程通過首幅槽段的成功施工，為后續(xù)槽段優(yōu)化工藝、精心施工奠定了基礎(chǔ)。臨港船塢地連墻工程通過選擇合理的施工工藝，再加上科學(xué)管理和精心組織，一定能夠高效優(yōu)質(zhì)地完成地連墻施工任務(wù)。

[1]JTJ303-2003，港口工程地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程[S].

[2]錢家歡.土工原理與計算[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[4]JTS257-2008，水運工程質(zhì)量檢驗標準[S].