超深基坑的圍護結構之地下連續墻

劉法民 杜建國

(山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

超深基坑的圍護結構之地下連續墻

劉法民 杜建國

(山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

論述了地下連續墻被廣泛使用的內外原因，基于地下連續墻施工實踐，對地下連續墻施工過程中存在的問題及其解決對策進行了詳細分析，為實際施工積累了寶貴經驗。

地下連續墻，圍護結構，基坑，接頭

0 引言

近20年來，伴隨著我國城市和基礎設施建設的快速發展，建(構)筑物不僅在種類上越來越多，而且在規模上越來越大，其最直接的后果是開挖深度大于12 m的超深基坑工程越來越多。而超深基坑的圍護結構——地下連續墻，在設計者選擇方案時得到了越來越廣泛的應用。作者在多年地下連續墻施工的基礎上，對地下連續墻施工質量的控制進行了總結，供同行在施工實踐中參考。

1 地下連續墻被廣泛使用的內因

地下連續墻是一種在地面上用成槽機或銑槽機，在泥漿護壁的條件下，開挖出符合設計要求的長、寬和高槽段，然后下放鋼筋籠，再澆灌具有防滲功能的水下混凝土，逐段完成槽段，并用特定的接頭把槽段相互連接，最終在地下形成具有防滲能力的連續墻體。地下連續墻集支護、擋土、承重、防滲多種功能于一身，具體表現為[1-3]：

1)施工時振動小，對周圍環境的噪聲污染小，非常適合文明施工、和諧施工的要求。

2)墻體本身剛度大，因此，被用于超基坑的圍護結構時，開挖時可承受很大的土壓力，極少產生基坑環境效應問題——基坑周邊路面開裂，影響交通；基坑周邊塌陷，地下管道斷裂，影響居民正常生活；超限的變形引起基坑周邊房屋開裂、傾斜、倒塌；基坑開挖引起水土流失，危及基坑周邊供電設施的安全；在鬧市區因開挖引起地下水管斷裂與基坑側壁失穩交叉影響；開挖變形影響到附近工廠生產機械的正常運轉。

3)防滲性能好，墻體的滲透系數小于10-7cm/s，幾乎不透水。

4)可以緊貼基坑周邊建筑物施工，不會發生如錨桿越過紅線的現象，從而使建筑物紅線以內的場地得到最大程度的開發利用，使建設方獲得最大的利潤，從而充分發揮投資效益。

5)地下連續墻剛度大，易于設置預埋件，很適合于逆作法施工，這也是地下連續墻的最大優勢。日前地下連續墻不僅能完成超深基坑圍護結構的傳統功能——作為擋土結構，承擔超深基坑側壁外的水土壓力，同時可防水截流，防止側壁外的水流入基坑，起到止水帷幕的作用，而且地下連續墻可以作為建(構)筑物的外墻，發揮豎向承載能力，保證工程能進行逆作法施工，即地上和地下同時施工，從而大大加快了建(構)筑物的交付速度。

6)設計者可以在多種類型的場地工程地質條件下選擇地下連續墻，從厚的淤泥、黏性土層等軟弱地層，到砂層、半土半石地層、密實的砂礫層等幾乎所有的場地工程地質條件都可以進行地下連續墻的施工。

2 地下連續墻被廣泛使用的外因

1)基坑尺度大深化。

近年來我國基坑深度已發展至30 m以上，如廣深港鐵路客運專線深圳福田火車站明挖基坑長近1 000 m,寬近80 m，深度達32 m。基坑的開挖面積亦在不斷增大，在許多大中型城市，一些基坑的平面面積達到了1萬m2以上，如天津某大廈超深基坑的開挖面積達到了近10萬m2，而上海虹橋綜合交通樞紐工程開挖面積達到了35萬m2。

2)基坑場地工程地質環境惡劣化。

在我國東部沿海地區，由于經濟發達、人口稠密，但土地資源寶貴，因此，地下空間資源得到了充分的開發利用。但上述地區基本上由河漫灘沖擊而成，絕大多數建(構)筑物的地基為軟土地基。由于軟土具有含水量高、壓縮性大、抗剪強度低、流變性等特點，使得軟土地區基坑工程具有自身獨特的特點：軟土的抗剪強度低，自立能力差，需要強大的圍護結構；在基坑工程實踐中，一些位于軟土地基地區超深基坑的圍護結構水平位移值遠遠超過了安全標準值，達到十幾甚至幾十厘米，使基坑環境效應問題嚴重，重大的基坑環境效應問題一般發生在軟土地區。

3)變形控制嚴格化。

在基坑工程實踐中，城市中心區集中了大量的基坑工程。而在城市中心區，居民樓大廈林立，地下管線密集分布，地鐵隧道車站與交通主干道上下疊置，而上述建(構)筑物對由基坑開挖引起的基坑周邊的工程效應十分敏感，加上地下水位埋深淺、流變性土體等不良場地工程地質環境，使得設計者在選擇基坑圍護結構時，不僅要考慮圍護結構及基坑本身的安全，還要嚴格控制起源于基坑開挖引起的工程效應，即基坑周邊土體水平、垂直變形，以保證建(構)筑物的正常使用。為此，國家對基坑周邊水平、垂直位移的要求越來越嚴格，基坑工程由傳統的穩定控制設計向變形控制設計方向發展。

隨著基坑開挖深度和規模的增大，對圍護結構的要求越來越高，而基坑工程變形控制的難度也越來越大。伴隨著基坑工程難度的不斷增大，基坑所處的工程地質環境也在不斷惡劣，加上基坑周邊環境的復雜性和重要性也在不斷提高。因此，地下連續墻集支護、擋土、承重、防滲等多種功能的優勢就體現出來了。

3 地下連續墻施工過程中的問題及對策

在地下連續墻的施工過程中，主要存在的問題是：槽壁不穩、地下連續墻垂直度、滲漏、露筋、混凝土澆筑質量、地下障礙物和提拔鎖口管困難。

1)槽壁不穩是地下連續墻施工過程中遇到的最大問題，如果場地局部地層是砂性土層，在開挖過程中更容易發生槽壁縮徑或擴徑，導致鋼筋籠無法下放。為了確保連續墻施工質量，防止槽壁坍塌，為此可采取：在槽段施工實踐中，我們通常配制粘度大、失水量小泥漿、通過泥漿循環在槽壁形成薄而堅韌的泥皮，對槽壁進行保護。考慮到泥漿循環時的損失，在開挖槽壁時及時補充漿液，以保證泥漿液面超出潛水水位面50 cm，并不低于導墻頂面30 cm；開挖槽段前，在兩側用雙軸或三軸水泥土攪拌樁進行加固；槽段施工過程中，要求成槽機操作工嚴格按照操作要求，減慢成槽速度，抓斗慢下慢提；導墻施工前對地面進行夯實，增加導墻的厚度和配筋；成槽及澆筑混凝土前，減小槽壁所受到的地面垂直荷載，即禁止載重汽車、施工機械在導墻面上或附近行駛或長時間停留；第一次清理槽底沉渣后馬上進行鋼筋籠的吊放作業，以縮短槽壁暴露時間，作業時保證鋼筋籠垂直，防止因鋼筋籠上下移動而引起槽壁塌方。

2)垂直度直接影響地下連續墻施工質量，直接關系到地下連續墻承重功能的發揮。為防止地下連續墻出現傾斜，施工過程中應把握：因為導墻具有對成槽設備進行導向、直接影響到槽段垂直度的作用，所以開挖槽段前應設計要求砌筑導墻；在成槽機工作前，用水平儀調整設備的水平度，利用經緯儀控制成槽機抓斗的垂直度；成槽機到達設計深度后，再測量槽段的垂直度，并根據測量數據進行反分析，從而制定出有效的預防措施；在吊放鋼筋籠時，在現場架設經緯儀進行垂直度的測控，并根據測量結果及時進行調整，使垂直度控制在規范要求范圍內[4]。

3)地下連續墻一般采用成槽機械在泥漿護壁的條件下開挖成槽，然后吊放鋼筋籠并澆筑混凝土成槽段，通過接頭將槽段連成整體，墻體厚度一般0.6 m～1.2 m，開挖后槽段之間的連接是防水的一個薄弱環節，在接頭部位常發生滲漏。如果處理不當可能使基坑周邊的土體發生水平、垂直位移，導致基坑環境效應問題。為了減少槽段接頭的滲漏而導致的基坑環境效應問題，在施工中要注意以下事項：

a.在鎖口管安裝過程中要把握好垂直度；b.因為槽段的接頭處不允許發生夾泥，所以施工時必須用專用的接頭刷上下運動，直到肉眼看到接頭無泥土為止；c.管理好導管埋在水下防滲混凝土中的深度，絕對不允許發生導管拔空現象，因為導管拔空會發生應澆灌的混凝土部位被淤泥充填，此時，馬上測量已澆灌的混凝土面的準確標高，將混凝土面上的淤泥吸凈，重新澆筑水下防滲混凝土，重新澆筑時導管向下插入原混凝土面下至少1 m；d.在槽段之間的接頭部位，在迎土面用三重管高壓旋噴樁進行止水補救；e.要求混凝土初凝后方可進行鎖口管起拔，同時要慢速向上提升鎖口管，以防止由于鎖口管拔出而引起混凝土流向拔空部位，影響接頭部位的防水效果；如開挖后發現接頭有滲漏現象，應在外墻進行堵漏后再進行內墻襯砌的施工[5]。

4)地下連續墻施工過程中如果控制措施不到位，常會出現露筋。如果露筋發生在開挖面，可進行修補，但在迎土面時，如果鋼筋外露，則很容易被地下水銹蝕。而與建(構)筑物主體結構一起作為承重結構的地下連續墻，其耐久性直接關系到建(構)筑物的安全使用壽命。因此，在施工中要采取以下各種手段來實現防止鋼筋外露：

a.在槽段開挖時，保持槽壁的垂直度；b.在水平的鋼筋平臺上制作鋼筋籠，并通過設置桁架筋以便固定主筋，防止起吊時變形；c.在鋼筋籠的兩面焊接保護層墊塊，如果保護層墊塊面積過小，會楔進槽壁中，因此，保護層墊塊的長、寬、高一般分別為500 mm，250 mm和不小于混凝土保護層厚度，保護層墊塊由厚為5 mm的鋼板制成；d.在下放鋼筋籠前，用儀器精確測量已成槽壁的垂直度、平整度、槽底沉渣清孔質量及槽底標高；e.在垂直下放過程中，如遇到鋼筋籠不能下放，不能強行下放，提升鋼筋籠后，發現鋼筋籠側面上有粘的土塊，說明槽段壁上局部土體凸出或已有土體坍落至槽底，此時，對槽壁進行修理，修理后用導管清除槽底已坍土后，才可重新吊放鋼筋籠；f.下放前后，嚴禁割短或割小鋼筋籠；鋼筋籠沉放就位后，馬上進行第二次清孔，在二次清孔后馬上灌注水下混凝土，灌注時應按規范的要求進行。

5)為了防止向槽段澆筑水下混凝土的質量問題，在實際操作時要注意以下事項：

a.對澆筑用的導管進行使用前的水密性試驗；b.澆灌混凝土前必須將槽底清好，保持混凝土流暢；選擇供應量大的混凝土供應商，避開交通擁堵時間；c.第一批待澆灌的混凝土量應滿足導管開管時所要求的埋管深度；d.向槽段澆灌混凝土時一定要連續進行，如在澆灌時不得不中斷，則中斷時間在30 min之內；e.在澆灌混凝土發生停頓時，要有節奏地、輕輕地、上下拔動導管，以保證導管內混凝土的流動性；f.向槽段內澆灌水下混凝土時，導管埋深2 m～6 m，最大埋深不能超過6 m；g.同一槽段內相鄰兩導管內混凝土高差不能超過0.5 m，兩導管拆卸也應同幅度進行；h.當向槽段內澆筑混凝土接近導墻面時，壓力差減小使混凝土較難澆灌，此時導管埋深可減小，但要保持在1 m左右；i.混凝土不得溢出導管落入槽內[6,7]。

6)由于勘察工作由點帶面，所以在槽段開挖過程中發現地下障礙物是難免的。如發現地下障礙物，首先要分析障礙物的物質組成和硬度，然后確定是采用加大成槽機或銑槽機的壓力繼續開挖，還是用沖擊把障礙物擠入兩側槽壁內。

7)提拔鎖口管困難主要是起拔時機選擇不適合而引起的。解決此類問題現實的辦法分以下五步：

a.選擇水下防滲混凝土向槽段澆灌的記錄作為提拔鎖口管的時間，即鎖口管提拔應與水下防滲混凝土澆灌槽段的時間相結合；b.結合向槽段澆灌的水下防滲混凝土的凝固速度及拔管工藝；c.要注意在水下防滲混凝土澆筑2 h～3 h后才進行提拔鎖口管，提拔頻率為1次/30 min，提升幅度為不大于10 cm/次；d.觀察一側接頭箱的下沉進程；e.以混凝土攪拌站提供的商品混凝土初凝時間為基準，等到向槽段澆灌混凝土結束6 h～8 h后，將鎖口管一次性地全部拔出并馬上進行清潔和疏通[8]。

4 地下連續墻應用的展望

為了改善城市交通擁堵的現象，地鐵在我國的城市基礎設施建設中越來越多。同時，伴隨著城鎮化的加速，在地鐵沿線的高層、超高層建筑不斷涌現。而我國土地資源又十分寶貴，因此，開發利用地下空間的力度只會加大。為了解決地下空間開發力度加大和地鐵對變形要求近乎苛刻之間的矛盾，作為超深基坑的圍護結構——地下連續墻在未來工程實踐中不僅會越來越多，而且深度會越來越大。為此，在施工實踐中會引發下列困難：1)鋼筋籠深度的增加而導致的鋼筋材料本身成本的增加；2)鋼筋籠深度的增加而導致的鋼筋籠重量的增加，從而間接增加了向單元槽段內吊放鋼筋籠的成本和危險性；3)鋼筋籠深度的增加，單元槽段兩槽壁的深度也相應增加，下放鋼筋籠時發生因單元槽段兩槽壁的不平導致鋼筋籠無法下放的可能性也增加，減緩施工速度，加大施工成本。

為了保證超深基坑本身、周邊地面、地下設施的安全，降低地連墻材料和吊放鋼筋籠的成本，加快施工速度，降低施工成本，急需在生產實踐中總結出一種能解決上述三個問題的一種超深地連墻的新型基坑圍護結構及具有良好防水性能的地下連續墻新型接頭。

[1] 劉永輝.凍結技術在鄭州市軌道交通工程聯絡通道施工中的應用[J].河南科學,2012,30(8):1117-1120.

[2] 徐方京,譚敬慧.地下連續墻深基坑開挖綜合特性研究[J].巖土工程師,1993,15(1):28-33.

[3] 楊朝輝,袁振宙,李乾坤.淺層平板載荷試驗在昔格達地層中的應用[J].河南科學,2011,29(7):820- 822.

[4] 蔣忠祥,徐敏山,姚衛星.基于數值分析的儀器系統差校正[J].物探與化探,2013,37(2):287-290.

[5] 侯學淵,楊 敏.軟土地基變形控制設計理論和工程實踐[M].上海:同濟大學出版社,1996.

[6] 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

[7] 叢藹森.地下連續墻的設計施工與應用[M].北京:中國水利水電出版社,2000.

[8] 邾根榮.狹小場地、敏感環境下的深基坑工程施工技術[J].建筑施工,2008,30(10):547-553.

Underground continuous wall of ultra deep foundation pit enclosure structure

Liu Famin Du Jianguo

(ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.,Ltd,Jinan250100,China)

This paper discussed the internal and external causes of underground continuous wall was widely used, based on underground continuous wall construction practice, analyzed in detail the problems and countermeasures in underground continuous wall construction process, accumulated valuable experience for the actual construction.

underground continuous wall, retaining structure, foundation pit, joint

1009-6825(2015)07-0076-03

2014-12-31

劉法民(1987- )，男，助理工程師； 杜建國(1975- )，男，助理工程師

TU476.3

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