軟土塊石地質(zhì)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

林相春

（飛陽(yáng)建設(shè)工程有限公司，福建 莆田 351100）

1 引言

軟土塊石地質(zhì)超深地下連續(xù)墻的施工工藝相對(duì)比較復(fù)雜，在成槽過程中，施工操作不恰當(dāng)就會(huì)造成墻體出現(xiàn)塌孔，連續(xù)墻的刷壁過程中[1]，清理不到位會(huì)產(chǎn)生墻體滲漏及夾層等問題，還會(huì)由于軟土塊石地區(qū)環(huán)境因素的影響，使超深地下管線比較錯(cuò)亂，存在很多不明障礙物，給連續(xù)墻體的施工帶來很多難題[2]；針對(duì)軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)的研究，也綜合考慮了意大利的連續(xù)墻體施工技術(shù)，并陸續(xù)研究了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，將兩者結(jié)合起來已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用[3]。

文獻(xiàn)[4]針對(duì)廣州某地鐵車站的交通樞紐施工工程，分析超深地下連續(xù)墻對(duì)周圍建筑物的影響。對(duì)深異形地下連續(xù)墻體的施工技術(shù)進(jìn)行了分析，鋼筋籠吊裝技術(shù)以及預(yù)防槽壁坍塌技術(shù)等，文獻(xiàn)[5]介紹了緊鄰地鐵超深基坑嵌巖地下連續(xù)墻施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)，有效結(jié)合了咬合樁對(duì)連續(xù)墻槽壁進(jìn)行了雙重防護(hù)，保證了緊鄰地鐵超深基坑的安全，最后通過自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)了地鐵隧道的變形情況，保證了緊鄰地鐵隧道的安全。本文研究了軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)，從而提高軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的隔水防滲效果。

2 軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 建立地下連續(xù)墻的力學(xué)分析方程

軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻在施工過程中的受力分析與受到外載荷的單支點(diǎn)排樁計(jì)算模型類似[6]。地下連續(xù)墻的力學(xué)分析方程推導(dǎo)過程如下。

第一步：選取地下連續(xù)墻的頂端中心作為原點(diǎn)，開挖深度為z，開挖深度的水平方向?yàn)閥，地下連續(xù)墻頂部受到水平外力的彎矩的影響，將開挖面以及土壓力面的分布載荷分別記為qa和qb。

第二步：分析地下連續(xù)墻施工過程中的受力情況，截取地下連續(xù)墻受力微分單元dz進(jìn)行力的平衡分析，受力微分單元的左右兩側(cè)分別會(huì)受到qa和qb的影響，合力記作qadz和qbdz，受力微分單元上下截面分別作用水平剪力Q、Q+dQ，彎矩M、M+dM。

第三步：對(duì)受力微分單元dz進(jìn)行力平衡分析，得到

因此，可以得到

由于M與y之間的二階微分關(guān)系為

其中，EI表示連續(xù)墻的抗彎剛度，將其假設(shè)為常數(shù)，結(jié)合公式(3)和公式(4)得到地下連續(xù)墻在施工過程中的微分方程

以上采用力平衡方法分析了地下連續(xù)墻的受力微分單元，將水平剪力代入到連續(xù)墻的力平衡分析中，建立了地下連續(xù)墻的力學(xué)分析方程。

2.2 計(jì)算Ⅱ型接頭嵌固深度

Ⅱ型接頭比較適合軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的施工中，Ⅱ型接頭的頂端存在一定約束，會(huì)在底部的深埋巖中形成嵌固樁[7]。Ⅱ型接頭在應(yīng)用時(shí)會(huì)受到連續(xù)墻的水平載荷影響，而嵌巖樁的水平位移還會(huì)受到嵌固度K的影響，當(dāng)K=1時(shí)，嵌固樁的水平位移是最小的。接下來以軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的巖面作為嵌固點(diǎn)，來分析Ⅱ型接頭的受力情況，計(jì)算Ⅱ型接頭的嵌固深度[8]。Ⅱ型接頭嵌巖力學(xué)分析模型如圖1 所示。

圖1 Ⅱ型接頭嵌巖力學(xué)分析模型

Ⅱ型接頭嵌巖力學(xué)分析模型存在如下假設(shè)。

1）Ⅱ型接頭的嵌固深度在Ze范圍內(nèi)的應(yīng)力近似按照兩個(gè)全等的三角形分布，如圖2 所示。

2）施工的水平力F2和Ⅱ型接頭底部摩擦阻力對(duì)Ⅱ型接頭的底部影響忽略不計(jì)。

Ⅱ型接頭嵌固端的最大壓應(yīng)力為

圖2 Ⅱ型接頭的嵌固深度應(yīng)力分布圖

其中，C表示施工的安全系數(shù)，通常取值為0.5；β表示將連續(xù)墻巖體中豎向抗壓強(qiáng)度換算成橫向的折減系數(shù)，通常取值為0.5～1.0，β的取值根據(jù)連續(xù)墻巖體的構(gòu)造而定[9]，節(jié)理發(fā)達(dá)的巖體構(gòu)造取小值，否則取大值；Ra表示極限抗壓強(qiáng)度。

通過求解軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的嵌巖段在Mz和基巖對(duì)Ⅱ型接頭側(cè)壓力作用下的力矩平衡方程，得到Ⅱ型接頭嵌固深度的計(jì)算公式為

公式(7)中，MH由下式得到

其中，b表示Ⅱ型接頭的寬度。

以上在引入Ⅱ型接頭嵌巖力學(xué)分析模型的情況下，計(jì)算了Ⅱ型接頭嵌固端的最大壓應(yīng)力，通過求解Ⅱ型接頭側(cè)壓力作用下的力矩平衡方程，計(jì)算了Ⅱ型接頭的嵌固深度，接下來通過軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工流程設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的施工。

2.3 軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工流程設(shè)計(jì)

針對(duì)軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的周邊環(huán)境、地質(zhì)條件以及預(yù)應(yīng)力錨桿給軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工帶來的困難[10]，設(shè)計(jì)了軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的施工流程，從而對(duì)軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)控。軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工流程如圖3 所示。

在軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工流程中，利用接頭管吊裝鋼筋籠和灌注導(dǎo)管，最后結(jié)合接頭管，來整理匯總施工資料，并提交施工報(bào)告，實(shí)現(xiàn)軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的施工。

圖3 軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工流程圖

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

選取某市地下停車場(chǎng)與地上辦公結(jié)合的政府辦公樓，政府地上辦公一共有6 層，地下停車場(chǎng)一共兩層包括夾層。政府辦公樓的地平標(biāo)高為12.8～13.4m 之間，基坑的底部標(biāo)高大約為1.05m，深度大約為12.4m。擬建政府辦公樓的占地面積大約為3 300m2，長(zhǎng)度為48m，寬度為65m。該工程共分為5 項(xiàng)施工子工程，即基坑地下連續(xù)墻、土方挖運(yùn)、圈梁、樁基以及內(nèi)支撐系統(tǒng)拆除等。

3.2 施工過程

1）首先開始進(jìn)行軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的試樁施工工作，工程的3 根試樁都要進(jìn)行中風(fēng)化砂礫巖處理大約2m 左右。連續(xù)墻的試樁結(jié)束以后，開始制作軟土塊石地區(qū)超深地下導(dǎo)墻，進(jìn)行連續(xù)墻施工測(cè)量、澆筑混凝土、放線、挖槽以及綁扎鋼筋等，2 個(gè)月以內(nèi)完成政府辦公樓東段導(dǎo)墻和北段的混凝土澆筑工作，軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻槽段施工現(xiàn)場(chǎng)圖如圖4 所示。5月9 日開始軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的第一抓，5 月10 日開始澆筑連續(xù)墻的第一個(gè)槽段。

圖4 軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻槽段施工

2）鋼筋籠起吊和入槽是連續(xù)墻施工中的一項(xiàng)關(guān)鍵工序。鋼筋籠起吊后，由于鋼筋絲網(wǎng)的重量比較大，不容易翻身，而且往往一邊有工字鋼，另一邊無工字鋼，導(dǎo)致鋼筋籠起吊的不平衡，容易使連續(xù)墻施工過程發(fā)生安全事故，對(duì)此，工程項(xiàng)目部進(jìn)行了施工對(duì)策的研究。先選擇合適的吊點(diǎn)對(duì)每個(gè)網(wǎng)孔進(jìn)行吊點(diǎn)，然后用水平鋼筋對(duì)每個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行加固，并嚴(yán)格保證U 型夾的焊接質(zhì)量。然后在起吊之前要派專業(yè)技術(shù)人員逐條檢查起重機(jī)的工作狀況、鋼絲繩是否被剪斷或松脫、U 形卡是否被擰緊、吊點(diǎn)位置是否正確、吊點(diǎn)強(qiáng)度是否增強(qiáng)、肩部焊接是否平整、滑輪是否安裝正確等，并填寫施工設(shè)備檢查記錄表，雙方簽字確認(rèn)之后才可以進(jìn)行起吊施工，最后起吊過程中必須由專業(yè)人員指揮，操作者通過專業(yè)人員的信號(hào)指揮，來進(jìn)行施工作業(yè)。

3）6 月20～27 日之間，政府辦公樓的施工地區(qū)持續(xù)降雨，導(dǎo)致該區(qū)域的地下水位上漲，由于施工區(qū)域內(nèi)的E7 槽段上有一層厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，被雨水完全浸泡之后，就會(huì)導(dǎo)致槽段發(fā)生蠕動(dòng)滑移，28 日塔機(jī)在施工過程中由于槽口支腿處的局部力量比較集中，導(dǎo)致E7 槽段的鋼筋下放時(shí)發(fā)生塌方事故。當(dāng)塌方事故發(fā)生以后工程項(xiàng)目經(jīng)理親自到現(xiàn)場(chǎng)指揮工作，連夜進(jìn)行工程搶修。然后在距離導(dǎo)墻半米處插入鋼筋網(wǎng)片，在混凝土內(nèi)攪入生石灰和水泥，填入到塌方區(qū)域內(nèi)，并分層將其夯實(shí)緊密，達(dá)到工程的強(qiáng)度要求之后開始進(jìn)行E7 槽段的施工。

4）6 月27 日，在軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工向南推進(jìn)的同時(shí)，項(xiàng)目部決定啟動(dòng)政府辦公樓工程樁的施工，計(jì)劃1 周以內(nèi)完成7 根工程樁。軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻與工程樁同步施工，高峰期同時(shí)施工包括5 臺(tái)樁機(jī)、2 臺(tái)旋挖機(jī)、軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻挖溝機(jī)和2臺(tái)起重機(jī)。7 月20 日以前，軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的最后一段混凝土澆筑完成，施工現(xiàn)場(chǎng)全部轉(zhuǎn)入工程樁施工。

5）7 月28 日將軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的工程樁施工向南移動(dòng)，施工機(jī)械進(jìn)入工程施工區(qū)域的北面，將北面場(chǎng)地的水平標(biāo)高降至-2.4m 的相對(duì)高度，同時(shí)，開始拆除該段軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻樁頭上的混凝土，然后內(nèi)支撐施工隊(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，綁扎鋼筋和模板，并開始內(nèi)支撐施工。

6）8 月10 日，政府辦公樓軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的北側(cè)工程樁和立柱樁柱全部施工完畢，施工設(shè)備全部向南部移動(dòng)。為了搶工期，將施工區(qū)域內(nèi)北側(cè)場(chǎng)地的標(biāo)高降至-2.4m。緊隨斷樁頭，內(nèi)支撐施工隊(duì)向北施工天車梁及內(nèi)支撐，然后逐步南下。9 月8 日，第二次降水開始，基坑場(chǎng)地高度降至-8.9m。

7）軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工時(shí)，首先在-8.9m 高處鑿除地下連續(xù)墻，鑿除軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)留的腰梁鋼筋，焊接腰梁斜筋，鋪設(shè)連續(xù)墻的腰梁及第二道內(nèi)支撐處的鋼筋，然后澆注混凝土。10 月底之前完成軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的腰部支撐和內(nèi)支撐。

8）在完成連續(xù)墻的基坑南面內(nèi)支撐以后，施工區(qū)域北面內(nèi)支撐已達(dá)到整體設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，最后一層混凝土由北向南進(jìn)行挖運(yùn)，整個(gè)基坑在4 月20 日的高度降至-12.85m。

3.3 結(jié)果分析

將軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)應(yīng)用到3.2 的施工過程中，得到下列結(jié)果。

3.3.1 連續(xù)墻防水率試驗(yàn)

在政府辦公樓連續(xù)墻施工工程中，采用軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)進(jìn)行施工，得到連續(xù)墻防水率測(cè)試結(jié)果，如圖5 所示。

圖5 連續(xù)墻防水率測(cè)試結(jié)果

從圖5 的結(jié)果可以看出，采用本文的地下連續(xù)墻施工技術(shù)進(jìn)行政府辦公樓的連續(xù)墻施工時(shí)，由于該施工技術(shù)在應(yīng)用之前，建立了地下連續(xù)墻的力學(xué)分析方程，從而簡(jiǎn)化了地下連續(xù)墻的施工步驟，同時(shí)還使地下連續(xù)墻的防水率變高，提高了軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的隔水防滲效果。

3.3.2 連續(xù)墻的屈服強(qiáng)度試驗(yàn)

在政府辦公樓連續(xù)墻施工工程中，采用軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)進(jìn)行施工，得到連續(xù)墻的屈服強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 連續(xù)墻的屈服強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

從圖6 的結(jié)果可以看出，當(dāng)連續(xù)墻的厚度為0.3dm 時(shí)，連續(xù)墻的屈服強(qiáng)度就達(dá)到了53N/mm，隨著連續(xù)墻的厚度變化，由于該施工技術(shù)通過計(jì)算Ⅱ型接頭嵌固深度，強(qiáng)化了連續(xù)墻的屈服強(qiáng)度，從而提高了軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的隔水防滲效果。

4 結(jié)語

本文提出了軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)，實(shí)例分析結(jié)果顯示，該施工技術(shù)可以提高軟土塊石地區(qū)超深地下連續(xù)墻的隔水防滲效果。但是本文僅針對(duì)施工技術(shù)展開了深入研究，今后還需要加強(qiáng)施工設(shè)備的改進(jìn)，從而使連續(xù)墻施工技術(shù)更廣泛被應(yīng)用于建筑領(lǐng)域中。