軟硬交替地層超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

穆永江

摘 要：基于杭州地區(qū)上部軟土、下部硬質(zhì)巖的軟硬交替地層中超深地下連續(xù)墻施工背景，文章針對(duì)杭州某地鐵車站、過(guò)江隧道、供水管道等地下連續(xù)墻成槽時(shí)間長(zhǎng)易導(dǎo)致失穩(wěn)、成槽垂直度控制難、鋼筋籠對(duì)接質(zhì)量控制難等問(wèn)題，通過(guò)采取臺(tái)階式交替開(kāi)挖、超聲波檢測(cè)加強(qiáng)過(guò)程跟蹤、鋼板加焊修正槽壁前后偏差、千斤頂微調(diào)下籠姿態(tài)等施工技術(shù)措施，保證基坑工程的地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，接縫位置處均無(wú)滲漏水現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;過(guò)江隧道;地下管線;軟硬交替地層;超深地下連續(xù)墻;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U455.452

隨著地下淺層空間開(kāi)發(fā)的漸趨飽和，基坑開(kāi)挖等眾多巖土工程向更深層發(fā)展，地下連續(xù)墻作為深基坑開(kāi)挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)深度也在不斷增加。面臨更深地層中的復(fù)雜地質(zhì)條件，尤其是在上覆軟土、下伏硬質(zhì)巖的軟硬交替地層中，地下連續(xù)墻成槽、鋼筋籠吊裝及混凝土澆灌等工序易出現(xiàn)成槽上部塌方、上下鋼筋籠接頭處因剛度不足而斷裂等問(wèn)題。為解決軟硬交替地層中超深地下連續(xù)墻施作的難題，本文對(duì)成槽開(kāi)挖、鋼筋籠對(duì)接等過(guò)程的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，提出臺(tái)階式交替開(kāi)挖、千斤頂控制鋼筋籠對(duì)接姿態(tài)的施工技術(shù)措施，使得地下連續(xù)墻的變形及滲漏水控制滿足相關(guān)要求。

1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

杭州地區(qū)地質(zhì)在地表以下30m范圍內(nèi)主要為粉土、黏土等軟土地層，隨深度增加，在30～50m深度范圍粉土層與圓礫、卵石層交替分布，50m以下深度主要分布有強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖層。諸多地鐵車站、盾構(gòu)隧道工作井的地下連續(xù)墻深度已經(jīng)超過(guò)50m，在超深地下連續(xù)墻的施作過(guò)程中主要存在以下特點(diǎn)及難點(diǎn)。

（1）槽段深度深，垂直度控制難度大。地下連續(xù)墻成槽過(guò)程中在軟硬地層交替部位易出現(xiàn)垂直度偏差大的問(wèn)題，同時(shí)由于下部存在較厚的圓礫、卵石及強(qiáng)風(fēng)化巖層，成槽耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，上部塌方風(fēng)險(xiǎn)大，容易造成鋼筋籠下放遇阻、相鄰段出現(xiàn)錯(cuò)縫等現(xiàn)象。

（2）鋼筋籠對(duì)接質(zhì)量控制難。超深地下連續(xù)墻的鋼筋籠需要采用分節(jié)吊裝的形式安裝，若對(duì)接質(zhì)量控制不當(dāng)，上下籠接頭處容易因剛度不足產(chǎn)生凹凸變形甚至斷裂，嚴(yán)重影響地下連續(xù)墻施工質(zhì)量與工程安全。

（3）工字鋼接頭混凝土易繞流。由于槽段深、工字鋼長(zhǎng)度長(zhǎng)，易出現(xiàn)接頭傾斜侵界、工字鋼變形侵界現(xiàn)象，同時(shí)混凝土澆筑時(shí)間長(zhǎng)，反力箱起拔難度大，易產(chǎn)生混凝土繞流，進(jìn)而導(dǎo)致接頭漏水、漏砂，增加開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)。

2 施工技術(shù)措施

2.1 成槽開(kāi)挖地下連續(xù)墻成槽采用液壓抓斗工法，為提高工作效率，特配備具有垂直度顯示儀表和自動(dòng)糾偏裝置的金泰SG46A成槽機(jī)、利勃海爾成槽機(jī)進(jìn)行組合施工，并進(jìn)行隨挖隨測(cè)隨糾。成槽過(guò)程中控制要點(diǎn)如下。

（1）同時(shí)開(kāi)挖的2個(gè)單元槽段之間的凈距離不應(yīng)小于5m，并應(yīng)先開(kāi)挖遠(yuǎn)離接頭箱一端的槽壁。單元槽段內(nèi)開(kāi)挖順序見(jiàn)圖1。

（2）為避免在成槽穿越軟硬交替地層的過(guò)程中因塌方引起卡斗、埋斗事故，采用臺(tái)階式交替開(kāi)挖法施工，每一抓掘進(jìn)至15～20m后，開(kāi)始挖掘第2抓，并以此類推直至挖掘至槽底設(shè)計(jì)標(biāo)高;同時(shí)控制成槽開(kāi)挖速度，定期檢查槽孔偏移情況，通過(guò)成槽設(shè)備配備的自動(dòng)糾偏裝置，對(duì)槽段進(jìn)行測(cè)量糾偏。

（3）槽段開(kāi)挖完成后，用超聲波測(cè)壁儀對(duì)槽段內(nèi)開(kāi)挖面、迎土面、左右端頭面等進(jìn)行掃描，以測(cè)量地下連續(xù)墻垂直度及成槽狀態(tài)，對(duì)地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖2）。

2.2 刷壁及槽段掃孔工字鋼接頭止水性能可靠，超深地下連續(xù)墻施工采用此種接頭止水。相鄰2幅地下連續(xù)墻間的刷壁是地下連續(xù)墻接縫防水質(zhì)量的關(guān)鍵工序，連續(xù)墻先行幅、后繼幅間的接縫為整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水的薄弱環(huán)節(jié)，接頭處易發(fā)生繞流或夾砂、夾泥，是造成滲漏的主要原因。該過(guò)程控制要點(diǎn)如下。

（1）在成槽結(jié)束時(shí)，用成槽機(jī)抓斗緊貼既有槽壁端頭上下清理數(shù)次，以清理槽壁處障礙物，并使本槽壁墻體與既有槽壁墻體處在同一個(gè)垂直平面，避免2幅地下連續(xù)墻出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。

（2）采用增加了刷壁器重量、鋼刷數(shù)量和增加反面刮刀的重型雙頭刷壁器進(jìn)行刷壁。首先用該刷壁器的刮板端頭清理已成槽槽壁端頭塊狀泥土、土渣，待塊狀泥土清理完畢后，用刷壁器帶鋼絲側(cè)對(duì)端頭進(jìn)行上下刷壁，刷壁次數(shù)不應(yīng)少于20次，使刷壁器的刷壁鋼絲在最后一次刷壁后不殘留任何土渣和泥皮。

（3）在成槽完成后和吊裝鋼筋籠前應(yīng)進(jìn)行2次槽段掃孔，該過(guò)程控制要點(diǎn)如下：①成槽完成后，采用抓斗清理槽底淤泥和沉渣，保證清底后槽底沉淀物厚度小于100mm;②清孔時(shí)控制吸漿量與補(bǔ)漿量的平衡，不能讓泥漿溢出槽外或讓漿面落低到導(dǎo)墻頂面以下30cm。

2.3 上下鋼筋籠對(duì)接超深地下連續(xù)墻鋼筋籠采用分節(jié)吊裝形式安裝，下鋼筋籠固定擱置在導(dǎo)墻后面位置，但常因?qū)?biāo)高誤差、擱置環(huán)安裝誤差導(dǎo)致鋼筋籠難以準(zhǔn)確處于垂直狀態(tài)，上鋼籠在起吊達(dá)到豎直后，因水平重心偏差也難以準(zhǔn)確處于垂直狀態(tài)，這使得多數(shù)鋼筋無(wú)法對(duì)接或?qū)哟嬖谫|(zhì)量缺陷。為保障上下鋼筋籠對(duì)接質(zhì)量，采用千斤頂微調(diào)下籠姿態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，操作流程如下。

（1）下鋼筋籠入槽前，根據(jù)擱置環(huán)平面位置在導(dǎo)墻上內(nèi)外兩側(cè)各放置2個(gè)20 t千斤頂（圖3）。

（2）下鋼筋籠入槽后，將鋼扁擔(dān)穿入并置于內(nèi)外兩側(cè)千斤頂正上方，此時(shí)千斤頂處于閉合狀態(tài)（圖4）。

（3）上鋼筋籠吊裝至槽段口并處于垂直狀態(tài)穩(wěn)定不晃動(dòng)后，根據(jù)上下鋼筋籠鋼筋間的垂直距離，通過(guò)吊車向下放上鋼筋籠、千斤頂向上頂升下鋼筋籠聯(lián)合控制的方式保證上下鋼筋籠對(duì)接質(zhì)量（圖5）。

2.4 混凝土澆筑為避免混凝土澆筑過(guò)程中工字鋼接頭出現(xiàn)繞流現(xiàn)象，采用以下措施進(jìn)行控制和處理。

（1）混凝土澆筑前使用提升架安裝混凝土導(dǎo)管（圖6），2個(gè)導(dǎo)管間距不大于3 m，導(dǎo)管底部與槽底相距300～500mm。混凝土開(kāi)澆前檢查導(dǎo)管接口是否密封良好，并在導(dǎo)管內(nèi)放置保證混凝土與泥漿隔離的管塞。

（2）在鋼筋籠入槽后4 h之內(nèi)澆注混凝土。

（3）混凝土澆灌速度不應(yīng)小于3m/h，中間停頓時(shí)間不大于30 min。

（4）若發(fā)生繞流，采用安裝于成槽機(jī)斗頭上的40mm厚刮刀進(jìn)行沖擊刮剔。

2.5 墻端反力箱安裝及起拔墻端反力箱安裝于鋼筋籠，安放完畢后，采用履帶吊逐節(jié)依次垂直吊入槽內(nèi)（圖7a），其過(guò)程如下。

（1）第1節(jié)反力箱吊入槽內(nèi)一定深度后，在上部扁擔(dān)孔內(nèi)插入鐵扁擔(dān)使第1節(jié)反力箱置于導(dǎo)墻頂升架上。

（2）吊車松鉤第1節(jié)反力箱，之后吊入第2節(jié)反力箱并同第1節(jié)反力箱進(jìn)行連接，連接穩(wěn)定后拔出插在反力箱內(nèi)的鐵銷，吊車?yán)^續(xù)下放安裝第2節(jié)反力箱。

（3）反力箱頂拔時(shí)間定于混凝土終凝前（混凝土澆筑后7～8 h），終凝后再逐節(jié)拔出反力箱（圖7b）。

（4）反力箱頂拔時(shí)應(yīng)由頂升架先向上頂起，待分節(jié)長(zhǎng)度達(dá)到可拆卸的高度后，敲出反力箱連接部位的插銷并吊出反力箱，第1節(jié)拔出后，重復(fù)上述工序，直至全部拔出。

3 工程應(yīng)用

3.1 杭州市某過(guò)江隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程

杭州市某過(guò)錢塘江隧道工程江南段地下連續(xù)墻部分基坑長(zhǎng)度約為205m，江南段工作井地下連續(xù)墻深度63m（進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖3m），厚度1.2m，采用工字鋼接頭，共計(jì)21幅，最大鋼籠重量100.15t，采用分段2節(jié)的形式對(duì)接入槽，上籠長(zhǎng)度44m，下籠長(zhǎng)度19m。

3.2 杭州地鐵某站1

杭州地鐵某站1基坑外包長(zhǎng)度142m，開(kāi)挖深度25.016～26.761m，端頭井最深處26.77m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段厚1.0m，端頭井墻厚1.2m，共計(jì)61幅，深度分為57m、64m 2種（進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化蝕變凝灰?guī)r），采用分段2節(jié)形式對(duì)接入槽，上籠長(zhǎng)度45m，下籠長(zhǎng)度12m、19m。

3.3 杭州地鐵某站 2

杭州地鐵某站2為換乘站，車站長(zhǎng)172.17m，標(biāo)準(zhǔn)段寬21.3m，覆土厚度3.2m。車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用1.2m厚、1m厚地下連續(xù)墻（工字鋼接頭），墻長(zhǎng)57.28m，共計(jì)79幅。鋼筋籠采用分段2節(jié)形式對(duì)接入槽，上籠長(zhǎng)度45m，下籠長(zhǎng)度12m。

3.4 某供水管道工程

杭州市某供水管道工程線路總長(zhǎng)28.6km，盾構(gòu)隧道共設(shè)8個(gè)工作井，其中G4工作井地下連續(xù)墻深49.8m，基坑開(kāi)挖深度約21m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用1m厚地下連續(xù)墻（采用工字鋼接頭），共計(jì)20幅，鋼筋籠長(zhǎng)度49.57m;G5工作井地下連續(xù)墻墻深50.8m，基坑開(kāi)挖深度約21m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用1m厚地下連續(xù)墻（采用工字鋼接頭），共計(jì)20幅，鋼筋籠長(zhǎng)度50.57m。

4 結(jié)論

（1）在軟硬交替地層中進(jìn)行超深地下連續(xù)墻成槽開(kāi)挖應(yīng)采用臺(tái)階式交替開(kāi)挖法，開(kāi)挖過(guò)程中通過(guò)成槽機(jī)自動(dòng)糾偏裝置進(jìn)行控制，成槽后利用超聲波測(cè)壁儀在槽段內(nèi)及時(shí)掃描評(píng)價(jià)，可實(shí)現(xiàn)地下連續(xù)墻高效高質(zhì)量成槽，解決了槽段上部塌方、鋼筋籠下方受阻等問(wèn)題。

（2）鋼筋籠吊裝和上下鋼筋籠對(duì)接施工，采用吊車向下放上籠、千斤頂向上頂升下籠聯(lián)合控制的方式實(shí)現(xiàn)鋼筋籠精確對(duì)接，可保障地下連續(xù)墻成型質(zhì)量和基坑開(kāi)挖安全。

（3）通過(guò)對(duì)超深地下連續(xù)墻施工中成槽開(kāi)挖、刷壁、槽段掃孔、上下鋼筋籠對(duì)接、混凝土澆筑和反力箱安裝及起拔等工序的全過(guò)程高效控制，實(shí)現(xiàn)了在4項(xiàng)工程實(shí)例中的成功應(yīng)用，對(duì)軟硬交替地層中超深地下連續(xù)墻的施工控制具有很好的借鑒性和指導(dǎo)意義。

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收稿日期 2019-10-30

責(zé)任編輯 朱開(kāi)明