#字形鋼接頭在京沈客專京冀段十三標2號豎井中應用

堯在雨 周伏萍 李文鵬

(江西省地質工程(集團)公司，江西 南昌 330029)

1 項目概況

1.1 設計要求

京沈客專京冀段十三標地下連續墻工程共分為兩段，其一為盾構始發站1號豎井，設計深度40 m，開挖深度24.42 m，采用1 m厚地下連續墻圍護結構。其二為盾構接受站2號豎井，設計深度69 m，開挖深度41.046 m，采用1.2 m地下連續墻圍護結構，是華北地區最深地下連續墻和最深豎井。此文主要闡述深度更深、難度更大的2號豎井。本連續墻為望京隧道2號井的圍護結構，2號豎井位于馬泉營西路西側一片萬畝造林林地范圍內，周邊比較空曠。豎井中心里程為DK22+700。2號井主要作為盾構接收井使用，在滿足盾構接收需要的情況下，同時考慮隧道疏散、電力、環控、給排水等相關專業需要，設計豎井平面凈空尺寸為36.6 m(垂直線路方向)×14 m(沿線路方向)，主體結構端墻及側墻厚度0.8 m～2.0 m，設計基坑深度41.046 m。

基坑圍護結構采用厚1.2 m的C30防水鋼筋混凝土地下連續墻(在洞門預埋鋼環范圍內采用C20混凝土，并采用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，玻璃纖維筋向鋼筋方向搭接，搭接長度不小于1 m)，抗滲等級P10，按照設計要求混凝土中須摻加微膨脹劑。設計連續墻底標高為-33.609 m，地面標高為35.45 m，成槽作業深度69.14 m。地下連續墻分幅接頭位置采用φ1 800 mm超高壓旋噴樁加強止水。

1.2 工程地質及水文地質

本區域地質主要以粘土、粉質粘土、粉細砂層為主，根據設計地勘資料顯示：自地表以下地層條件分布為：0 m～-0.9 m為素填土；-0.9 m～-4.8 m為粉土；-4.8 m～-10.1 m為粘土；-10.1 m～-18 m為粉質粘土；-18 m～-24.7 m為粘土；-24.7 m～-28.4 m為細砂；-28.4 m～-30 m為粉砂；-30 m～-33.8 m為粘土；-33.8 m～-35.4 m為粉質粘土；-35.4 m～-39.7 m為細砂；-39.7 m～-44.6 m為粉質粘土；-44.6 m～-47.3 m為粉土；-47.3 m～-49.6 m為粉質粘土；-49.6 m～-51.1 m為細砂；-51.1 m～設計槽底深度依次為粉砂、中砂。

2號井地下連續墻身位于三層承壓水含水層(含水層主要為粉砂層、細砂層)。該層地下水主要接受側向徑流補給及越流補給。

2 地下連續墻施工工藝

2.1 成槽施工工藝

由于本地區地層主要以砂層、粘土、粉質粘土地層為主，通過對本工程施工工期及地質條件分析，選擇施工方案為“液壓抓斗成槽工藝”(純抓法)成槽。采用斗厚1 200 mm成槽。液壓抓斗設備為金泰SG60。

2.2 地下連續墻接頭形式設計優化

本工程2號井地下連續墻設計深度達到69 m，屬于超深地下連續墻。按照設計圖紙2號井地下連續墻鋼筋籠采用工字鋼接頭，根據同類工程地下連續墻的施工經驗，工字鋼接頭形式的兩端工字鋼剛性約束鋼筋籠，首開幅鋼筋籠呈剛性整體下放時，由于槽孔壁的硬性阻擋而無法順利下放。當連續墻深度越大越容易出現卡籠現象，其下放的難度將急劇增加，很難下放至設計標高，處理難度較大，嚴重影響地下連續墻施工質量，鋼筋籠重量達到110 t，吊裝過程中存在較大安全隱患，由于地下連續墻成型質量難以保障，后期開挖過程中也極易發生質量和安全事故。

針對超深地下連續墻施工中存在工字鋼接頭剛性阻礙鋼筋籠下放及卡籠的問題，公司科研團隊和現場技術人員綜合分析了目前幾種主要接頭方式的優劣比較，工字接頭、Z字接頭、半圓弧形接頭等常規形式接頭施工安裝卡點多且水路短，施工質量和工程質量不易管控。#字形鋼接頭水路是其他接頭水路近2倍，且施工質量有保障，但較之其他形式多了一個工序。為確保質量，決定將原設計工字鋼接頭優化為#字形鋼接頭，將設計書中鋼筋籠與接頭整體下放方案改進優化為先行下放#字形鋼接頭，當底部澆筑的混凝土凝固后再澆筑#字形鋼接頭。然后再開槽施工鋼筋籠槽段。采用此施工工藝，接頭與槽段鋼筋籠由原來一個整體分成三部分分別施工，大大減少了單次鋼筋籠吊裝質量，由原設計單幅鋼筋籠重量從110 t減少為88 t，吊裝過程中大大減輕難度，減少不必要的安全隱患，鋼筋籠剛度大大降低，下放過程對起重設備和地基強度極限的要求減少。圖1是原設計施工順序圖，圖2是原設計接頭示意圖，圖3是優化后施工順序圖，圖4是優化后接頭示意圖。

2.2.1#字形鋼接頭施工工藝流程

導墻施工→#字形鋼接頭段成槽→安放#字形鋼接頭→安放#字形鋼接頭空腔內下設導管→澆筑底部嵌固端混凝土→完成#字形鋼接頭空腔內混凝土澆筑。

1)導墻施工。導墻施工完成后導墻混凝土強度滿足設計強度要求后，開始施工#字形鋼接頭。首先確定#字形鋼接頭的中心線位置，在導墻混凝土以醒目的標注以便識別。

2)#字形鋼接頭段成槽。成槽注意液壓抓斗中心點對準#字形鋼接頭放線中心線位置開始開挖，開槽寬度2.8 m。當液壓抓斗挖至設計槽底標高下1.5 m左右后停止開挖。

3)安放#字形鋼接頭。#字形鋼接頭加工時長度比設計槽深加長1 m，安設完成后#字形鋼接頭下端距槽底底部0.5 m，#字形鋼接頭呈懸空狀態，#字形鋼接頭頂端與導墻采取臨時固定措施固定。#字形鋼接頭安放完成后采用超聲波檢測#字形鋼接頭的垂直度，根據檢測結果微調#字形鋼接頭垂直度，垂直度必須滿足小于1/300的要求。

4)#字形鋼接頭空腔內下設混凝土灌注導管。導管直徑選用168 cm，安放前要進行水密性試驗。

5)澆筑底部嵌固端混凝土。嵌固端混凝土高度嵌固端混凝土不少于1 m。底部嵌固端混凝土澆筑結束后逐步均勻慢速拔出導管并及時回填#字形鋼接頭兩側土方略高于導墻墻頂高度。

6)完成#字形鋼接頭空腔內混凝土澆筑。#字形鋼接頭兩側土方密實后，底部嵌固端混凝土初凝前立即安裝導管完成任務澆筑#字形鋼接頭空腔內剩余混凝土。

2.2.2#字形鋼接頭施工工藝要求

1)#字形鋼接頭加工。

#字形鋼接頭采用12 mm厚鋼板加工，現場焊接加工而成，每隔2 m用10 mm厚鋼板沿柱體周圍每根加固，#字形鋼接頭長度不少于槽深，分三節組成。#字形鋼接頭接長在現場完成。#字形鋼接頭接長時用10 mm厚鋼板，搭接鋼板與柱體呈Z字形焊縫，即翼緣板焊縫水平位置不在一個水平面上，對接做法如圖5所示。

2)#字形鋼接頭位置成槽施工。

a.定位開槽。

#字形鋼接頭槽段開挖長度2.8 m。先用紅漆標注在每個槽段分幅位置，然后用電鉆成孔并埋設固定鋼筋頭標記作為開槽中心點。分幅點位置允許偏差不大于10 mm。

b.成槽深度確定。

以#字形鋼接頭中心作為成槽機開挖定位的中心，根據導墻墻頂高程，確定本槽段的最少挖槽深度。

2.2.3#字形鋼接頭底端及固定

1)#字形鋼接頭吊裝。

割除#字形鋼接頭底端1 m長度范圍腹板兩側翼緣，用履帶式起重機吊起#字形鋼接頭使其對正槽段中心后下沉柱形鋼柱接頭。柱形鋼柱接頭底端1 m嵌入槽底中，#字形鋼接頭下端離槽底0.5 m左右，將#字形鋼接頭頂端槽固定于導墻上，使整個#字形鋼接頭處于懸空垂直穩定狀態。

2)#字形鋼接頭固定。

#字形鋼接頭安放完成后采用超聲波檢測柱形鋼柱接頭的垂直度，根據檢測結果微調柱形鋼柱接頭垂直度，垂直度必須滿足小于1/300的要求。

在#字形鋼接頭頂端四側翼板上按照與導墻相對位置在工字鋼切割4個開口，用型鋼橫架在導墻頂上。為防止#字形鋼接頭位移，導墻上膨脹螺栓通過足夠強度的L形角鋼固定連接柱形鋼柱接頭，再用10型號槽鋼沿地下連續墻方向水平拉住所有#字形鋼接頭。#字形鋼接頭頂部與導墻固定如圖6所示。

3)清除鉆渣。

固定#字形鋼接頭后安裝導管和槽孔清孔設備，采用正循環工藝清孔換漿。清孔時注意及時補充泥漿，#字形鋼接頭柱內腔泥漿面位置高于導墻下2 m標高。

4)#字形鋼接頭嵌固混凝土澆筑清孔完成后，澆筑約5 m3混凝土將#字形鋼接頭底端填充密實，且#字形鋼接頭底端埋入混凝土1 m內。澆筑完成后通過檢查測量#字形鋼接頭內外混凝土面高差大小是否小于30 cm來判斷#字形鋼接頭下端嵌固深度和嵌固程度。

5)#字形鋼接頭槽段回填。

#字形鋼接頭封底嵌固混凝土終凝后，使用挖機將黏土緩慢均勻地分別來回回填于鋼柱兩側，回填高度略高于導墻面高程。回填過程中如發現槽內泥漿應及時回收，并通過除砂器過濾清除泥漿內各種雜質。

6)澆筑#字形鋼接頭內腔混凝土。

回填完成后澆筑柱形鋼柱接頭內腔混凝土，首先下設導管至澆筑#字形鋼接頭內腔底部，然后采用正循環方法清除底部泥漿沉淀，澆筑前澆筑#字形鋼接頭內腔沉渣厚度指標滿足規范要求，再澆筑#字形鋼接頭內腔混凝土至設計標高。

2.3 #字形鋼接頭混凝土繞流質量控制點

1)出現混凝土繞流#字形鋼接頭情況。分析出現此問題的原因如下：a.#字形鋼接頭焊接存在問題。b.#字形鋼接頭底部嵌固后回填土方法存在問題。

2)#字形鋼接頭混凝土繞流解決方法：a.鋼柱焊縫處需增加10×10角鋼焊接加固，焊接位置呈“W”狀錯位焊接，此加固焊接方法能把中板和側板完整的連在一起，最終形成一個整體。對內有混凝土澆筑時的膨脹力，對外有回填土的側壓力。所以此方法對內對外都能起到很好的固定作用，能防止混凝土繞流#字形鋼接頭情況。#字形鋼接頭加固方法見圖7。b.因為槽深達到70 m，直接回填土至導墻面對鋼柱的側壓力太大，可能會導致鋼板變形或裂開。待#字形鋼接頭底部混凝土待凝固后，回填土應回填與澆筑混凝土同時進行，始終保持兩側回填土位高于混凝土面5 m左右，且回填土需用挖機和人工切碎、切散后再回填至槽內。

3 結語

地下連續墻的接頭是一個實踐性很強的施工工序，同時也是十分關鍵和重要的工序。它們直接影響到施工成本、施工工期及工程質量。#字形鋼接頭解決了在超深墻施工中鋼筋籠安放困難，同時保證了地下連續墻接頭不漏水及滲水。但是相對其他形式的接頭增加了一個工序，這是今后要繼續探索的地方，比如能不能用預制的鋼柱代替現澆鋼柱方式。