軟土地層超深 Z 型地下連續墻施工技術

王 綱

（上海東華地方鐵路開發有限公司，上海 200071）

1 引言

地下連續墻具有剛度大、止水性能好、施工場地小、墻體整體性好等諸多優點，在深基坑工程中是最常見的圍護結構。普通地下連續墻一般是“一”字型，但在基坑斷面變化處及轉角位置處往往無法避免異型結構，常見的異型結構有“L”型、“Z”型或“T”型。異型地下連續墻在成槽質量、鋼筋籠制作、鋼筋籠吊裝與下放等方面大大增加了施工難度，一旦控制不好將出現鋼筋籠無法正常下放、卡槽及鋼筋籠變形等諸多問題，這不僅對圍護結構受力不利，還可能造成基坑開挖期間滲漏水。本文以上海機場聯絡線軟土地層中風井基坑“Z”型地下連續墻施工為背景，研究“Z”型地下連續墻施工技術，以期為后續類似工程提供借鑒。

2 工程概述

上海機場聯絡線一號風井基坑工程位于七寶站與華涇站區間，小里程接明挖地段，大里程接盾構段，盾構段盾構始發井兼中間風井，起訖里程為DK6 + 490.1～DK6+645，總長為154.9 m。一號風井基坑地下連續墻如圖1所示，其中紅圈部分ZQ1幅槽段、ZQ2幅槽段為“Z”型地下連續墻。

圖1 地下連續墻示意圖（單位：mm）

ZQ1幅槽段尺寸為1.75 m+2.95 m，寬度為1.2 m，深度為52 m，鋼筋籠總體質量為92.24 t，臨近西側YQ5-9幅槽段施工未完成，南側YQ4-5幅槽段施工已完成，北側YQ5.5-9幅槽段施工未完成。根據現場實際情況、設計要求，ZQ1幅槽段為連接幅，其鋼筋籠采取整籠制作，整體吊裝。

ZQ2幅槽段尺寸為2.775 m+3.05 m，寬度為1.5 m，深度為52 m，東側YQ5-10幅槽段施工未完成，南側YQ4-6幅槽段、北側YQ5.5-10幅槽段已完成。根據設計要求，考慮到現場實際施工情況，為減少吊裝風險，將ZQ2幅槽段尺寸加長1 m。ZQ2幅槽段為連接幅，其鋼筋籠采取“一”字型接“L”型制作，采用分次吊裝，整體澆筑，“一”字型、“L”型鋼筋籠質量分別為33.92 t、73.26 t。

3 成槽控制、鋼筋籠制作及吊點設置

3.1 成槽施工

為保證“Z”型槽段的垂直度和穩定性，成槽施工先施工中間部分，如圖2中黑影區域，然后施工兩側部分；先將中間孔成好，并放入φ1.2 m的鎖口管至槽段底部作為靠山，然后繼續施工兩側邊孔。成槽施工過程中將導板抓斗沿導墻中線垂直向下開挖，若坑槽垂直度出現偏差須及時采取糾偏措施，確保槽段的垂直度，如圖3所示。

圖2 ZQ1幅、ZQ2幅示意圖（單位：mm）

圖3 地下連續墻成槽施工示意圖

3.2 鋼筋籠制作

ZQ1幅鋼筋籠為“Z”字型，采用整體制作，鋼筋籠加工利用原有的鋼筋籠胎膜，加工時在橫向桁架上設置支撐，支撐采用φ32 mm的鋼筋，每3 m 1道，如圖4所示，確保鋼筋籠在制作時的穩定性，保證制作人員上料及行走時鋼筋籠不發生側翻。

圖4 ZQ1幅鋼筋籠制作示意圖（單位：mm）

ZQ2幅鋼筋籠幅采用一槽二籠的施工方法，即鋼筋籠由“Z”字型轉換為普通的“一”字型+“L”型的制作施工方法，如圖5所示。

圖5 ZQ2幅鋼筋籠制作示意圖（單位：mm）

3.3 鋼筋籠吊點設置

沿鋼筋籠縱向設置4道桁架筋，其中橫向桁架筋為每4 m 1道，保證鋼筋籠吊裝期間橫向均勻受力，以及縱向能夠保持良好的抗彎剛度。

鋼筋籠采用32吊點（前12后20）3機抬吊方式起吊，鋼筋籠縱向吊點需滿足彎矩平衡定律，使鋼筋籠吊裝過程中所產生的撓度最小。鋼筋籠吊點如圖6中紅點所示。

圖6 鋼筋籠吊點示意圖（單位：m）

3.4 鋼筋籠加固

ZQ1幅地下連續墻厚1.2 m，鋼筋籠桁架由通長的主筋（作為弦桿）和桁架立筋組成。ZQ1幅鋼筋籠長51.6 m，質量約92.24 t。為保證鋼筋籠的整體受力性能，鋼筋籠縱向桁架筋設置不小于4榀，縱向桁架筋采用HRB400φ32 mm鋼筋，從上到下成“W”型布置，吊點位置為“X”型，鋼筋籠頂部原有的第1根水平鋼筋改為2根HPB300φ40 mm鋼筋。

沿鋼筋籠橫向設置橫向桁架，每4 m 1道，桁架筋采用HRB400φ32 mm鋼筋，鋼筋籠水平筋采用10d（d為鋼筋直徑）焊接；吊點位置鋼筋為“X”型、“Z”型、“L”型、“ ”型，在兩腰部位設置HRB400φ32 mm加強筋，如圖7所示。

圖7 鋼筋籠加固鋼筋布置示意圖（單位：mm）

為確保地下連續墻鋼筋籠起吊安全，鋼筋籠吊裝前對吊點采取加固措施。鋼筋籠吊點相應位置設置“幾”字型加強鋼筋，加強鋼筋采用HPB300φ40 mm鋼筋；主吊吊點位置設置吊點鋼板（1 700 mm×500 mm×50 mm，以下同），鋼板位于主吊點下方約25 cm左右的鋼籠兩側，其作用是在下穿鋼扁擔后擱住鋼筋籠。鋼筋籠吊點加固措施如圖8所示。

圖8 鋼筋籠吊點加固措施

ZQ2幅鋼筋籠加固同ZQ1幅。

4 鋼筋籠檢算

4.1 計算模型

以ZQ2幅51.6 m的鋼筋籠為例進行吊裝檢算，了解其受力和變形情況。檢算采用數值分析方法，建立空間模型進行檢算。本文采用設置16個吊點工況進行計算，計算時，吊點位置布置于縱橫桁架的交叉點上。計算模型中鋼筋連接位置采取焊接形式，并認為鋼筋接觸位置不發生相互轉動。根據吊索確定邊界條件，吊索交點位置施加位移約束條件，模型施加的載荷為鋼筋籠自重。結合模型和實際工程案例，鋼筋籠吊裝過程中應力和變形主要集中在桁架上，因此主要對鋼筋籠桁架進行計算。計算模型如圖9所示。

圖9 鋼筋籠桁架計算模型

4.2 計算結果分析

圖10和圖11分別給出了鋼筋籠平吊和翻轉過程中的最大應力云圖和變形云圖。由圖10、圖11可見，鋼筋籠平吊過程中鋼筋最大應力為338.5 MPa，吊點位置處應力達到最大值，其他區域應力也小于360 MPa，桁架最大變形13.4 mm，滿足吊裝要求；鋼筋籠起吊過程中出現翻轉，最大應力為333.7 MPa，位于吊點位置，桁架最大變形13.2 mm，滿足吊裝要求。

圖10 鋼筋籠平吊時桁架應力及變形云圖

圖11 鋼筋籠翻轉時桁架應力及變形云圖

5 起吊機選型和鋼筋籠吊裝

5.1 起吊機選型

根據地下連續墻鋼筋籠情況，ZQ1幅鋼筋籠采用整節吊裝，最大質量約92.24 t（含十字鋼板鋼板、加強筋），扁擔梁、索具等總質量為101.6 t，鋼筋籠長度為51.5 m。主吊機選用600 t履帶吊，副吊機選用350 t履帶吊，輔助吊機選用125 t履帶吊。

5.2 鋼筋籠吊裝

（1）吊放轉換過程。采用主吊機、副吊機及輔助吊機等3臺吊機對ZQ1幅鋼筋籠進行吊放，3臺吊同時作業，先將鋼筋籠側向翻身，使鋼筋籠主吊點桁架基本處于同一水平面上，然后撤出中間輔助吊機；通過主副吊機將鋼筋籠水平吊起，空中收放吊索，當鋼筋籠沿縱向轉至豎直方向后，副吊機緩慢撤出，由主吊機將鋼筋籠吊裝入坑槽。

（2）吊裝方法。鋼筋籠吊放采用3臺吊機起吊、空中回直、整體入槽的吊裝施工方法：①指揮主吊機、副吊機及輔助吊機全部就位，如圖12所示，就位后安裝吊點卸扣；②在檢查吊機受力以及鋼絲繩安裝是否牢固穩定重心后同時平吊。

圖12 吊機就位示意圖

（3）傾斜提升。首先利用輔助吊機將鋼筋籠橫向翻轉，翻轉完成后撤出輔助吊機，主吊機吊主鉤、輔鉤并同時提升鋼筋籠，副吊機使鋼筋籠保持距離地面1 m高度位置；主吊將鋼筋籠提升到12～25 m呈傾斜狀態，并同步控制副吊機主鉤和副鉤。

（4）吊機對轉。主吊機不動情況下，將副吊機主鉤朝主吊機方向旋轉。主吊機緩慢收緊鋼絲繩并同時朝副吊機方向旋轉，將鋼筋籠豎向垂直立起；鋼筋籠垂直豎起穩定5 min，確保無異常情況后，副吊機放繩，卸除鋼筋籠及副吊機上的吊具，人員立即遠離吊裝作業范圍。

（5）鋼筋籠水平方向運輸。主吊機吊起鋼筋籠（保持距離地面高度不超過0.5 m）并將其運輸到槽口位置，運輸中嚴格控制鋼筋籠的平衡狀態；為防止產生大幅度晃動，鋼筋籠下部系繩索（以人力拖動），確保鋼筋籠穩定不搖晃；單機吊載行走過程中，現場施工人員應特別注意吊機、索具及鋼筋籠形態，如果發生不正常的變形或者斷裂，現場人員應當立即撤離至安全區域。

（6）吊放入槽。主吊機將鋼筋籠入槽、定位，行走過程中應緩慢平穩，鋼筋籠采用人力系繩牽引；吊放入槽時，不得強行入槽或將鋼筋籠擱置在地下連續墻導墻上。當主吊機將鋼筋籠下放到第2排吊點下面時，將穿杠穿過預先設置的U形吊環，或直接通過吊點鋼板擱置在導墻上，然后司索工將主吊機第2排卸扣拆除，并將預先安裝的連接繩用卡環相連；指揮主吊機起勾上提鋼筋籠，離開穿杠并將穿杠抽出，或將割除后的吊點鋼板抽出鋼筋籠外，繼續下放鋼筋籠。當鋼筋籠下放至第1排吊點下面位置，將穿杠穿過U形吊環，或直接通過吊點鋼板擱置在導墻上；打開主吊卡環，全部重新安裝到鋼筋籠上方的吊環上，主吊機起勾提起鋼筋籠脫離穿杠，由司索工將穿杠抽出；指揮主吊機繼續下放鋼筋籠至導墻位置，由司索工將穿杠穿過事先設置好的U形吊環，平穩緩慢放置于地下連續墻導墻上；利用水準儀測量鋼筋籠頂部高程，通過調整穿杠底部的墊板高度可使籠頂高程滿足設計要求。下放鋼筋籠時，需將在制作時增設的加固鋼筋割除，邊割除邊下放，這樣能最大限度確保上部鋼筋籠的穩定性，保證鋼筋籠的正常下放。

6 結束語

綜上所述，“Z”字型地下連續墻成槽及鋼筋籠下放施工工藝要求較高，通過采用先中間后兩側的成槽施工順序，對鋼筋籠吊點采取特殊的加固控制措施，并對鋼筋籠整體穩定性、受力和變形進行檢算，結合鋼筋籠質量及現場條件合理選擇起重吊機及吊裝方案，最終將鋼筋籠順利入槽，保證了超深“Z”型地下連續墻的高質量施工。