大型格型地下連續墻導墻加固技術研究

陳秋聲

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

近年來，地下連續墻以其可靠的防滲、截水、擋水、承重等優點成為了中國深基坑施工領域首選的支護措施[1-5]，并廣泛運用在房建[6-7]、地鐵[8-9]等工程。 在地連墻施工中，首先進行導墻施工，導墻起到成槽導向、穩定上部土體，防止槽口坍塌穩定等作用，但深基坑工程的地連墻結構尺寸一般較大，且沖槽深度深。 沖槽易對地連墻導墻穩定性造成一定影響。 因此，導墻加固在地連墻工程中顯得尤為重要。

傳統的導墻加固方式主要有混凝土橫撐、方木橫撐和攪拌樁。 劉杰等[10]、張燕鵬等[11]在實際施工中，采用混凝土橫撐的方式加固地連墻導墻，有效地解決了沖槽過程中，導墻穩定性的問題；王金峰等[12]、周雄等[13]采用方木橫撐的方式加固地連墻導墻，能夠快速變換橫撐位置，不影響地連墻鋼筋籠下放；關永康等[14]、金學松[15]、金亞兵等[16]通過對導墻底部進行水泥攪拌樁施工，穩定導墻下部土體，從而達到穩定、加固導墻的目的。

上述研究對地連墻導墻加固施工具有一定的指導作用。 然而，對于地質情況復雜、巖溶發育強烈的工程來說，導墻在樁機沖孔作業時間長或沖槽過程中遭遇溶洞的情況下，極易出現位移、變形，甚至塌陷，發生安全問題。 因此，需要具備快速有效的措施加固導墻。 而混凝土橫撐無法快速移動；方木橫撐支撐牢固程度較低，沖槽施工時易傾斜；水泥攪拌樁無法針對性地加固導墻，且造價加高。 為此，本文結合工程實際，研制針對復雜巖溶地層大型格型地連墻導墻加固技術，確保地連墻、導墻的施工質量和安全。

1 工程概況

白石窯樞紐船閘工程位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸，二線船閘基坑采用地下連續墻支護結構，全長937.15 m。 其中，上游進水口60 m地連墻所在施工區域巖溶發育尤為強烈，巖溶為覆蓋型巖溶，主要形態有串珠狀溶洞和管道型溶洞。 為保證地連墻支護效果，上游進水口采用三排格型地連墻結構型式，加強地連墻結構穩定性。 地連墻平面布置見圖1。 上游進水口格型地連墻平面布置見圖2。

圖1 二線船閘地下連續墻平面示意

圖2 上游進水口格型地連墻平面示意

上游進水口格型地連墻標準槽段長6 m，厚1.2 m，頂高程38.42 m，地連墻最大深度達52 m。上部連梁厚2.5 m，寬14.9 m，頂高程40.82 m，底高程38.32 m，與地連墻搭接0.1 m。 結構型式見圖3。

圖3 二線船閘上游格型地連墻結構型式示意(尺寸mm，高程m)

由于上游進水口采用三排格型地連墻，導墻施工完成后形成孤島，地連墻沖槽施工時易造成導墻坍塌、變形的情況。 為保證導墻的穩定，導墻采用“][”現澆混凝土鋼筋結構，左右對稱。 導墻厚0.2 m，高1.8 m，寬4.3 m(1.5 m+1.3 m+1.5 m)，導墻中間凈寬1.3 m。 具體結構型式見圖4，現場導墻孤島結構見圖5。

圖4 “][”導墻結構型式(mm)

圖5 現場地下連續墻孤島段

本工程以上游進水口地連墻導墻為研究對象，研制具備快速、針對性、有效的加固導墻裝置，保證現場地連墻、導墻施工質量和施工安全。

2 工程地質

2.1 工程地質分區及地質層劃分

工作區屬一級沖積堆積階地。 工程區附近的地貌形態為峰林谷地，宏觀上屬于英德巖溶盆地，項目區覆蓋層地層土性較均勻，層位變化一般，巖石起伏較大，巖溶發育。 根據勘察資料，勘探深度內土層依次為第四系人工填土、淤泥質土、粉質黏土及卵石土層。 基巖為石炭系下統大塘階石磴子組灰巖。

2.2 超前鉆地質勘察成果

為了核實大型臨時工程地下連續墻基礎范圍巖土層分布及巖溶發育情況，保證地下連續墻施工安全。 根據初勘、詳勘地質資料，地連墻按1 槽2 孔布置增加超前鉆，補充地質勘探點。

二線船閘上游段進水口超前鉆共計60 個鉆孔，其中53 個鉆孔遇到溶洞，遇洞率88.33%。 探明溶洞共計63 個，最大線巖溶率52.09%，平均線巖溶率17.83%。 溶洞洞高(鉆孔中鉛直高度)0.6 ～25.8 m，平均洞高8.51 m；巖面高程分部在-4.3 ～22.2 m，平均巖面高程15.26 m。 溶洞高度區間分布見表1。

表1 進水口段溶洞高度h(大小)區間分布

3 導墻加固技術關鍵思路

3.1 導墻型鋼支撐構件設計與制作

導墻型鋼支撐構件需要滿足移動性強、剛度大、便于安裝的要求，達到導墻加固效果的同時，不影響樁機沖槽和地連墻鋼筋籠下放。 因此，本工程設計以20 號槽鋼為支撐主體，?28 mm鋼筋為承托件的導墻型鋼加固構件。 具體結構型式如下。

a)支撐構件支撐體。 導墻型鋼支撐構件截面為矩形截面，由型鋼組合雙面焊接而成，支撐受力方式為型鋼面支撐，大大改善結構支撐強度，有效防止導墻變形。 兩側采用20 號槽鋼作為左、右豎向側桿，高1 200 mm，構件上下部采用20 號槽鋼作為水平支撐桿，與左、右側桿進行焊接，寬度1 260 mm。

b)支撐構件承托件。 考慮沖槽時沖孔樁機移動、可能遇到溶洞造成施工平臺不均勻沉降，以及地連墻鋼筋籠下放等情況，導墻支撐需要滿足隨時移動、支撐的特點。 因此，型鋼支撐構件上部設有?28 mm鋼筋延伸承托件，擱置在導墻頂。 ?28 mm鋼筋長500 mm，與20 號槽鋼搭接140 mm。

可根據現場具體情況進行針對性布置，提高支撐構件的移動性，施工靈活度，便于工人移動，并且可以循環使用，節約成本。 導墻型鋼支撐構件見圖6、7，現場導墻型鋼支撐構件見圖8。

圖6 導墻型鋼支撐構件設計斷面

圖7 導墻型鋼支撐構件設計俯視(mm)

圖8 現場導墻型鋼支撐構件

3.2 導墻型鋼支撐構件的安裝

為保證型鋼支撐構件快速有效的措施加固導墻，根據地連墻和導墻的結構型式，以及沖槽樁機擺設位置。 型鋼支撐構件具體安裝原則如下。

a)地連墻施工。 地連墻施工過程中，2 m左右一道布置。

b)槽段沖孔過程。 在格型地連墻孤島段的槽段沖孔過程中，孤島結構四周均為沖槽槽段，處于四面無支撐不受力的情況。 需根據樁機施工位置，針對性地擺放導墻型鋼支撐構件，有效地對孤島結構進行加固防止變形。 同時，可對薄弱環節隨時加密支撐，亦可有效機動地隨著沖槽機器的移動對型鋼支撐進行移動，最大化地對孤島型的導墻進行加固。

c)格型地連墻成槽過程。 格型地連墻成槽過程中，一旦出現泥漿面高度迅速下降現象，應迅速向槽內補漿，并向槽孔內投入黏土等堵漏材料，防止發生塌孔現象。 同時按照現場實際情況對導墻型鋼支撐構件進行加密布置。

4 主要技術特點

4.1 地連墻及導墻施工流程

為了保證施工質量安全，應對復雜巖溶地區可能出現的遇洞塌孔等情況，本工程根據傳統導墻支撐方式，研制支撐強度高、移動性好的導墻型鋼支撐構件，隨時應對多變的施工現場。 地連墻及導墻施工工藝見圖9。

圖9 地連墻及導墻施工工藝流程

4.2 地連墻及導墻施工方法

根據施工現場實際情況，導墻采用挖掘機開挖，人工配合清底、夯填、整平。 側墻采用組合鋼模，?50 mm鋼管支撐。 混凝土人工入模。 地連墻采用以沖孔鉆為主，采用泥漿護壁方式，反循環泵吸出渣料和清底，然后采用雙機抬吊法整體起吊鋼筋籠，最后采用導管同步灌注混凝土。 地連墻沖槽時采用型鋼支撐構件加固導墻，保證導墻穩定性。

地連墻及導墻施工主要施工方法如下。 ①施工前，測量人員進行導墻控制線放樣，保證導墻中心線以地連墻中心線為準，以及導墻內部的凈空尺寸。②進行導墻基礎開挖，基礎土層應碾壓密實；鋼筋板扎和立模，澆筑混凝土，導墻頂面高出地面10 cm，且保證泥漿液面高出地下水位50 cm。 ③導墻施工完成后，布置地連墻沖孔樁機，沖槽；根據樁機位置，超前鉆地質揭示成果以及3.2 節內容，在溶洞較多和地質條件較差的地連墻槽段中，加密布置型鋼支撐構件。 沖槽時，需人工移動型鋼支撐構件，隨沖槽設備位置改變而改變，避免影響施工。 ④沖槽完成后，采用置換法清槽換漿，利用泥漿泵反循環抽漿清底，保證槽底沉渣不大于200 mm。 ⑤地連墻鋼筋籠制作，完成后，利用雙機抬吊法完成鋼筋籠下放；鋼筋籠吊裝、下放施工前，回收導墻支撐構件，避免影響施工；同時對焊縫等連接部位進行仔細檢查與維護，以提高鋼支撐構件的使用壽命。 ⑥鋼筋籠下放完成后，利用砂袋將封堵鋼筋籠兩側，避免澆筑混凝土時出現漏漿現象。 ⑦灌注水下混凝土。

4.3 型鋼對撐構件應用效果

本文以白石窯樞紐船閘工程上游進水口格型地連墻、導墻為研究對象，將導墻型鋼支撐構件運用于現場實際施工，保證了導墻穩定性，避免了地連墻沖槽振動、突遇溶洞等情況對導墻的影響。 導墻型鋼支撐構件現場應用效果如下。 ①型鋼支撐構件可在導墻施工前，按照地連墻寬度預制。 相較混凝土橫撐無需安裝模板，節約施工時間。 且型鋼對撐構件為施工常見型鋼，造價低，安裝、拆卸簡單，能夠重復利用，節約成本。 ②型鋼支撐構件較傳統點支撐型式的梁系結構而言，型鋼支撐構件從原來的端點支撐轉為面支撐，大大提升了支撐構件的安全系數、強度系數，強度較方木橫撐高。 ③型鋼支撐構件上部設有?28 mm鋼筋，移動性相比混凝土橫撐更好。在樁機沖槽、地連墻鋼筋籠下放時，能夠迅速改變對撐加固位置。 ④型鋼支撐構件相較混凝土橫撐，在施工中，能夠隨時加密對撐構件，保證導墻對撐效果。 型鋼支撐構件與混凝土橫撐對比見圖10。

圖10 型鋼支撐構件與混凝土橫撐對比

5 結語

白石窯樞紐船閘工程針對復雜巖溶地質，在大型格型地下連續墻孤島結構段施工中，研制了導墻型鋼支撐構件，解決了傳統方木支撐強度低、易傾倒、鋼筋混凝土橫撐移動難、無法重復利用的問題，既滿足支撐構件的支撐強度，又大大提高了移動性，有效防止導墻變形、坍塌，同時保證了地下連續墻的施工質量，降低施工成本、縮短施工工期，為復雜巖溶地區大型格型地連墻施工提供一定的施工經驗。