同步切割澆筑混凝土連續墻施工技術*

張 琨，王 輝，王開強，周環宇，魏 倩，巴 鑫，鄧 雷

(中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

目前，地下連續墻在我國水利水庫、露天礦山、橋梁、建筑物地下室、地鐵、盾構工程豎井、深基坑工程等方面廣泛應用。隨著地下連續墻的數量、規模越來越大，施工暴露的問題和缺陷也越來越多。如分幅式連續墻結構存在接縫，防滲性能差；成槽施工采用大量泥漿護壁和攜渣，排渣效率低，需附加設施進行泥漿沉淀和處理，且泥漿對施工現場存在較大污染，不利于現場施工文明和環保；復雜地質條件下綜合效率較低。

近年來，TRD工法在基坑工程中得到應用，主要將等厚度水泥土攪拌墻作為隔水帷幕或內插型鋼形成止水擋土結構。由于TRD工法施工裝備切削能力較強且能連續成墻，形成的墻體隔水性能可靠。但水泥土攪拌體自身強度較低，作為基坑圍護結構應用時成墻深度一般<30m。

針對傳統地下連續墻施工工藝存在的上述問題，結合TRD工法連續高效銑槽的優點，利用地下連續墻作為圍護結構具有的優異擋土、承載、防滲性能，研發同步切割澆筑混凝土連續墻工法機(synchronous cutting and pouring concrete wall，以下簡稱SCP工法機)，實現地下混凝土連續墻“鋸割成槽、連續排土、隨同澆筑、土-混凝土隔離、后置骨架”施工工藝。

1 同步切割澆筑混凝土地下連續墻施工裝備及原理

1.1 施工裝備

SCP工法機尺寸為13.3m×6.4m×17.4m(長×寬×高)，成墻厚1 000mm，設計成墻深度>50m，切削力>600kN，掘進速度0.6m/h，額定功率600kW。由主機和地下作業裝置組成，如圖1所示。主機包括行走底盤，切割箱升降系統，切削動力單元，鏈張緊機構，桅桿調垂機構及接、排土機構；地下作業裝置包括切削-提土機構、地下糾偏機構及隔離-頂推機構。

圖1 SCP工法機組成

1.2 施工工藝原理

同步切割澆筑混凝土連續墻工法施工原理如圖2所示。

圖2 SCP工法施工原理

1)采用鏈刀及斗提機構沿成墻方向橫向切割并排土，向前掘進成槽。

2)鏈刀附著于切割箱體，切割箱由若干節標準長度的鋼箱體連接而成，沿槽深方向垂直布置，切割箱沿槽寬方向尺寸較刀具最大切削寬度內縮約100mm，因此切割箱側壁與槽壁存在50mm的理論超挖間隙，用于減小切割箱橫移及升降時與槽壁土體的側摩擦阻力。

3)隨掘進同步向后方槽段內澆筑超緩凝混凝土，維持混凝土液面在一定高度，對槽壁形成靜壓支撐，防止槽壁塌縮。

4)混凝土澆筑區間與挖掘區間采用隔離裝置進行干-濕分離，且隔離裝置緊貼槽壁密封處具有一定的彈性和密封比壓。

5)后方槽段內的混凝土通過隔離裝置對切割箱施加靜壓推力，作為掘進推進力的組成部分。

6)掘進一段距離后，將鋼筋籠或勁性鋼骨架以后置方式插入未凝固的超緩凝混凝土中，待混凝土凝固并達到設計強度后，形成鋼筋混凝土連續墻。

2 同步切割澆筑混凝土地下連續墻施工工藝

同步切割澆筑混凝土地下連續墻施工工藝流程為：場地平整→墊層及基礎施工→測量放線→開挖導槽→導墻澆筑、養護→設備安裝、調試→鋸割成槽、連續排土、隨同澆筑→后置骨架，其中鋸割成槽、連續排土、隨同澆筑、土-混凝土隔離、后置骨架為關鍵施工工藝。

SCP工法具有以下優點。

1)采用無泥漿(少泥漿)介入的干作業挖掘方式，掘進及出渣效率高，現場無需泥漿沉淀設施，污染小，施工現場文明程度高。

2)連續掘進澆筑成墻，不存在固定模數施工縫，成墻具有良好的防滲性能及整體剛度。

3)挖掘成槽后，直接用混凝土澆筑護壁，相較于泥漿護壁，混凝土靜壓支承力更大，防止塌槽和控制土體變形效果更好。

4)相對于三軸攪拌樁機采用的鉆桿、抓斗和雙輪銑采用的鋼絲繩，本工法裝備采用的切割箱剛度更大、自身尺寸精度更高，且切割箱全長內置有測斜傳感器，可對切削姿態進行實時監控，理論上能達到更高的成墻尺寸精度。

5)綜合效率高，省去了泥漿置換、清底等工序，簡化了施工工藝，綜合工效可達6～7m/d。

3 施工關鍵技術及措施

3.1 鋸割成槽

1)切割箱升降 通過切割箱升降系統、切削動力單元驅動鏈鋸式切割箱，鋸割成槽至設計深度。

2)橫移頂推 通過橫移頂推機構實現切割箱水平橫向挖掘推進。

3)成槽垂直度控制 切割箱主體內部設方管、測斜儀，連接處設密封接頭，可同時監測x，y正交雙向傾斜度及傾斜量，對地下連續墻軸向及垂直軸向進行實時可視化監測、報警及調垂。成槽垂直度能達到1/300以上。

4)減阻設計 為減小地下作業過程中切削阻力及側壁摩阻力，采用切割箱切割面及兩側面分標高注漿減阻法，切割箱切割面及兩側設注漿出口，每節切割箱內部均設注漿管(見圖3)，注漿管路通過切割箱間快插接頭連接；切割箱內部設分流閥塊，每根注漿管均可與注漿出口靈活連接與調整，由地面注漿設備通過切割箱內部注漿管路，將水或水膨潤土配制成的懸浮液通過高壓注入槽內。

圖3 注漿管布置

3.2 連續排土

在鋸割排土段利用附著于鏈鋸式切割箱鏈條上的切削刀頭切割土層，附著于鏈條上的螺旋排土斗隨著鏈條的運動將切割松散的土體通過鏈條循環轉動帶出地面。螺旋排土斗如圖4所示。

圖4 螺旋排土斗

排土斗將渣土帶出地面后，在頂部主動輪處進行卸渣，渣土依靠自重下落到下方的接、排渣區域進行集中和二次運輸。接、排渣區域采用有一定傾角的螺旋輸送機溜槽渣土向高點運動，泥漿向低點流動，起初步分離渣土的目的，提高排渣效率。

3.3 隨同澆筑

3.3.1混凝土配制要求

為保證隨同澆筑及后置鋼筋籠骨架，研開發C30水下超緩凝混凝土材料。該材料在不影響混凝土出機和易性的前提下，可顯著延長混凝土的凝結時間，并在相當長時間(50h內)內保持混凝土一定程度的工作性能，達到所需的混凝土和易性、凝結時間及后期強度發展指標。

通過大量的混凝土復配試驗，采用高減水型、和易型、長時緩釋保坍型、降黏型功能型聚羧酸減水劑母液按一定比例復配而成，并附加一定引氣劑和消泡劑，使制備的混凝土拌合物流動性、黏聚性和保水性達到技術要求。混凝土性能設計指標如表1所示。

表1 混凝土性能設計指標

3.3.2現場混凝土澆筑參數

為滿足現有設備和工藝技術的實際需求，建立標準段內超緩凝混凝土澆筑工藝參數計算模型，如圖5所示。超緩凝混凝土的澆筑工藝參數及所需性能與整個施工工藝密切相關。主要影響因素包括掘進速度v、全深范圍內完全流動態混凝土長度L0、新掘進段長度L、完全流動狀態混凝土影響范圍Lf、混凝土流動分布傾角α、地下連續墻設計深度h0、安全高度h1和地下連續墻寬度d0等。

圖5 超緩凝混凝土澆筑工藝參數計算模型

3.4 土-混凝土隔離

為保證地下連續墻成墻質量，通過在前段切割后的松散土體與后端流態混凝土間設置隔離箱進行有效隔離，如圖6所示。隔離箱需具有雙向隔離效果，既不能使混凝土大量進入挖掘槽段，影響切削及排渣；也不能使挖掘槽段內的渣土進入澆筑槽段，造成墻體質量缺陷。

圖6 隔離箱

3.5 后置骨架

采用連續成槽、隨同澆筑、無縫成墻技術，傳統地下連續墻鋼筋籠結構及接頭形式不再適用，因此提出后置骨架采用型鋼+鋼筋的組合鋼骨架形式，相鄰幅段間采用公母接頭結構，方便定位和插入超緩凝混凝土，如圖7所示。該骨架結構與傳統地下連續墻鋼筋結構相比，具有加工便利、吊裝方便、接頭剛度大、止水效果好等優勢。

圖7 后置骨架

4 試驗工程應用

4.1 工程概況

擬建湖北廣播電視傳媒基地產業主體功能區項目位于武漢市東湖高新技術開發區高新大道以南、光谷三路以東、光谷四路以西。勘察鉆探揭露深度范圍內，場地巖土層自上而下主要有7層：①雜填土層、耕植土層；②第四系全新統沖積黏性土層；③第四系上更新統沖洪積黏性土層、碎石土層；④殘積土層；⑤二疊系龍潭組泥巖、灰巖層；⑥二疊系孤峰組硅質巖、泥巖、硅質泥巖層；⑦二疊系棲霞組灰巖、硅質泥巖層。

4.2 試驗方案

目前SCP設備施工工藝尚無先例可循，需通過成墻試驗進一步驗證工藝在特定地層條件下的施工能力，以確定成墻質量、強度、隔水性能及墻體施工對周邊環境的影響。本次試驗段長度為12m，厚1m，試驗成墻深度為17m。

依據JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》，檢測地下連續墻的墻身完整性，現場開展聲波測試及鉆芯檢測。由檢測結果可知，該地下連續墻成墻質量達到I類。

4.3 試驗結果分析

1)SCP施工參數 切割箱以17m深度向前頂推，鏈條正轉(掌子面鏈條向上運動)，鏈條速度0.2m/s。最大總切削力約為370kN，掘進速度約為1.5m/s。

2)施工工效 在工期安排上未考慮切割箱及隔離箱打入和拔出所需時間，根據成墻試驗的施工工效統計，采用SCP工法成墻施工工藝，墻體的施工效率可達6～7m/d。

5 結語

本文針對傳統地下連續墻施工工藝存在的問題，結合TRD工法連續高效銑槽的優點及置換工法施工鋼筋混凝土連續墻作為圍護結構的優異承載性能，研發同步切割澆筑混凝土連續墻工法機，并對同步切割澆筑混凝土連續墻施工工藝進行了研究，主要得出以下結論。

1)同步切割澆筑混凝土連續墻施工技術具有無泥漿、連續掘進澆筑、高精度、高效率等優點。

2)該技術能實現地下混凝土連續墻鋸割成槽、連續排土、隨同澆筑、土-混凝土隔離、后置骨架施工工藝，試驗成墻深度17m，墻體的施工效率可達6～7m/d。

3)該技術在不同地質條件下的適用性及施工工藝關鍵參數，有待進一步深入開展針對性研究。