淺析鎖扣型鋼地下連續墻工法的應用

馬 婧，黃 巍

（上海市合流工程監理有限公司，上海市 200120）

0 引 言

隨著我國城市化進程的不斷推進，地下空間的開發利用程度越來越高，基坑深度不斷增加。以上海為例，至2018年上海地下空間開發面積已超7 000萬m2[1]。面積達2萬m2以上，深度超過20 m的基坑工程已大量涌現[2]。這些深大基坑大多地處市中心區域，施工場地狹小，周邊環境復雜，此外，由于上海是典型的軟土地區，在地面下普遍沉積有厚層軟黏性土，在這樣的地質條件下進行基坑施工活動極易產生較大的變形和地表沉降。因此如何在有限的中心城區地下空間內建設超深、高剛度的地下連續墻成為工程技術人員必須面對的課題。

目前，地下連續墻作為明挖深基坑的一種傳統圍護結構形式已應用多年，但易出現混凝土侵限、繞流、鋼筋籠偏離外露等質量問題[3]。為解決上述問題，日本在20世紀90年代開發了NS-BOX鋼制地下連續墻工法，由于其具有省力、薄壁化、現場占地面積小等優點，得到了較多應用[4]。目前，該工法較多應用在豎井施工中，在地下道路、地鐵車站中的應用較少。

為研究鋼制地下連續墻施工法在地鐵車站中的實際應用效果，2021年，由上海申通地鐵建設集團牽頭，聯合設計及施工單位，在上海軌道交通19號線世博大道站基坑圍護施工中引入鎖扣型鋼地下連續墻施工法，開展該施工法的試驗研究。該工法與日本開發的NS-BOX鋼制地下連續墻工法的不同之處在于鋼構件翼緣兩端咬合接頭的形式不同，NS-BOX鋼構件形式分為BX、BH、GH-R和BH-R等形式[5]，本項目采用的鋼構件為CT鎖扣式。這是該工法在國內深基坑工程中的首次應用。

本文以上海軌道交通19號線世博大道站工程項目為背景，闡述了鎖扣型鋼地下連續墻施工法的關鍵施工工藝，并對車站附屬結構的2幅鎖扣型鋼地下連續墻的實際應用效果進行了分析，以供類似工程參考。

1 工程概況

世博大道站為上海軌道交通19號線為配合世博文化公園地下空間開發先期實施的車站。其中換乘通道為地下兩層結構（局部為地下一層），與19號線接口段基坑約為153 m×17.7～47.7 m，基坑深約10.09～18.80 m，地下兩層范圍為800 mm厚地下連續墻，墻長33～40 m；沿基坑深度方向設置五道支撐（地下一層為三道）。

在南側換乘通道（地下兩層段）與頂管始發井間封堵墻位置設置2幅鎖扣型鋼地下連續墻，見圖1，取代相應位置的常規地下連續墻。鎖扣型鋼地下連續墻先行施工，后施工兩側常規地下連續墻。鎖扣型鋼地下連續墻厚度為1 200 mm，深度為60 m，第1幅和第2幅幅寬分別為為4.8 m和3.2 m。地墻兩側型鋼長度為61.05 m，中間型鋼長度為59.75 m。鎖扣型鋼地下墻內插型鋼采用Q345，填充混凝土設計強度等級C35，抗滲等級為P8。

圖1 試驗段位置

2 鎖扣型鋼地下連續墻關鍵施工工藝

鎖扣型鋼地下墻工法是使用泥漿護壁成槽后，插入兩側翼緣分別為“T”、“C”字形的H型鎖扣型鋼，搭接形式為將“T”字形鎖扣插入“C”字型鎖扣，用以代替常規地下連續墻鋼筋籠結構。依次按順序吊裝入槽后，澆筑大流動性混凝土，形成具有高強度、高剛度的鎖扣型鋼地下連續墻圍護結構。

鎖扣型鋼地下墻的施工方法與一般的鋼筋混凝土制地下連續墻基本相同。由于鎖扣型鋼地下墻的特點是設置鎖扣型鋼來代替鋼筋籠，因此其附帶的臨時設備容量、施工機械的選擇、接頭方式等方面與鋼筋混凝土制地下連續墻有一些差異。下面僅闡述關鍵工序施工工藝。

2.1 型鋼制作及拼裝參數

鎖扣型鋼為工廠制作產品，加工長度為12 m、13.75 m、14 m、15.3 m、15.75 m、16 m。考慮整體工期、制作工序、開工時間、工程進度等從鋼構件加工廠進行訂購，不需要現場制作的場地。鎖扣型鋼構件的形狀見圖2。

圖2 鎖扣型鋼構件外形圖（單位：mm）

試驗段為車站附屬結構的2幅地連墻。一期槽共7套鎖扣型鋼，二期槽共4套鎖扣型鋼，每套分4節進行拼裝。鎖扣型鋼拼裝參數見表1。

表1 型鋼拼裝參數表

2.2 型鋼固定拼裝

鎖扣型鋼分4節進行吊裝，并用螺栓進行連接。圖3為鎖扣型鋼分節節點。吊裝時采用定位架、定位銷確保現場型鋼接頭拼接的垂直精度，并用數字型扭矩控制型扳手對螺栓緊固進行檢查。圖4為定位架。型鋼吊放完成后，槽底采用1 m厚的固槽混凝土，槽口采用槽鋼形成封閉鋼圍檁加以固定安裝。

圖3 鎖扣型鋼分節節點

圖4 定位架

2.3 混凝土澆灌

由于鎖扣型鋼地下連續墻不采用傳統工藝的鋼筋籠，而是鎖扣型鋼與鎖扣型鋼直接相互拼接。混凝土通過型鋼壁上的圓孔流淌到其他型鋼內，并自行密實，且鎖扣型鋼地下連續墻成槽最深處為60 m，因此要求混凝土具有大流動性能。單幅墻體混凝土澆筑方量較大，要求混凝土凝結時間比常規混凝土時間長，保坍性能良好。

由于成槽泥漿或者混凝土澆筑可能會將C型口堵塞，因此要將C型口進行保護避免后繼槽鎖扣型鋼不能正常安裝。C-T接口形式見圖5。型鋼吊裝前在C口放入水囊，型鋼在對接同時對水囊進行連接，水囊的接頭位置和型鋼接頭位置一致。圖6為水囊安裝示意圖。在型鋼對接全部到位后，對水囊進行加壓，由原本的直徑7 cm的水囊加壓至10 cm。混凝土澆灌完成且相鄰槽段成槽開挖完成后，將水囊泄壓后取出。

圖5 C-T接口形式

圖6 水囊安裝示意圖

由于鎖扣型鋼地下連續墻采用CT鎖扣（見圖5）作為型鋼構連接件形成一道整體連續的地下墻，增長了地下水的滲流路徑，難以形成滲漏通道，達到了阻水效果，觀察開挖面墻體干燥，無滲漏水現象。

2.4 鎖扣型鋼地連墻與常規地連墻接縫處置

鎖扣型鋼地下連續墻與常規地下連續墻接縫視作H型鋼接頭，先期施工鎖扣地下連續墻，后期施工常規地下連續墻。常規地下連續墻施工時對鎖扣型鋼地下連續墻H型鋼處繞流混凝土、泥砂等雜物進行刮壁處理后，將后期接頭緊貼H型鋼放置，見圖7。后期槽段施工完成后，于二期基坑一側接縫施打Φ800@550 mm高壓旋噴樁、樁長40 m進行接縫止水處置。

圖7 鎖扣型鋼地連墻與常規地連墻接縫處置示意圖（單位：mm）

3 鎖扣型鋼地下連續墻圍護效果分析

選取布設于鎖扣型鋼地下連續墻上的監測點CX51和常規地下連續墻上的監測點CX58進行監測數據分析。該兩點工況相同。點位見圖8。

圖8 監測點位置示意圖

頂管始發井基坑于9月5日開挖，9月30日完成封底。圖9為點CX51和點CX58圍護結構深層水平位移最大累計變形的歷時變化曲線。由圖可知點CX51最大累計變形為17.64 mm，點CX58最大累計變形為24.75 mm，點CX51比點CX58的最大累計變形小7.11 mm，小了28.7%。

圖9 點CX51和點CX58圍護結構深層水平位移最大累計變形的歷時變化曲線（單位：mm）

考慮到鎖扣型鋼地下墻相比傳統地下墻含鋼量增加，這會使墻體剛度增大。為此將點CX51和點CX58墻體深度為18 m處的監測數據進行比較，見圖10。可以看到，墻體剛度增大時，深層水平位移減小。

圖10 點CX51和點CX58墻體18 m處深層水平位移的歷時變化曲線（單位：mm）

試驗階段，該位置鎖扣型鋼地下連續墻圍護結構深層水平位移與一般的鋼筋混凝土制地下連續墻相比較小。監測結果表明鎖扣型鋼地下連續墻在本項目深基坑圍護施工中是可行的。

選取深度為60 m，厚度為1 200 mm，幅寬為3.2 m的單幅地連墻進行比較。表2為單幅常規地墻和鎖扣型鋼地下墻的材料用量和單價表。表3為單幅常規地連墻和鎖扣型鋼地連墻的綜合單價。經計算，單幅鎖扣型鋼地連墻造價高1.2倍。由于其剛度大和薄壁化的特點，通過對壁厚的進一步設計優化，后期造價可進一步減少。

表2 單幅地連墻地連墻的材料用量和單價表

表3 單幅地連墻的綜合單價 單位：元/m3

5 結 語

為實現在狹窄的城市空間內修建超深、高剛度的地下連續墻，本項目進行了鎖扣型鋼地下連續墻施工法的試驗研究，得出以下結論：

（1）該工法鋼構件工廠化制作，提高了施工質量和施工效率，顯著提升現場安全文明施工水平，降低現場制作帶來的安全隱患。有利于施工集中管理，平衡施工場地、機械及勞動力等各種資源，降低施工成本。設備、生產和人員的管理難度降低，降低管理成本。

（2）鎖扣型鋼地下墻與一般的鋼筋混凝土制地下墻相比無需鋼筋籠胎膜場地，能夠節約施工場地。圍擋時能節約1～2根社會車道，明顯改善施工時對社會影響。特別適合于城市建筑密集、施工場地狹小、基坑挖深大的施工項目。

（3）鎖扣型鋼地下連續墻采用CT鎖扣作為型鋼構連接件，止水效果好，開挖面墻體無滲漏。

（4）試驗階段，與一般的鋼筋混凝土制地連墻相比，單幅鎖扣型鋼地連墻造價高1.2倍。由于其剛度大和薄壁化的特點，通過對壁厚的進一步設計優化后，材料用量可進一步減少，造價能夠控制在傳統工法的115%左右。如遇中心城區施工場地狹小的情況時，其經濟指標優于傳統工法。

綜上所述，鎖扣型鋼地連墻施工法具有鋼構件工廠化制作、止水效果好、節約施工場地的優勢。在中心城區場地面積狹小的條件下，該工法能最大限度地有效利用施工場地面積，實現快速施工且符合安全文明施工的要求，適用于傳統技術難以施工的狹窄地區的地下工程建設。通過本文的工程實例，我們認為該施工法具有可行性，可為類似工程提供經驗和參考。