復(fù)雜富水地質(zhì)條件下超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

隨著城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，地鐵兩線交叉換乘站或多線換乘樞紐越來越多。這些換乘站多為地下3層或4層結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度大，對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋土、止水要求比較高。因此，目前多采用地下連續(xù)墻作為擋土、止水、豎向承重的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其尺寸也隨之向超深、超厚的方向發(fā)展。一般來說，對于深度超過50?m的地下連續(xù)墻可定義為超深地下連續(xù)墻。和普通地下連續(xù)墻相比，超深地下連續(xù)墻成槽深度大，涉及的地質(zhì)和水文條件復(fù)雜，施工技術(shù)水平要求高。結(jié)合天津某交通樞紐工程，對多層富水復(fù)雜地質(zhì)條件下超深地下連續(xù)墻施工過程中的成槽方法、垂直度控制措施、防槽壁坍塌措施、接頭處理措施及鋼筋籠吊裝技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，以期為今后天津市超深地下連續(xù)墻施工提供借鑒。1?工程概況天津某交通樞紐包括地面公交樞紐、地下軌道交通及其相鄰的地下商業(yè)及停車庫等，平面面積約110?000?m2。其中地下軌道交通站為地下3層3跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基坑寬度25.7?m，深度26.3?m，車站全長286?m，采用蓋挖法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用地下連續(xù)墻，厚度1?m，最大深度66.5?m，鋼筋籠長度62.5?m。2?施工難點（1）地質(zhì)水文條件復(fù)雜，不利于槽壁穩(wěn)定。超深地下連續(xù)墻成槽施工須穿越雜填土、粉土、粘性土、粉砂等多種土層；穿越兩層承壓水，水頭大沽標(biāo)高分別為0.000?m，0.500?m，潛水水位埋深0.5~1.0?m。整個場地具有地下水位高、土質(zhì)不均、結(jié)構(gòu)松散、厚度變化較大、工程性質(zhì)差的特點，造成超深地下連續(xù)墻施工時存在如下困難。1）導(dǎo)墻下部存在較厚軟弱粉質(zhì)粘土層，長時間成槽過程中容易坍塌。2）深部粉砂層最大厚度達(dá)18?m，標(biāo)貫擊數(shù)大于60擊，抓土困難，成槽效率較低，易塌槽埋斗。3）潛水和承壓水水位高，成槽施工穿越2個承壓水層，槽壁不易穩(wěn)定。（2）超深地下連續(xù)墻成槽深度大，垂直度要求較高。規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求地下連續(xù)墻成槽垂直度控制在1/300以內(nèi)，不適用于30?m以上超深地下連續(xù)墻施工。工程實踐證明，超深地下連續(xù)墻成槽垂直度需控制在1/500以內(nèi)，方能保證鋼筋籠順利下放，尤其是異形鋼筋籠。（3）接頭部位易出現(xiàn)混凝土繞流，成墻后接頭處易滲漏。超深地下連續(xù)墻混凝土澆筑量大，槽底側(cè)壓力巨大。在自重產(chǎn)生的側(cè)壓力作用下，底部混凝土易繞過接頭與外側(cè)回填物混合。這部分混合物在澆筑完混凝土后已經(jīng)凝固，難以清除，給下一幅地下連續(xù)墻施工造成困難。即使通過挖槽機將凝固體挖除后，部分凝固體還會與工字形鋼外壁粘連在一起，刷壁也不能保證完全去除，從而使兩幅地下連續(xù)墻接縫處產(chǎn)生夾層，基坑開挖后，容易出現(xiàn)基坑滲漏水現(xiàn)象。（4）鋼筋籠起吊重量大、長度高、下放時間長、安全風(fēng)險高。超長鋼筋籠起吊重量大、長度高、下放時間長，不利于槽壁穩(wěn)定和清底換漿。即使采用分段吊放，鋼筋籠之間的連接也需要花費大量時間，加大了場地安全風(fēng)險。3?超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)3.1?成槽工藝3.1.1?成槽方法選擇根據(jù)場地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，地下連續(xù)墻的設(shè)計深度，工期進(jìn)度要求以及其他超深地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗，最適宜本工程的成槽施工工藝應(yīng)該是抓銑結(jié)合或鉆抓結(jié)合。對于上部較松軟的土層，可先采用液壓抓斗施工成槽，提高成槽效率；對于下部粉砂層，則采用銑槽機或鉆抓結(jié)合施工成槽，這樣既能保證成槽質(zhì)量還能提高成槽進(jìn)度。后期市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，銑槽機造價較高，國內(nèi)設(shè)備少，短期內(nèi)難以開展施工，不能滿足工期進(jìn)度要求。因此，在前期兩個試驗槽段采用“兩鉆一抓”對下部砂層開展成槽試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在40?m以下，旋挖鉆機成孔難以滿足垂直度要求。最終決定，還是采用液壓抓斗三抓成槽。成槽過程中，為避免粉砂層容易塌槽造成埋斗事故，在深度方向采用分步成槽法，開挖順序如圖1所示。在地質(zhì)條件較差時，采用六步開挖成槽；地質(zhì)條件較好時，采用四步開挖成槽。圖1?地下連續(xù)墻抓斗成槽施工工藝（a）六步成槽順序；（b）四步成槽順序3.1.2?成槽機械選擇由于粉砂層標(biāo)貫值超過60擊，液壓抓斗抓土困難，因此需要選用自重和閉合力較大的液壓抓斗。成槽過程中對金泰SG?40?A、SG?50和利勃海爾HS?855?HD的成槽時間進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利勃海爾HS?855?HD和金泰SG?50能夠?qū)ι畈可巴翆映刹?，成槽速度較快、垂直度較好。在后續(xù)槽段施工中，深槽選擇利勃海爾HS?855?HD和金泰SG?50成槽，淺槽選擇金泰SG?40?A成槽，有效保證了地下連續(xù)墻工程的順利、按期完工。3.1.3?成槽垂直度控制措施垂直度的控制是保證超深地下連續(xù)墻成槽成功和成槽質(zhì)量的關(guān)鍵。為此，成槽司機應(yīng)首選有超深成槽經(jīng)驗的熟練工。成槽過程中要依靠抓斗自重緩速下放，不得放空沖放；同時利用成槽機械自動調(diào)平功能和通過經(jīng)緯儀觀測鋼絲繩垂直度來嚴(yán)格控制成槽垂直度。此外，槽段每掘深10?m，即采用測錘、超聲波測壁儀等檢測儀器對地下連續(xù)墻成槽深度、垂直度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)問題及早糾偏。3.2?防止土體塌槽措施3.2.1?上部槽壁防塌措施超深地下連續(xù)墻成槽土方量大、施工時間長、成槽機抓斗出入槽口比較頻繁。此外，成槽機重量一般比較大，距離槽口近，產(chǎn)生的附加壓力會對槽壁穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。工程實踐證明，通過提高泥漿比重和加大導(dǎo)墻深度后，塌槽事故仍時有發(fā)生。因此，采用水泥土攪拌樁對槽體兩側(cè)土體進(jìn)行加固，攪拌樁加固深度10~15?m，頂面埋深同導(dǎo)墻深度。然后選擇“][”形導(dǎo)墻，將導(dǎo)墻底面坐落于加固土體之上，從而提高槽口和槽壁的整體承載力和穩(wěn)定性，避免了抓斗上下移動、泥漿波動和挖槽機移動對槽口和上部槽壁產(chǎn)生沖擊破壞。此外，在成槽過程中，還通過采取在成槽機下放置鋼板分散成槽機壓力，禁止成槽槽段附近重車經(jīng)過，快速施工縮短工時等措施，盡量減少對槽壁土體的擾動，避免了塌槽事故。3.2.2?深部砂質(zhì)槽壁防塌措施深部粉砂層位于承壓含水層內(nèi)，在此粉砂層成槽時，槽壁土體在承壓水作用下易液化產(chǎn)生流砂。另外，粉砂層標(biāo)貫值高達(dá)60擊，抓斗抓土困難，成槽需時較長，稍有操作不當(dāng)，就會出現(xiàn)槽壁坍塌現(xiàn)象。因此，在粉砂層抓土成槽時，要防止反復(fù)沖擊成槽，要輕放少抓，減少每次抓斗停留時間，防止埋斗事故發(fā)生。同時，提高泥漿相對密度到1.3，以增加泥漿對槽壁的反壓力，提高護(hù)壁能力。在成槽作業(yè)過程中，及時補充泥漿，始終使槽內(nèi)泥漿液面保持在不致外溢的最高液位。暫停施工時，槽內(nèi)泥漿液面則保持不低于導(dǎo)墻頂面0.3?m，并高于地下水位0.5~1?m。3.3?接頭處理措施3.3.1?混凝土防繞流措施地下連續(xù)墻接頭采用工字形鋼接頭，如通深采用接頭箱防止混凝土繞流，由于深度太大，側(cè)摩阻力大，接頭箱拔出困難。而且拔箱時產(chǎn)生的反力會作用于導(dǎo)墻和上部槽壁，壓力過大導(dǎo)致導(dǎo)墻位移，槽壁破壞。因此，采用了接頭箱和砂袋填注相結(jié)合的方法，在接頭部位40?m以下，用袋裝砂石填實；40?m以上部位放置定制接頭箱。施工過程中，為保證砂袋均勻、密實，采取了以下防繞流措施。（1）在填注砂袋之前，首先通過超聲波對成槽整體質(zhì)量進(jìn)行檢測，尤其是注意檢測端部槽壁的垂直度和凹凸程度，準(zhǔn)確計算接頭部位的體積，確定沙袋填注量。（2）采用中號或小號普通尼龍編織袋，袋內(nèi)裝50?%左右的砂土，冬期施工裝細(xì)碎石，以確保砂袋具有較好的流動性和填注的均勻性、密實性。（3）第一次先試驗性填注20~50包，然后用測繩測量砂袋上升高度，若砂袋上升高度符合計算結(jié)果，則可以增加每次填注量，以控制每次填注高度2~3?m為宜。若砂袋上升高度超過計算值，則說明砂袋懸空，需用接頭箱沖擊壓實，直至砂袋被壓至計算值。（4）每填注2~3?m，需用接頭箱壓實4~6次，壓實高度0.5~0.8?m，壓實過程中不應(yīng)快速沖擊，以防止將上層砂袋沖壞。（5）砂袋填注切忌亂拋亂扔，應(yīng)逐層、有序、均勻填注，過程需由專職技術(shù)人員監(jiān)督并記錄備案。此外，還在工字形鋼接頭兩側(cè)通長焊接1?m寬薄鐵皮，延長混凝土繞流路徑，降低繞流概率。3.3.2?接頭清理措施如果地下連續(xù)墻接頭處出現(xiàn)繞流混凝土，為防止其硬化造成處理困難，在接頭箱拔出后，應(yīng)立即用旋挖鉆機將繞流混凝土挖出。然后用專用的可拆卸液壓抓斗鏟刀，對工字形鋼側(cè)壁上的泥皮、土渣、繞流混合物等進(jìn)行鏟除。再采用專用的鋼絲刷壁器對地下墻混凝土接頭反復(fù)清刷，直至刷壁器毛刷上無泥為止，從而確保接頭處新老混凝土面緊密結(jié)合。3.4?超長、超重鋼筋籠起吊措施超深地下連續(xù)墻鋼筋籠全長62.5?m，按標(biāo)準(zhǔn)幅寬6?m計算，最大鋼筋籠重達(dá)90?t，如采用一次性吊裝，則無論起吊重量和高度均難以滿足需要，且安全風(fēng)險性較高。因此，鋼筋籠分兩段焊接和吊裝，其中鋼筋籠最長段為34?m，重約40?t。采用雙機抬吊法，直螺紋對接。3.4.1?吊點設(shè)置經(jīng)過計算，起吊方式采用15點抬吊。橫向設(shè)置3吊點，按0.207、0.586、0.207倍鋼筋籠寬度設(shè)置；縱向設(shè)置5吊點，主起重機為2點，1點設(shè)于籠頂下方0.75?m處，2點設(shè)于籠頂以下10.75?m處，副起重機3分別設(shè)于籠頂以下19.75?m、25.75?m、31.75?m處。3.4.2?選擇起重機經(jīng)計算，鋼筋籠起吊高度為40.55?m，主起重機選用300?t履帶式起重機，把桿接54.86?m，回轉(zhuǎn)半徑12?m時，起吊重量96?t，起吊高度52.8?m，副起重機選用150?t履帶式起重機，把桿接48?m，回轉(zhuǎn)半徑12?m時，起吊重量49.4?t，起吊高度47.08?m，均能滿足施工要求。鋼筋籠焊接時，對鋼筋籠進(jìn)行整體加強處理，對吊點處進(jìn)行節(jié)點加強處理。在吊裝前巡檢，檢查鋼筋籠內(nèi)有無短鋼筋等遺留物，確保吊裝安全。吊裝時需由專業(yè)人員負(fù)責(zé)指揮，以主機起重指揮為主，副機起重指揮為輔，相互配合。先由雙機同步平吊起一定高度，確保鋼筋籠整體加固穩(wěn)定后，再由副機配合主機將鋼筋籠吊裝回直。