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超深H型钢接头地下连续墙施工技术

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李剑峰

[导读] 摘要：随着城市轨道交通及地下空间的开发，对地下空间的开发深度不断加大，地下连续墙的深度也不断加深。

        上海隧道工程有限公司上海 200030
        摘要：随着城市轨道交通及地下空间的开发，对地下空间的开发深度不断加大，地下连续墙的深度也不断加深。超深地下连续墙对接头的防渗要求极高，常规的超深地墙一般都采用铣接法接头，采用其他接头工艺需面临这不少客观难题，本文结合具体的工程案例，对超深H型钢接头地下连续墙施工技术进行探讨。
        关键词：超深地下连续墙；H型钢接头
        一、超深H型钢接头地下连续墙施工案例及关键技术
        1、工程概况
        龙水南路越江隧道新建工程浦东1号工作井为本工程盾构始发井。浦东1号工作井位于滨江休闲公园内，距黄浦江边约42.7m。工作井起止桩号为NK/SK1+675.3~NK/SK1+785.5，工作井为异形井，基坑平面内净尺寸约（17.4~44）m×114m，基坑面积约2876m2。
        工作井基坑最大开挖深度约38.8m（从地面标高6.40算起），坑底位于⑤3-1灰色粉质粘土夹砂质粉土。两端工作井支护结构采用1.2m厚地下连续墙+7道钢筋混凝土支撑，其中的车架段所运用的支护结构，其运用的是1.2m厚度的地下连续墙+6道的钢筋混凝土进行支撑，地下连续墙采用的是明挖顺作法施工，运用了H型钢接头。
        本工程主体地下连续墙厚度为1.2m，深度为76.4m，共计61幅，采用H型钢接头。
        基坑范围地基土自上而下为场地内分布有①1填土、①3灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、③灰色淤泥质粉质粘土、③t灰色粘质粉土、④灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粘土、⑤2灰色砂质粉土、⑤3-1灰色粉质粘土夹粉土、⑤3-2灰色砂质粉土、⑤3-2t灰色粉质粘土夹粉土、⑦2灰色粉砂、⑦2t灰色粘质粉土夹粉质粘土、⑨1灰色粉砂，其中④、⑤1、⑤2、⑦2、⑨1层土相对较均匀，其余土层不均匀。
        工程场地浅部地下水属潜水类型，常年平均地下水位埋深为0.5~0.7m。据地质勘察资料，⑤2和局部分布的⑤3t、⑤3-2为微承压水含水层，第⑦2层、⑨1层为第Ⅰ承压水含水层。
        2、本工程主要难点和应对措施
        （1）由于地墙深度大而导致槽孔在控制稳定性时难度增大
        本工程地下连续墙深度为76.4m，设计要求精度达到1/1000，对成槽设备的要求极高。在基坑施工区域内的土层厚为6-7m，属于①3和③t粘质粉土层，其特征是土质较为松软，易渗透等，其埋深浅层顶为3m～4m，由于在施工期间槽段内泥浆压力还不能够支撑和确保槽壁的稳定性，而在地墙成槽施工过程中极易造成槽壁失稳塌方，造成地墙混凝土超方，并影响地墙接缝质量。
        在地下墙在建期间所配备的设备有成槽机及铣槽机，成槽机采用的是金泰SG70型号，铣槽机使用的是韩国三宝品牌的，其中还配设了具有自动纠偏性能的装置以及显示垂直度的仪表装置，因此在施工中能呈现出随挖随测随纠的功能，在对槽段进行挖掘作业时，成槽机主要是挖除其上阶段的土方，而其下阶段的土方则运用了铣槽机来操作，此方式称之为铣抓结合。由于在该工程当中的墙深是76.4m，因此为更好保障成槽作业环节的效率与精度，地墙成槽采用抓铣结合施工工艺。成槽过程中综合考虑成槽速率以及泥浆使用，在地下连续墙上部50m土体采用金泰SG-70液压抓斗成槽机进行成槽，地下连续墙50m以下土体采用CSC40-HDS80铣槽机进行成槽。成槽精度控制用铣槽机的纠偏系统在铣槽过程中进行动态纠偏，用超声波侧斜仪检查垂直精度。
        针对①3及③t粘质粉土层对成槽稳定性的影响，必须对地下墙两侧采取支撑加固举措，在此所运用的是三轴深水泥搅拌桩加固的方式，其在地下墙建设当中的土体加固是比较强的，强度可达到0.8MPa以上，对于11m以下深度的土体均能有效处理。此种加固处理方式能对槽壁起到非常了的稳定性效果和作用，同时还对其施工当中的接缝渗漏水状况也能有着良好防渗效用。而且此方式对于墙体整体性的平整性来讲也能起到保障作用，故而对砼内衬墙以及基坑开挖方面的施工作业开展和质量保障也极为有利。根据设计要求结合现场实际情况，地下连续墙两侧采用三轴搅拌桩加固，桩径为850mm，中心距600mm，三轴搅拌桩边距导墙边80mm，加固深度为13.5m。
        （2）超深、超长混凝土浇筑要求高
        本工程地下连续墙深度为76.4m，超深地下连续墙混凝土的水下抗分散、离析性能要求极高。超深地墙选用大流态高粘聚性的耐久性混凝土配方，坍落度控制在220±20mm，同时混凝土扩展度不小于500±50mm，以确保混凝土在浇筑期间不离析沉降。
        （3）地下墙接缝防渗要求高
        由于地下墙结构体自身的防渗性能可以直接与后期的永久和稳固性存在关联，因此通常来说在墙体结构有渗漏状况出现时，此结构部位在后期会发生渗漏状况的机率也就会相应的高些。以此工程墙体结构施工区域来分析，其地层段正处于含有承压的水层，而且其的基坑也偏深，所以一旦墙体结构或是接缝处存在极小的空洞或夹泥时堵漏就非常的困难了，均会存在由于流沙问题而导致的水土流失情况，进而致使了周边区域的地表沉陷问题，同时也给周边环境构成极严重影响。所以说，此工程存在着地质方面的特殊因素，故而对地下墙的防水防渗方面要求就极高了，因此在其施工质量管控方面的要求也就更高。
        本工程地下墙槽段间连接采用防渗效果较好的H型钢接头施工工艺。确保地下墙端头垂直精度，加强接头刷壁效果也是确保地下墙接缝质量有效措施。
        （4）超长、超重钢筋笼吊装
        本工程所有主体1.2m厚地下连续墙吊装采用上下对接工法，其中上节钢筋笼均为48m，下节钢筋笼为27.9m。其中最重的为车架段地下连续墙钢筋笼，厚1.2m，幅宽5.5m的顺幅，H型钢接头，钢筋笼最长为75.9m，钢筋笼总重129.0T（包括索具6T）。最重上节钢笼为车架段顺幅上节钢筋笼101.4T（包括索具6T），采用450T吊车和280T吊车双机抬吊；最重下节钢笼为端头井首开幅下节钢筋笼33.9T（包括索具3T），采用450T吊车和280T吊车双机抬吊。施工过程中需保证钢筋笼的焊接质量，现场大型吊车进场、组装、验收、试运行合格，备案后方可进行吊装作业，加强吊点、钢丝绳、卸扣的检查，并加强对现场操作人员的技术交底，确保起重吊装的安全。
        二、超深H型钢接头施工针对措施
        1、地墙接头工艺选用
        铣接法需要铣槽机这样特殊的设备完成的一种接头形式，接头质量的好坏对泥浆质量、沉渣控制、成槽精度、钢筋笼定位精度、接头处理方法等要求极高，稍有控制不当就会造成渗漏现象。H型钢接头有接头刚度大，具备较强抗变形能力，渗流路径较长，具有较好的止水效果。根据以往施工经验，为确保地墙接缝的防渗能力，本工程地墙接头工艺由铣接法调整为H型钢接头。
        2、76.4m深H型钢接头针对处理措施
        对于H型钢接头来说，其在施工中也会存有些许弱点，主要是在槽段面的局部发生坍方状况时，浇筑的混凝土通常都会绕过接头而直接与槽段内回填物形成了混合，形成“绕管混凝土”。同时，因为本工程深度较大，H型钢在施工过程中易发生倾斜和变形，影响地墙接缝，施工过程中需采取相应措施已保证H型钢接头的施工质量。
        （1）加强H型钢接头强度，与设计单位进行沟通，适当调整H型钢接头结构，如在型钢内侧设置纵向及横向加强肋板，加强H型钢接头强度，以减小接头在施工过程中的变形。

图1 H型钢接头加强示意图
（2）控制型钢在钢筋笼平台上拼装的平直度（高差及横向偏差不大于1cm），保证两段型钢间焊缝的焊接质量，在接头位置焊接加强钢板，确保整根型钢在接头位置处的强度。

                图2 H型钢对接处加强示意图
        （3）控制地墙端头的成槽精度，采用铣槽机配合尽量将端头精度控制在1/1000以内，以便于接头背侧回填密实，避免在回填过程中发生土袋堵塞导致回填不密实。地墙成槽完成后，对槽段进行超声波检测，根据端头超声波检测结果，计算型钢接头背侧回填土袋数量，计算每5m回填土袋数量并制成相应表格，施工人员在回填过程中记录每5m的回填量，并与理论回填量进行对比，若偏差较大，及时采用冲刀对土袋进行压实处理。
        （4）控制钢筋笼下放垂直度，在钢筋笼上设置定位钢筋（不影响回填），钢筋笼下放到位时，采用水准仪观测钢筋笼两侧标高，确保两侧标高相差不大于1cm，避免钢筋笼下放发生倾斜情况。
        （5）合理控制回填速率及回填高度，回填与混凝土浇筑同步，回填高度控制在高于混凝土液面5m左右，由专人协调回填与混凝土浇筑工作，避免H型钢内外压力差较大导致型钢变形。地墙上部25m直接采用型钢接头专用反力箱填充。
        （6）根据工程实际情况，可考虑前3幅进行多舱室填充囊接头工艺试验，评估该工艺是否有利于本工程超深型钢接头的施工质量。多舱室填充囊接头工艺能够有效提高H型钢背侧的回填效率，本工程采用的多舱室填充囊长度为50m，槽段下部26.4m仍采用土袋回填，极大减少了回填量，同时该工艺能够有效控制填充囊的压力，减小H型钢在施工过程中的变形。
        三、结语
        本工程作为全国最深的采用H型钢接头的地下连续墙工程，在施工过程中，结合常规深度的H型钢地下连续墙工艺，采取一些针对性措施，在实际施工过程中，进一步拓展H型钢接头在地下连续墙在更深的深度上的应用，为后续的地下连续墙施工提供实践经验。
        参考文献：
        [1]QJ/STEC 004-2014，地下连续墙施工规程[S]．
        [2]DG/TJ08-2073-2016，上海市工程建设标准《地下连续墙施工规程》[S]．
        [3]丛霭森. 地下连续墙的设计施工与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
        [4]马勤，周亚军.一种地下连续墙H型钢接头防绕流措施的探讨[J].岩土工程学报，2014（S2）：233-235.