超大超深地下连续墙施工技术

□文/高海波

超大超深地下连续墙施工技术

□文/高海波

于家堡交通枢纽深基坑工程均采用61 m超深地下连续墙作为基坑围护结构，穿越淤泥质粉质粘土、粉土、粉砂、细砂等不良地层，通过采取合理的对策解决了施工难度较大的问题，攻克复杂地层条件下超深超大地下连续墙施工技术难题，确保了工程质量。

超深；地下连续墙；施工；不良地层；风险

1　工程概况

于家堡交通枢纽工程是城际高速铁路、轻轨交通和公交换乘的大型综合交通枢纽工程，配套市政公用工程土建施工第一标段包括部分B1线、Z1线轨道交通地下结构工程。

其中Z1、Z4线全部采用1.2 m厚、61 m超大超深的地下连续墙作为围护结构，基坑内设置7道混凝土支撑，竖向采用φ500 mm工具柱支撑。基坑开挖深度达29.5 m，为当时天津市最深基坑，施工难度很大，见图1。

图1　干家堡一标平面

工程地质条件复杂，地层表层为杂填土层，地下25 m深度范围内主要是粉土和粘土。其中5～17 m范围内存在软弱淤泥质粉质粘土；17～25 m为浅层承压水的不透水层；30～60 m为粉砂和细砂层，厚度大、标贵值较高，平均＞50；60 m以下为粘土层，形成深层承压水的不透水层，61 m深地下连续墙底部坐于此不透水层上，使基坑形成封闭箱体，见图2。工程是典型的上软下硬地层，下部为巨厚砂层，砂层易塌槽且标贵值大，导致地下连续墙成槽施工效率低，而上部存在的软弱淤泥质粉质粘土层在长时间暴露情况下也容易塌槽。

图2　地质条件与围护结构关系

2　地下连续墙施工工艺

地下连续墙施工工艺流程见图3。

图3　地下连续墙施工工艺流程

3　施工难点分析及对策

3.1成槽精度控制

地下连续墙深达61 m，要求成槽垂直度偏差必须控制在3‰以内，垂直度较难保证。为此，需要在机械设备、施工工法及施工过程中加强控制才能保证垂直度，满足设计及规范要求。地下连续墙垂直度控制是围护结构施工的难点之一。

成槽垂直度控制的第一步就是导墙的垂直度控制。但是根据现场地质情况来看，在场地内土层上部分布了较厚的一层粉质粘土和淤泥质粘土，标贵值2～3，承载力极低。坐落在该层土的导墙为保证其基底的稳定性，预先应对导墙下的土体进行搅拌桩加固施工，提高其承载力，保证在机械成槽和钢筋笼下放过程中，导墙的坚实稳定。

3.2地面下30～60 m苑围内砂层开挖困难且容易塌槽

在地面下30～60 m范围内主要为粉砂和细砂层，标贵值大。根据相关施工经验，在标贵值＞30的土层中，液压成槽机的成槽效率急剧下降，标贵值＞50就很难挖掘。试槽时，直接采用液压抓斗挖土的方式，成槽宽度5 m约用时78 h，而通过试槽情况来看，在采用旋挖钻引孔的情况下，在砂层液压，成槽机成槽进尺约1 m/h左右，效率很低。而且由于该层粉砂和细砂含微承压水层，地下水丰富，孔壁稳定性差，可能发生流变，因此30 m深度以下的砂土层易发生塌孔，对成槽垂直度影响很大。

由于在硬砂土层的成槽效率低，30 m以上的杂填土、淤泥质粘土、粉土、粉质粘土层，成槽后长时间晾槽也容易出现塌孔。因此，在施工过程中合理地配置泥浆、控制成槽进度，防止塌孔是围护结构施工的难点之一。

1）严格控制槽边荷载。成槽机本身质量大（约60 t），如此荷载施加到上部软弱地层很容易导致土体产生滑移，使槽段发生塌孔或导墙坍塌。所以施工过程中在成槽机下铺设钢板，将成槽机对土层形成的附加应力分散，减小土体内的应力，保证土体稳定。同时，在成槽施工5 m范围内禁止大型机械行走。挖出的土方及时由装卸车运到临时堆土场地放置，严禁在槽边堆放土方。

控制坑边荷载后，若在挖槽时仍出现上部槽段塌方，则在槽段两侧进行水泥搅拌桩或粉喷桩加固施工，提高土体的粘聚力和强度，控制塌方事故的发生。

在初期慢速挖槽，控制槽段内液面高于地下水位1.0 m以上；在砂层中开挖，控制进尺不能过快，以免扰动泥浆形成负压导致塌槽。

2）在砂土层中挖槽时提高泥浆密度，控制在1.2 kg/m3左右；但是严格控制其含砂量，对循环泥浆用大功率振动除砂器进行除砂，处理后仍不符合要求（＞8%），予以废弃，以免因含砂量大导致沉渣过厚、减小对压油管的磨损。

3）针对泥浆密度大导致混凝土浇筑困难的情况，在完成钢筋笼、导管下放后，对槽底进行清孔，当槽底泥浆密度＜1.15 kg/m3时，立即进行混凝土浇筑。对槽内的泥浆也进行置换，减小密度和含砂率。

4）如在挖槽或混凝土浇筑过程中发生轻微塌槽，使用空气吸泥机吸掉泥土后继续挖槽或继续浇筑。如发现大面积坍塌，应及时将抓斗提出地面，用优质粘土（渗入20%水泥）回填至坍塌处以上1～2 m，待沉积密实在槽壁外侧注浆后再行挖槽。

3.3混凝土绕流防治措施

地下连续墙混凝土绕流的主要原因：槽内泥浆液面高度不够、泥浆性能指标不合格、地下连续墙钢筋笼平整度差、成槽垂直度不满足要求、成槽到灌注时间过长等引起的槽壁坍塌；地下连续墙工字钢板下端未插入槽底或插入深度不满足要求；地下连续墙工字钢板两侧与槽壁间未采取防绕流措施；接头箱未下放到槽底或起拔时间过早；接头箱背后回填料不密实。

挖槽过程中派专人控制槽内泥浆液面高度，液面下降及时补浆，确保槽内液面高于地下水位1 m以上；根据不同的地层条件选择合适的泥浆，保证泥浆的护壁效果；加强挖槽过程控制，充分利用成槽机垂直度控制系统，随时检查挖槽垂直度，发生偏斜后及时对槽壁进行修正；钢筋笼起吊时合理设计吊点位置，避免钢筋笼产生纵向弯曲变形，使钢筋笼入槽孔时，保持垂直状态；挖槽过程中严格控制成槽深度，避免因超挖造成地下连续墙工字钢板悬空或插入深度不足；挖槽时适当放大幅宽，保证接头箱正常下放；接头箱下放完成后，其背后空隙用碎石回填，为保证回填密实，每回填8～10 m用吊车吊接头箱将碎石砸压密实；按设计要求安放好工字钢两侧φ30 mm的钢筋，防止混凝土从钢板两侧绕流；在加工钢筋笼时，在工字钢板两侧，沿笼体通长设置2块0.3 mm的薄铁皮，铁皮宽1 m左右，浇筑混凝土时，利用混凝土的流动性，使薄铁皮受挤压后紧贴槽壁，封堵接头钢板与槽壁间空隙，使混凝土不能从两侧绕流。若发生绕流，则在混凝土浇筑完拔出接头箱后，采用旋挖钻对工字钢板后的绕流进行处理，对工字钢夹角处的混凝土绕流也能起到松动的作用，然后再用自制的铲刀对工字钢背后的绕流混凝土进行处理，铲刀安装到液压抓斗上，利用液压抓斗的自重，将铲刀贴紧在工字钢上。对于强度比较高的绕流混凝土可以采用接头箱底部焊接钢板三角形铲刀，对绕流定位冲击。

3.4接头箱起拔难度大

根据初步估算，在理想垂直状态下，顶拔接头箱需克服的接头箱自重（约50 t）与侧壁的摩阻力（单位侧阻取20 kN/m2）之和就已达到400 t以上，这样大的顶拔对接头箱本身与导墙承载力的考验都是相当大的，因接头箱自身材料焊接加工质量、连接部位螺栓抗剪强度不足或导墙后座强度不够导致接头箱被拔断或埋管的风险几率将大大增加。

针对61 m超深地下连续墙，接头箱如果强行下放到底，势必难以起拔。拟将接头箱下放到开挖面以下10 m位置，接头箱下部用袋装砂石进行填充并用吊车悬吊重物（接头箱或自制铁块）进行夯实。根据以往的施工经验，只要砂袋填充密实，能够给止水钢板提供足够的支撑反力，能够有效控制混凝土绕流。

对于上部的接头箱，为防止接头箱难于起拔的现象，接头箱制作精度（垂直度偏差）应在1/1 000以内，安装时必须垂直插入，偏差≯50 mm。同时，抽拔时掌握时机，一般混凝土达到自立程度（3.5～4 h），即开始松动接头装置，每次抬高5 cm，每间隔5 min顶拔一次。严格按照混凝土浇灌记录曲线表所实际记录的混凝土在某一高度的终凝时接头装置允许顶拔的高度，严禁早拔、多拔。同时考虑到混凝土浇筑时将产生侧向推力，导致反力箱的摩擦力增加，本工程地下墙钢筋笼制作时采用以先行幅和顺幅施工为主的措施。其中先行幅的钢笼两侧均设置止水钢板，与钢筋笼水平筋牢固焊接，整体起吊入槽。顺幅设置单边止水钢板，减少反力箱起拔的风险。

3.5钢筋笼变形难以下放

本工程最长钢筋笼达到50 m，质量72.16 t，在起吊过程中如果钢筋笼加强措施不到位或起吊方法不对，极易导致钢筋笼发生不可恢复弯曲变形，导致钢筋笼难以入槽。另外，加工过程中钢筋笼尺寸偏差或加工场地平整度达不到要求，钢筋笼本身存在一定的扭曲，也将导致钢筋笼难以入槽。

为防止钢筋笼在吊装过程中变形，要对钢筋笼进行加固；制定专项钢筋笼吊装方案，合理设置吊点位置，吊点设置在纵、横向桁架交点处，设置吊环、拉筋、斜拉筋，并加设大直径圆钢以使钢筋笼受力均匀；吊装过程中轻起慢放，防止产生较大冲击荷载。另外，严格控制钢筋笼外形尺寸，其长宽应比槽孔小20 cm；钢筋笼入槽孔时，保持垂直状态。如因槽壁弯曲钢筋笼不能放入则修整后再放钢筋笼。

严格控制钢筋笼加工平台的标高，保证钢筋笼加工平台的平整，根据以往施工经验，平台标高差应控制在10 mm以内，以保证钢筋笼加工平整度。

4　结语

于家堡站交通枢纽配套市政公用工程土建施工第一标段地下连续墙为天津市最深，施工技术难度与国内其他地下连续墙施工中属前列。在工期紧、任务重的情况下，合理组织、精心施工，总结出一套适合复杂地质条件下超大超深地下连续墙施工技术，促进了本工程顺利、安全、如期地完成。

［1］赵志缙，应惠清.简明深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［2］江正荣.建筑地基与基础施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［3］丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用［M］.北京：水利水电出版社.

TU476+.3

C

1OO8-3197（2O16）O1-45-O3

2O15-1O-2O

高海波/男，1981年出生，工程师，中铁一局集团天津建设工程有限公司，从事地铁深皇坑施工工作。

□DOI编码：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O15