地下连续墙钢筋笼安放困难原因分析与处理

0 引言

国家发改委于2021年6月印发了《长江三角洲地区多层次轨道交通规划》，旨在加快共同建设轨道上的长三角。在城市市区内，为充分利用土地资源，城际铁路、市域（郊）铁路和城市轨道交通一般采用地下车站。长三角地区的地下车站围护结构一般采用地下连续墙。地下连续墙是在地面上采用挖槽机械，沿基坑开挖工程周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，形成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构[1]。槽段在清孔后，泥浆指标偏低，按规范要求，吊放钢筋笼～混凝土浇筑之间不宜超过4h，吊装安放过程中如出现钢筋笼下放困难则会增大槽段塌孔的风险。本文结合长三角地区地下连续墙施工，分析地下连续墙钢筋笼安放困难的原因，提出预防及解决措施，保证车站的施工质量。

1 地下连续墙设计

1.1 常规地下连续墙设计

车站地下连续墙采用C30～C40水下混凝土，抗渗等级为P6～P12，采用HPB300、HRB400级热轧钢筋，地下两层车站的地下连续墙深一般为30～40m，多层地下车站墙深一般超过40m，区间风井地连墙墙深将达到60～100m。地下连续墙一般幅宽为800mm，端头井幅宽为1000mm，风井幅宽常为1200mm。相邻两幅间采取工字钢接头，为隔断基坑内外地下承压水，地下连续墙槽底一般嵌入强风化岩或中风化岩层1～2m。

1.2 长三角区域地质情况

长江三角洲区域为河口三角洲平原地貌，地形平坦，以上海和江苏为例，参照上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》附录中地基土层次名称表，自上而下划分主要有：①素（杂）填土；②粉质黏土、粉土、淤泥质黏性土；③粉砂、中粗砂夹砾石；④全～弱风化砂岩。

2 钢筋笼安放困难原因分析

在地下连续墙施工过程中，影响钢筋笼安放的原因多种多样，本文仅从易被忽视、难于控制的角度分析钢筋笼安放困难的原因，总结归纳为以下七点：

2.1 泥浆指标偏低

地下连续墙泥浆护壁的基本原理是：膨润土泥浆在土的孔隙中凝胶化。泥浆侵入土的孔隙成为静止的凝胶，形成泥皮，泥浆从槽壁表面向地层内渗透，在渗透到一定范围内就黏附在土颗粒上[2]，这些凝胶化的泥浆固定了土颗粒的相互位置，在槽壁面附近形成沿垂直方向稳定的土层，可减少槽壁坍塌性和透水性。

设计图纸和地下连续墙检测规范和规程往往要求槽底沉渣厚度控制在100mm以内。为此，在施工过程中采取掏渣效果好的抽浆法清孔。在施工中采取气举反循环法抽浆，通过压缩空气，利用负压把槽底含渣量较大的泥浆通过筛分机械分离沉渣，同时注入新鲜浆液作为补充。在施工单位自检过程中，作业人员往往注重槽底沉渣的清理效果，而忽视了置换后槽内的泥浆指标，经常出现沉渣厚度减小的同时，粘度也同时下降，从而导致槽壁稳定性降低。同时，由于地连墙施工范围内存在透水性较强的砂层及砾层，因此施工中泥浆指标控制不当，槽壁会产生塌孔甚至颈缩现象，从而影响钢筋笼安放。

2.2 加工台座变形倾斜

为方便地下连续墙钢筋笼起吊及加工、安装精度，钢筋笼制作是在由槽钢拼装焊接好的台座上进行的，台座本身是由于槽钢之间的刚性连接，具备良好的强度、刚度及稳定性（如图1），能够承受几十吨重的钢筋笼的均布荷载。然而在施工过程中，卸放、转移钢筋，起吊钢筋笼等都会导致加工平台移位倾斜甚至变形。由于加工平台本身是根据地面坡度调整的，加工平台的移位会导致平台的不平整，从而影响钢筋笼的加工精度，影响钢筋笼的入槽，造成钢筋笼安放困难。钢筋工在加工钢筋笼时也会因为操作不当，将连接上下两层钢筋的拉筋碰到加工台座，在起吊时会造成钢筋台座的整体移位和变形。

图1 钢筋笼加工台座图

2.3 焊接质量不高，浇筑速度过快

地下连续墙因分幅需要，常常采取工字钢作为两个相邻槽段之间的刚性接头。按照设计图纸，工字钢与钢筋笼水平筋采取满焊，形成具有刚度的有效连接（如图2）。钢筋笼上层的水平筋（图2黑框区域）因焊接时需仰焊，然而主筋密布，进入笼内无操作空间，仰焊变得不切实际。在实际施工过程中，焊工因操作难度大，往往只是象征性地点焊，因此该处的焊接质量便不高。[3]

图2 工字钢连接大样图

浇筑混凝土时，在混凝土侧压力作用下（如图3），先行幅钢筋笼便可能与工字钢脱开，造成笼底部的工字钢倾斜和变形，影响后行幅钢筋笼下放。

图3 混凝土侧压力作用图

由于浇筑水下混凝土时，两边的工字钢会对混凝土有约束作用，因此可以假设钢筋笼两侧工字钢相当于模板，混凝土浇筑过程中侧压力计算公式如下（取以下两式的较小值）：

对于②式，混凝土初凝时间T0取8h，外加剂修正系数β1取1.2，塌落度修正系数β2取1.15，混凝土浇筑速度取8.3m/h。则F=0.22*24*8*1.2*1.15*2.88=167.9kN

根据施工现场超声波测量数据和图表反馈，工字钢变形一般发生在槽底以上7～11m位置。因此，混凝土浇筑速度过快将影响工字钢变形，从而影响下一幅钢筋笼的安放。

2.4 冲击钻冲孔偏位

地下连续墙单元槽段成槽采用“三抓”开挖，先挖两端再挖中间，使抓斗两侧受力均匀。在转角处部分槽段因一斗无法完全挖尽时，或一斗能挖尽但无法保证两侧受力均匀时，根据现场实际情况在抓斗一侧下放特制钢支架平衡另一侧阻力，防止抓斗因受力不均导致槽壁左右倾斜。在穿过岩层时采用冲击钻排孔冲击成槽，用ϕ850圆锥形钻头分“主孔、副孔”二序冲击（如图4所示），冲击后再用方形冲锤整修槽段。两侧主孔冲孔时，钻头的中心线沿着工字钢腹板轴线进行冲击。

图4 冲孔施工平立面图

液压成槽机抓斗“三抓”抓完圆砾层后，因设备自身原因通常无法将墙趾部分抓除干净，所以会在底部残留部分圆砾。冲击钻冲击时，因两层地质松软不均，墙趾部分圆砾和岩层给予冲击钻的反作用力不尽相同，成槽后弧形的圆砾面也会给冲锤以导向作用，致使冲击钻向槽段内方向偏斜，从而使得先行幅钢筋笼无法安放到位。

2.5 回填沙袋不密实，先行幅地下连续墙混凝土绕流

先行幅地下连续墙在成槽时，为保证开挖彻底，开槽时往往沿槽段水平方向两侧各超挖0.5m，超挖部分采取特制接头箱+沙袋回填，以此保证接头工字钢背后空隙填充密实，便于混凝土浇筑时不饶流，不影响后一幅施工。在施工过程中偶尔会出现施工人员一次性填入很多沙袋的情况，造成沙袋卡在工字钢与未开挖墙体之间，因未及时发现，采取接头箱插捣埋入时，也无法将沙袋捣至底部，从而在沙袋与沙袋间形成了受力薄弱空洞。混凝土浇筑时，工字钢可能会因为混凝土侧压力作用而崩裂，形成混凝土绕流通道，崩裂错台后的工字钢也会影响后一幅钢筋笼下放。

2.6 吊点设置不合理

钢筋笼在吊装时采取双机抬吊，采用一台起重能力强的履带吊作为主吊，另一台作为副吊，由两台吊共同将分节钢筋笼水平起吊。一般先将钢筋笼吊离地面30cm左右，停机检查吊点的可靠性及钢筋笼的平衡情况，确认正常后开始缓慢移动主吊及辅吊。钢筋笼的主副起吊点是根据吊机的起吊能力以及钢筋笼本身抵抗负弯矩的能力等因素共同设置的。根据弯矩平衡原理，正负弯矩相等是所受弯矩变形影响最小的原理，钢筋笼吊点位置如图5所示。

图5 钢筋吊点布置图

如果主副吊点之间的距离越大，则该区域抵抗负弯矩的能力越小，变形越大，整个钢筋笼笼宽因变形而比槽宽要宽，从而导致钢筋笼安放困难。

2.7 封口筋间距密，刚度大

地下连续墙钢筋笼在设计时，考虑了“雌雄接头”，雌接头设计为工字钢，雄接头设计为封口筋。雄接头钢筋笼安放时，封口筋嵌入工字钢，沿工字钢形成的“导轨”缓缓下落。常规设计的封口筋密布为15～20cm，导致整个雄接头的封口筋形成一个刚度较强的整体，在下放过程中难以“柔性”的姿态沿着“导轨”下放，而是刚性的挤压，给钢筋笼安放带来不少困难。

3 预防措施

如前所述，钢筋笼安放困难对于整个地下连续墙的施工质量影响是巨大的，因此重在预防。在钢筋笼下设前要对槽形进行加密测试，分析槽形，确保槽形满足要求后方可钢筋笼下设，避免钢筋笼出现无法下设或刮槽现象。在孔口时，副吊抬起后逐步前送，通过滑轮组保持吊点的平衡，直至竖起后重量全部转移到主吊车上。在钢筋笼下设时，对准槽段中心轴线，吊直扶稳，缓缓下沉，避免碰撞孔壁。

在钢筋笼接近至预定高程时，检查笼体平面位置，如超出标准，则进行调整。当钢筋笼下设到预定高程时，用槽钢将钢筋笼架立在导墙上，并用水准仪校准槽钢的顶面高程，确保在同一个水平面上。针对前文提到的7个问题，结合施工经验，可采取以下措施。

3.1 检查泥浆指标

①清孔前，通过泥浆三组套工具检查新注入泥浆的指标，尤其是粘度指标；②清孔时，实时监控槽内泥浆变化，着重关注透水地层中泥浆是否劣化，严防塌孔、颈缩，核查泥浆比重有无超出规范要求；③清孔完毕后，立即用超声波测量槽壁垂直度，测量完毕满足条件后及时起吊安放钢筋笼。

3.2 定期复核检查钢筋笼加工台座

①钢筋笼起吊前派专人检查笼体钢筋是否与台座有粘连；②履带吊起吊半成品钢筋时要安排司索专门指挥，小心卸放钢筋，避免对钢筋笼台座造成冲击变形；③严禁焊工在钢筋与台座结合部位起弧，避免粘连；对钢筋笼上下主筋之间的拉筋进行可靠固定，防止脱落，勾到加工台座。

3.3 加强焊接、放缓浇筑速度

①对于上层水平筋与工字钢之间不宜焊接的部位采取“L”型钢筋对钢筋笼水平筋及工字钢翼板进行帮条焊，尤其是钢筋笼尾以上11m部位加强焊接质量；②在确保首罐混凝土导管埋深后，随即放缓混凝土浇筑速度。

3.4 及时纠偏

①成槽机挖至墙趾圆砾层时，首先张开抓斗刮至岩层，抓斗从上至下以高速下放，靠近岩面时晃动抓斗，利用晃动的冲击力冲刷出一部分墙趾的圆砾；②在抓斗外侧焊接钢板特制的“刮刀”，在冲刷与刮刀的共同作用下清理墙趾部位；③冲击锤冲击岩层时，安排技术人员定期检查槽段内工字钢部位处的槽深及岩面冲击情况，如遇冲偏及时采取方锤纠偏。

3.5 分层回填

安放先行幅钢筋笼后，回填沙袋时，要求工人有序、分层抛填，严禁采取挖机倾倒和随意抛放的形式，每抛填3～5m时用接头箱插捣密实，确保沙袋间不形成工字钢背后的受力薄弱点。

3.6 严格按方案起吊

严格按照经评审后的专项方案施工，严格复核受力钢筋的布置以及吊点设置主副吊吊点位置，起吊前先平吊3～5分钟，检查钢筋笼无变形后方可入槽。

3.7 优化设计

与设计保持有效沟通，及时进行信息交换，共同优化设计方案，在保证受力满足要求的情况下，减少封口筋数量，一般可优化至25～35cm的间距。

4 处理方法

实际施工中常常遇到起吊前未全方位检查而造成在安放过程中发现钢筋笼无法下放到位的情况。遇到此类情况，要通过成槽记录、超声波检测图像迅速分析原因，根据现场条件检查钢筋笼是否有条件可以重新从槽内提起。对于先行幅钢筋笼，由于存在工字钢，刚度及整体稳定性较好，可从槽段内缓缓提起；而对于后行幅钢筋笼，安放钢筋笼时，由于导管位置的横向桁架筋全部割除，强行起吊有很大的风险，可采取[18槽钢沿整个笼宽方向每隔2～4m焊接加固检查后缓缓提起钢筋笼，然后及时迅速采取措施，使得钢筋笼能够重新安放，减少风险。

5 结语

地下连续墙钢筋笼的起重吊装是具有较大风险的，要尽量缩短吊装安放的时间。在施工过程中，提前采取预防钢筋笼下发困难的措施，避免出现下放后重新提起的情况，在吊装安放过程中保证应急机制的有效运行。以上方法均是在实践中总结出来的，具有较强的实用性，希望给地下连续墙钢筋笼吊装安放施工提供一些借鉴。