浅析地下连续墙施工难点及针对性技术措施

所属栏目:交通运输论文 发布日期:2011-03-12 16:24 热度:

  摘要:本文针对地下连续墙施工的难点进行了讨论,并提出了针对性技术措施,取得了良好的效果,希望能为相关工程提供一点参考。
  关键词:地下连续墙;施工;难点
  前言
  随着地铁隧道、高层建筑、市政工程、桥梁等重大工程的建设,产生了众多形态的深、大基坑,这些基坑的开挖施工,使原有的基坑周围的水、土应力平衡受到破坏,土体发生变形,变形达到一定程度就会危及到地下管线、道路、地面建筑物的安全,严重时给工程建设带来无法估量的损失和影响。因此,在地下空间开发过程中,如何准确计算、预测地下水对基坑开挖工程的影响,设计科学、合理、有效的降水方案,已成为基坑工程施工的一项重要课题,成为地下工程核心问题。
  1工程概况
  某工作井为盾构始发井,围护结构采用地下连续墙,壁厚1200mm。主体结构采用明挖逆作法施工,围护设计外包尺寸25.2m×86.8m。工作井分东、西始发井及中间设备井,两侧深基坑与中间浅基坑高差约5m,采用600mm地下连续墙封堵分割,基坑开挖最深深度约为30m左右。
  2地下连续墙施工难点及针对性技术措施
  2.1难点1:地下墙防止渗漏要求高
  工作井基坑开挖深度均较深,基坑开挖深度达29.4m,是目前在本区域施工的最深的基坑,且工程所处的地质相当不利,砂性土层厚,地层含水量丰富。
  如果在基坑开挖过程中发生地下墙接缝因夹泥而发生流砂涌入或承压水涌入,将会造成灾难性的后果,因此防止在基坑开挖过程中地下墙接缝渗漏水是本工程基坑开挖安全保证的关键所在,同样,为确保地下墙接缝防渗漏要求,确定适合的地下墙接头形式又是本地下墙施工关键。
  解决措施:地下墙接头采用“十”字钢板接头
  工作井地下墙成槽深度较深,基坑开挖的风险较大,经反复研究,调整该工作井的H型钢接头为接头止水能力更强的止水钢板抗剪接头,该接头工艺图见图1。

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  采用止水钢板接头的优点:
  1、防渗效果好
  止水钢板在地下墙接头上呈“+”,其中,在接缝处止水钢板伸出35cm,延长地下水的渗流路径,大大增加地下水渗透难度,接头防渗效果好。在沉放钢筋笼后,在止水钢板的背侧增加了反力箱(H型钢接头背侧仅作回填石子处理)。
  反力箱为对称的两榻钢结构,主要作用为:对起防渗流和抗剪作用的纵向钢板起到有效保护作用;和封头钢板一起承受浇灌混凝土向端头外侧的扩张应力;通过在止水钢板两侧安装止浆铁皮,防止浇灌混凝土时向后施工相邻幅的绕灌,确保接头防水要求。
  2、地连墙整体刚度高
  止水钢板接头与H型钢接头属于刚性接头,止水钢板中间的抗剪钢板在开挖面以上不开孔,确保开挖面以上的止水要求,自开挖面以下开孔,使钢板和混凝土之间产生握裹力,增加接头抗剪刚度,使地下墙整体强度高,地下墙在基坑开挖中稳定性好。
  3、接头装置起拔安全
  由于和止水钢板连接的封头钢板将混凝土和接头反力箱相互隔离,使反力箱不和混凝土直接接触,且钢筋笼上两侧封铁皮,防止地下墙砼浇捣时水泥浆液从两端绕到反力箱背后以形成绕灌混凝土。该接头起拔容易控制,接头质量能够保证,施工可靠性强,风险小。
  4、地下墙接头其它处理措施
  除选用合适的接头外,还要通过防坍方、多次刷壁等工序保证槽段接头质量,其中:
  防坍方主要事先对地下墙稳定性进行验算,确定合理的泥浆指标和严密的泥浆管理来实现。
  多次刷壁,通过“刮、冲、刷”等工序保证接头质量。
  2.2难点2:与地质条件相关的施工难点
  与现场地质条件有关的施工困难,主要包括:
  工程地处江边,在工作区有大片的暗塘,地基软弱,影响地下墙施工时重型机械行走作业;
  在地面以下有15m左右厚度的砂质粉土层,且水平渗透系数和垂直渗透系数均较大,在地下连续墙成槽施工时易发生塌方;
  工作井施工范围内在地表35m深以下存在约8m左右厚度的圆砾石和卵砾石层土,该两层土N值高,其标贯击数大于50击,根据以往类似土层的工程实践经验,普通液压抓斗在该层土时闭斗抓土时存在严重的斗体上浮现象,成槽工效低下,无法满足进度要求。同时,由于常常要靠抓斗自重冲击成槽,成槽垂直度难以保证;且卵砾石层土孔隙大,泥浆在该层土中很容易发生渗漏现象,影响整幅槽段稳定。
  解决措施
  针对以上地质条件及施工难点,结合其它工程成功的施工经验,拟采用下列对策克服上述困难。
  1、换土加固地基
  对于处在导墙范围内的暗塘必须彻底挖除至原状土,并制作深导墙,以确保槽段的稳定,如由于工期等原因无法及时施工至原状土的深导墙,则必须用掺有6%水泥的粘土置换导墙底部的杂填土。
  对于槽段两侧用于重型机械行走和作业的钢筋混凝土施工道路下的暗塘,则根据暗塘实际开挖处理深度大小来选择处理方案:
  如果暗塘深度小于2m,则采取开挖换土措施,即用挖机挖除暗塘软弱的土体,然后置换掺有6%水泥的粘土,要求分层回填并夯实,铺设30cm厚渣,用压路机压实后再施工钢筋混凝土道路。
  如果暗塘深度大于2m,大开挖置换土工作量大,且影响后道工序的施工进度,则采取先挖除导墙范围的暗塘,导墙施工到原状土,然后完成暗塘上的施工道路,随后用单液注浆填充加固施工道路下的暗塘软弱区域,注浆水灰比0.6,注浆深度超过暗塘深度lm,注浆孔间距2m,呈梅花布置。
  2、确保在成槽过程中砂质粉土的稳定措施
  ①控制泥浆指标、确保泥浆质量
  从控制泥浆的物理力学指标来保证槽段土体的稳定成槽时,选用粘度大,失水量小,形成护壁泥皮薄而韧性强的优质泥浆,确保槽段在成槽机械反复上下运动过程中土壁稳定,通过理论计算来确定和控制泥浆的各项指标。
  ②采取地下墙预降水措施
  针对本工程厚达15m左右砂质粉土,由于该土层水的渗透系数相当大,在动水作用下土体很容易发生蠕变或坍方现象,如单纯采用泥浆是无法满足成槽护壁要求的。
  因此在地下连续墙施工前采取井点降水方案,将地下水降至地面以下6m左右的深度,通过降水,一方面抬高了泥浆液面和地下水头的压力差,增加了槽段的稳定,另一方面固结砂质粉土层,保证该层土在成槽中的稳定。
  3、卵砾石中成槽防渗漏措施
  本工程地下墙底部要穿越8m厚左右的圆砾石和卵砾石,该两层土体间空隙大,很容易造成成槽泥浆的大量渗漏,为避免此现象发生,主要还是从泥浆自身方面采取如下措施:
  需要提高成槽过程中泥浆的粘度,控制成槽泥浆粘度在25秒左右,粘度的提高可以减慢泥浆的渗漏速度;
  在泥浆内掺入木屑等含大量纤维的防漏剂,使纤维能充填卵砾石的空隙,杜绝泥浆发生渗漏现象。
  为确保成槽顺利,工作井36m深的地下墙采用日本真砂成槽机,工作井36-45m深地下墙采用德国利渤海尔成槽机,负责本工程的成槽施工,德国利渤海尔成槽机其理论最大开挖深度为70m。此设备履带吊自重为90吨,加上抓斗重量,重量约为110吨左右,该设备也是目前国内外所使用的最好的液压抓斗成槽设备之一,完全可以满足工作井45m深地下墙施工和在卵砾石层中的成槽效率问题。
  另外由于地下连续墙深度较大,根据以往的施工经验,如果没有先导孔的引导,单靠成槽机成槽,端面垂直度难以保证单幅槽段的成槽时间将非常长,加之随后的扫孔、清孔、下放钢筋笼等槽段空置时间,将难以控制槽段空置期间出现的变化,如坍孔、缩孔等现象。
  先导孔施工使用GPS20型钻机,完成钻孔后用膨润土泥浆将钻孔过程中孔内泥浆全部置换,以确保成槽时泥浆的质量要求。
  钻孔和地下墙施工流水作业,一个孔完成钻孔后3天内必须要进行成槽,如果有其他问题造成成孔后不能马上成槽的,必须要对钻孔进行临时回填,以避免成孔坍方。
  2.3难点3:地下墙钢筋笼吊装问题
  工作井45m深地下墙单幅槽段钢筋笼重量加止水钢板的重量约48吨,如此重的钢筋笼对起吊设备要求和工艺要求很高。
  解决措施
  工作井45m深的地下墙钢笼,由于采用十字钢板接头,单幅最重将近48吨,150吨吊车无法满足整幅吊装的需要。因此,现场配备150T履带吊作为主吊、100T作为副吊进行双机多点抬吊,其中36m深地下墙采用整幅吊装钢筋笼入槽,45m深地下墙钢筋笼分两节吊装,其中上半截35m,下半截l0m,采用接驳器连接,相邻接头按规范要求错开。工作井转角幅和“T”型幅采用一槽两笼的方式起吊钢筋笼,起重每只小钢筋笼采用整幅吊装的方式入槽。
  2.4难点4:超深地下墙施工中沉渣控制问题
  超深地下墙施工过程中,因各道工序时间都比较长,在完成扫孔、清孔等工序后,在放钢筋笼、锁口管等工序至浇灌混凝土前这段时间中,悬浮在泥浆中的土块又会沉淀到槽底部形成沉渣。
  解决措施:
  1、加强沉渣清除力度
  在完成成槽后停置1小时再先进行第一扫孔,使悬浮在泥浆中土块能充分沉淀,扫清沉渣,完成清孔后测量沉渣厚度,如不满足要求则再次进行第二次扫孔,确保沉渣清除干净。
  2、后期处理措施
  在钢筋笼内预埋两根注浆管,在完成地下墙施工后,在注浆管内进行单液注浆,加固槽底可能存在沉渣,减少地下墙发生的沉降。
  总结
  地下工程施工,风险较大,应根据工程特点结合施工现场实际情况,做好基坑施工的监测工作。应对基坑施工期间基坑变形和其影响范围内的环境变形、被保护对象的变形以及其它与施工有关的项目或量值进行测量,及时和全面地反映它们的变化情况,实现信息化施工。
  参考文献
  [1]中国建筑工业出版社.GB50007-2002.建筑地基基础设计规范.北京:中华人民共和国建设部,2002
  [2]龚晓南浙江大学岩土工程研究所基坑工程发展中应重视的几个问题,《岩土工程学报》增刊2006.11
  [3]李连祥,黄志众,郝晓平济南市深基坑工程创新技术分析,地下空间与工程学报,2006.10
  [4]姚天强,石振华,曹惠宾基坑降水手册北京:中国建筑工业出版社,2006
  

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