地下连续墙预制钢筋混凝土榫式接头施工工法

' 地下连续墙预制钢筋混凝土榫式接头施工工法    地下连续墙施工工艺是在近四十年来地下工程和基础工程中逐渐发展和广泛应用的一项新技术。已在我国的城市改造、市政建设以及水利工程等很多方面得到了普遍应用。特别是上海地区，属于软土地基，市政建设及旧区改造项目较多，深基坑施工往往受到周围环境及地质条件的限制，传统的施工方法会遇到很多困难，甚至难以实施。   所谓的地下连续墙实际是不连续的，它是一个个单元槽段以某种形式相互连接而成的。这种接头的选择直接关系到墙体的整体性及使用效果，关系到工程的经济效益。中国第二十冶金建设公司在传统的地下连续墙工艺的基础上，对地下连续墙接头进行了改进，目的是简化施工工艺、提高接头质量。自1993年开始我们在大量的工程实践中反复试验和摸索研制出榫式的钢筋混凝土预制接头，并在十几项工程中进行了试验和应用，取得了较好的经济效果和社会效益。   一、特点   地下连续墙以分段施工，逐段浇筑为整体，适用于平面尺寸、形态复杂及特殊异行的地下构筑物。在泥浆护壁的条件下完成作业，无挤土、无振动，对周围环境影响很小。地下墙除挡土隔水外，还可以作为承重结构的一部分，适用于逆作法施工。采用预制接头的地下连续墙与传统的锁口管接头相比有如下特点：   1．墙体质量高    传统的锁口管接头，由于拔出后形成的管孔充满被混凝土污染的泥浆，这部分泥浆性能较差，长时间静置往往造成孔壁坍方，在相邻槽段开挖过程中该部分泥浆便混入槽内泥浆中，形成连续污染，对泥浆的质量和槽壁的完好造成很大危害。一旦引起坍方，对混凝土的浇灌质量及墙体的整体质量带来一系列的影响。往往形成连续墙接头处夹泥、漏水、局部混凝土凸出等质量问题。利用预制榫式接头，接头放人后便不再拔出，作为墙体的一部分和地下墙形成整体，共同起围护作用，因此便彻底避免了上述问题的发生。   2．施工速度快   由于锁口管在混凝土浇灌结束后需要逐步拔出，拔管的时间需要根据混凝土的初凝和终凝时间确定，一般在混凝土浇灌后的3h后利用特制的拔管器抽动锁口管，在混凝土浇灌结束3h后方可全部拔除。采用预制接头后每个单元槽段可节省工时5h左右。又由于预制接头桩两侧均为榫槽，使钢筋笼的端头构造得到了统一，具有互换性，而且槽段开挖不受施工次序的限制可以跳槽连续施工。因此可以大大加快工程进度。   3．施工工艺简化   由于锁口管本身自重较大，在混凝土初凝后进行地下脱模提升，需要大吨位的特制拔管器，对导墙的结构强度要求较高，而实际施工中往往由于工期紧、导墙强度偏低，在拔管业 中容易引起导墙损坏。而且拔管时间受到混凝土凝结时间的限制，拔管过早容易引起近侧混凝土坍落，影响接头质量；过晚又会引起脱模困难不易拔动。施工中由于人为因素或机械故障造 成的锁口管被凝固在混凝土中的事故时有发生，不仅影响了工程质量，对国家财产也造成了一定损失。采用预制榫式接头，省去了拔管工序，因而也就彻底避免了这类事故的发生。   二、适用范围   地下连续墙适用于深基坑的围护结构，如软土地基中深基坑开挖，周围环境要求较高，深度在10.0m以上的大型基坑工程；适用于大型的地下构筑物工程，如港口驳岸、坞墙闸墩、水坝截水和岸坡挡墙等；适用于“两墙合一”的地下结构工程。   采用预制接头的地下连续墙，更适合于超深、超厚的地下连续墙工程，如墙深超过30m或厚度在1.0m以上的地下墙，往往由于锁口管拔除困难而不得不用预制接头。   三、工艺原理   地下连续墙的基本原理是在拟建地下构筑物地面上，沿事先修筑的导墙用专用成槽设备，在泥浆护壁的条件下完成槽段开挖、钢筋笼接头安装及水下混凝土浇筑成墙。   预制接头按设计要求事先在预制厂或现场制作，安装后与现浇的地下墙形成整体，共同起到防水、围护或结构作用。   地下墙成槽施工如图1所示。 图1 地下墙成槽施工示意图   四、工艺流程   五、施工要点   1．导墙   导墙是成槽机开槽的定位导向装置，同时又能容蓄泥浆支撑施工设备作业及防护顶壁。深度1至2m，顶部高出地面0.1m，底部要座落在原土层上。遇暗浜等软土层需做加深或加固处理。   2．成槽(如图2a)   用抓斗三抓成槽，顺序是先抓两边，后抓中间，并保证每10抓180º转向以确保垂直度。   根据预制接头的断面尺寸确定开挖端线位置，为使接头准确定位，在设置预制接头的一端超挖50mm。严格控制垂直下挖。   3．预制接头安装(包括原有接头侧面的清刷，如图2b)   用吊车将接头分段吊装入槽，上下段用钢板焊接连接。   对接过程中沿两个垂直方向用经纬仪或线垂控制其垂直度，以确保准确就位。    4．钢筋笼就位及接头背侧填土(如图2c)   钢筋笼用吊车空中翻身起吊，较长时可分段制作，下段人槽后与上段焊接连接。钢筋笼入槽定位后，接头外侧的空隙用泥球或碎土填实以防混凝土绕流或接头移位。   5．混凝土浇灌(如图2d)   按要求设导管完成水下混凝土浇筑，混凝土坍落度为1～20cm，混凝土的抛高不得超过桩顶高度，以免影响相邻槽段开挖。槽段长度大于3.0m时，采用双导管同时浇筑，导管至接头的水平距离不得大于1.5m。图2 地下墙施工要点   6．预制接头设计和制作   接头形式如图3。图3 预制接头形式   预制接头总长度根据成槽深度和混凝土的施工标高确定，还要考虑桩尖在槽底有一定的人土深度，并保证桩顶高于混凝土面以避免混凝土流入相邻槽段。超过15m 的预制接头由于吊运困难，一般需要分段制作，接头处设预埋铁件，安装时用钢板焊接连接。结构配筋按地下墙抗弯要求配置，混凝土等级与地下墙设计要求相同。制作标准参照钢筋混凝土预制构件标准执行。   7．泥浆制备和管理   泥浆是保证地下墙槽段稳定的最根本措施，它主要靠自身的重力及在槽壁表面形成的不透水泥皮来实现其护壁作用。目前最常用的是膨润土泥浆，主要成分是膨润土、CMC化学泥浆、纯碱。参考配合比为 水：膨润土：CMC：碱=100：5～8：0.06：0.15～0.1。   泥浆的储备量不得低于单元槽段体积的1.5～2倍，混凝土浇筑过程中经检测合格的泥浆才可回收；被混凝土污染的泥浆坚决废弃。   8．钢筋笼制作   钢筋笼在特制的钢平台上制作成型，钢筋交叉接点按梅花型50％点焊固定。由于起吊要求配置足够的辅助桁架，保证起吊过程中不发生变形或扭曲。较长的钢筋笼可分段制作，分段起吊，焊接后整体入槽，拼接位置设在墙体弯距较小处。   六、质量标准   地下连续墙遵照《地基与基础工程施工及验收规范》和《上海市地基基础设计规范》中的相应条文执行。   地下连续墙预制接头遵照《混凝土结构工程施工及验收规范》相应的条文执行。   地下连续墙的质量控制如表1所示。表1 地下连续墙施工质量控制表    注：泥浆主控指标为：比重、粘度及pH值。    七、机械设备   地下墙工艺的主要设备及规格型号、主要工作性能指标见表2。 表2 地下墙工艺主要设备   八、施工安全   1．施工前必须详细了解管网埋设情况，同时，作业必须严格按施工方案进行，不准蛮干(如超深挖土等违章作业一律严格制止)。   2．加强施工期间管线监测工作，并及时将监测结果通知技术部门。   3．进入现场须戴安全帽，高空作业必须使用安全带，操作工人要穿绝缘鞋，必要的特殊工种穿绝缘橡胶鞋，作业班必须坚持每日安全交底工作，并做记录。   4．吊车作业回转应尽量避免超出施工区域，以免影响车辆正常运行，作业半径内严禁站人。应选有经验的指挥吊车，在起吊重物，特别是吊车抬翻钢筋笼体时，要随时检查吊具的固定情况，以防意外。   5．严格执行操作规程，每班上岗前，要对施工机械进行例行安全检查，确认无故障后方可开工，操作人员必须定岗定位，不准窜岗操作。   6．车辆进入施工工域，要服从施工区专职交通管理员的调度，不准随意停放车辆。   7．带电机械必须接地，要有防雨设备，电动工具等要有触电保护器。    8．所有上机人员都必须经过安全部门进行安全教育，并通过考核后方可上岗。   9．导墙上及时加设安全盖板，泥浆池边设栏杆，以防施工人员跌入槽内。   10．定期检查用电设备，施工机械的安全状况，以及现场文明施工情况。   九、劳动组织   连续墙施工一般要求两班制连续作业，每工作班劳动力配置见表3。表3 劳动力资源配置表(每班)   十、效益分析   地下连续墙工艺是在传统工艺难以适应的情况下发展起来的。由于这一工艺的开发和应用，使得某些地下工程的建设成为可能和更加经济合理。采用预制接头的地下连续墙取消了锁口管等周转工具，预制接头作为地下墙的一部分共同受力。由于简化了工序，提高工效，可降低综合造价，若与十字钢板等刚性接头相比，每立方米地下墙综合单价节约10％～15％。   十一、工程事例   1996年，我公司承建浦东银冠大厦地下连续墙工程。银冠大厦位于上海市浦东新区陆家嘴2—11—6地块。总占地面积11420m2，地下4层，地上主楼34层，裙楼4层，建筑面积9480m2。主楼高度141.9m。业主为浦项制铁开发株式会社(韩国)，设计方为Pos–A．C．Co．Ltd(清亚设计院)，设计顾问为上海华东建筑设计院，上海市建筑科学研究院负责工程监理。    基坑开挖深度主楼16.6m(约2590m2)，裙房15.1m(约4420m2)，裙房局部(污水池处)19.6m(约890m2)。地下连续墙宽1m，深38.0m，混凝土C40，周长259m，共62个单元槽段，混凝土体积总量约13640m2。三道钢筋混凝土水平支撑。本工程规模大，难度高，连续墙既作为基坑挡土围护墙，同时也是承重结构墙。这样对其无论是外观质量，还是从抗渗方面都要求很高。而地质又较差，再加上本工程桩为少800钢管桩，边桩距地下墙最近仅425mm。送桩分别有14.6m，15.95m，16.6m，19.1m深，送桩孔又未经过技术处理，对地下墙槽壁稳定十分不利。地下连续墙深28.0m，进入地质(7)层(持力层)约、8.0m，该层土质坚硬，对成槽造成很大的困难，该工程地下连续墙比金茂大厦(地下连续墙深36.0m)还深2.0m，在上海地区实属罕见。为确保工程质量和施工进度，经与浦项开发株式会社、韩国的清亚设计院及华东院共同协商，采纳了钢筋混凝土预制接头，接头断面高达980mm，翼缘宽度为600mm，分三段制作，各段之间用钢板焊接连接，每套总重达32t。土方开挖后预制榫式接头的应用效果获得有关专家的一致好评。   1997年在泰兴商厦和太保大厦继续应用本工法，并于1997年3月在上海市科委通过技术鉴定，1998年获得“外观设计”及“实用新型”两项专利。   而后，我们又在深圳益田花园、靖江码头、上海世纪大道扬高路立交以及深达45m的上海杨家渡越江电缆工作井等地下连续墙工程中广泛采用该接头工艺，取得了良好的应用效果。   该接头近期已在上海地铁及南京地铁车站主体结构工程中正式采用。'