板壁式地下连续墙施工工法

'板壁式地下连续墙施工工法用专用的挖槽（孔）设备，沿着深基础或地下构筑物周边，采用泥浆护壁，开挖出一个具有一定宽度与深度的沟槽（或孔），需要时可在槽（或孔）内设置钢筋笼，采用导管法水下浇筑混凝土，筑成为一单元墙段（或孔柱），依此施工，以某种接头方式连接成一道连续的地下（钢筋）混凝土墙，以用于基坑开挖时防渗、挡土以及直接成为承受垂直荷载的基础结构的一部分。这种地下墙体即是现浇（钢筋）混凝土地下连续墙。我公司自1996年引进德国先进的BS650液压抓斗以来，先后施工了数十个地下连续墙工程，取得了较成熟的施工经验和良好的社会信誉。地下连续墙按槽孔形式可分为板壁式和桩排式二种。桩排式由连锁孔工艺成墙，大多用于截水防渗。本工法为由抓斗成槽的板壁式地下连续墙施工工法1特点（1）无震动、无噪音，特别适宜于城市内与密集的建筑群中施工。（2）地下连续墙刚度大、抗变形能力强，能有效保护周边环境。（3）地下连续墙可做成既能挡土、止水，又能作为地下室结构墙的“三合一”墙，综合效果好。（4）扩大地下室面积。地下连续墙可沿建筑物场地红线施工，且可靠近原有建筑物施工，可避免护坡桩止水帷幕占用过多场地面积，综合效益好。（5）用作刚性基础。可将地下连续墙体组合成具有很大承载力的任意多边形代替桩基础、沉井或沉箱基础。（6）对地层适应性强。除了不宜施工致密的细砂、粉细砂层及夹有孤石，大颗卵、砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，一般对于粘性土、无粘性土、卵砾石层等各种地层，都能高效成槽。2适用范围由于地下连续墙具有多种功能，应用较广。除了作为高层建筑的深基础之外，现已普遍应用于城市道路立交、地下铁道、地下商场等工程中；而在水工结构中，除了土坝的防渗心墙、地下截水帷幕外，近几年已大量用于船坞、船闸、升船机坞、码头、岸壁等工程。3工艺流程及操作要点3.1工艺流程地下连续墙主要工序流程如下图1所示。泥浆制备↘导墙制作→挖槽→清底、刷接头→吊放钢筋笼→插导管→浇混凝土→回收及处钢筋笼制作↗理泥浆图1连续墙施工工艺流程3.2导墙施工成槽施工之前必须沿着设计轴线开挖导沟，构筑导墙。导墙通常采用含钢率较低的现浇混凝土，也有采用预制钢筋混凝土或钢材制成工具式导墙（便于多次周转使用，但整体性较差）。不论现浇或工具式导墙的基底都必须与基土密切结合，否则将导致漏浆而造成土壁坍塌。 导墙断面形式常见的主要有板墙形、L形、倒L形和[字形四种形式。两行导墙之间的净宽，略大于地下连续墙设计墙厚3~5cm。导墙之间设置临时横撑。导墙的埋置深度一般为1.2~2.0m，顶部宜略高于地面，以阻止地表水流入导槽。墙底宜设在老土面以下10~15cm；墙厚一般为0.2m;墙趾厚度不宜小于0.4m。3.3泥浆的配制与使用在地下连续墙成槽过程中，槽壁保持稳定不坍的主要原因，是由于槽内充满触变泥浆。泥浆液面通常保持高出地下水位0.5~1.0m,起到护壁作用。此外，泥浆还具有携渣及冷却与润滑钻头（斗头）的作用。（1）泥浆的组成成分膨润土是制浆的主要原料。泥浆的成分除膨润土外，还有水和化学处理剂，如纯碱和增粘剂cmc。有时为了增加泥浆的比重，还可增加一些不溶于水的惰性物质，如重晶石粉等。此外，有时还要使用堵漏剂，如锯末等。（2）泥浆主要性能的要求a．比重：新浆一般控制在1.05~1.10之间。施工中泥浆比重控制在1.20以内时，可以继续使用。如果地层中间有承压水层，泥浆比重应加大。b.粘度：18~25secc.含砂率：小于4%d.PH值：7~8e.失水量：10ml/30min以下f.静切力：10mg/cm2以下（3）设计配合比拌制泥浆以前应通过试验确定泥浆的配合比。通常泥浆的配合比为膨润土5~8%（水重量为100%），纯碱0.5~0.8%,增粘剂CMC0.05~0.08%（粘度符合泥浆性能要求时可不加）。（4）泥浆置备方法在搅拌筒中先加水1/3，开动搅拌机。在搅拌筒中不断加水的同时，加入膨润土和纯碱，搅拌8分钟。每10罐抽查泥浆试样一组，测试全部指标。一般泥浆搅拌后应静置24小时使用，以便膨润土颗粒充分水化膨胀。（5）泥浆循环地下连续墙的施工过程中，泥浆可以循环使用。当一个槽段进行混凝土浇筑时，采用泥浆泵将排出的泥浆抽回至泥浆循环池。当混凝土面上升至离导墙面4m时，停止回收泥浆。对余下这部分污染较重的泥浆，在条件允许的情况下可直接排出废弃，若不允许则要先排到废浆池，再抽出运走。因此，泥浆池应由新浆池、循环池和废浆池组成。3.4成槽施工成槽施工是地下连续墙施工中最主要的工序，是决定地下连续墙施工方法能否取得高效、优质、低耗等各项经济指标的主要关键。归纳起来，成槽主要有以下三类工艺：a.冲击钻机破碎土层出渣成孔法。这一方法适用于大卵石层和含有较多孤石等复杂地层，一般用于水电部门的土坝心墙和大坝的防渗帷幕，该法设备简单，操作容易，但效率差，平均日工产量仅15m3，且很难保证槽壁平直精度要求。因此，在大部分地质条件下，该方法已很少被单独采用。现该法仅用于配合抓斗嵌岩或遇大孤石进行处理。b.旋转切削土层泥浆循环出渣成孔法。是用多头钻切削土层，借助泥浆循环排土。它对槽段侧面土体扰动较少，适宜于土质较差，开挖较深的槽段，但设备昂贵。c.抓斗直接出土成槽法。此方法目前已非常普及，它适用于除大孤石、基岩外的所有土层，且效率高，平均日工产量达150m3。目前地下连续墙多采用第三种施工工艺，本工法详细介绍该工艺的成槽方法：1）槽段划分 槽段划分就是确定单元槽段的长度，在施工组织设计中应予以考虑。槽段愈长，接头愈少，防渗和整体受力的性能也愈佳。但划分又受到下列一些因素的限制：a.地质条件。当地质条件较差时，如软土地基，不宜将槽段定得太长，以免影响槽段的稳定。b.后续工序的施工能力。如混凝土的供应能力；钢筋笼整体重量，起吊刚度；储浆池容量等。c.其他因素。便于组织均衡施工，地面施工荷载和地下水位对槽段稳定的影响，内部主体结构的布置，设计开挖深度等。通常对槽段的划分一般取6m左右，但在高地下水位的粉细砂地层及其他易发生泥浆漏失造成塌方的地区，一般要限制单元槽段的长度，可缩减为2~4m。1）槽段开挖用抓斗挖槽，可用“分块抓”和“两钻一抓”等。“分块抓”是先抓单号“块”，再抓号“块”，这样，挖槽时抓斗就不致发生倾斜。“两钻一抓”是先用冲击钻冲出两个孔（称导孔），再用抓斗抓去两孔之间的土体形成槽段。液压抓斗通常可采用“分块抓”，不需要“两钻一抓”。3）槽段清底单元槽段开挖到设计标高后，在吊放钢筋笼之前，必须及时清除槽底的淤泥和沉渣。按规范要求，槽底沉渣≤200mm，换浆后槽底泥浆比重≤1.2。清底时一般先用抓斗将槽底整个清一遍，再用采用泵吸即“反循环”的方式进行清孔换浆。4）槽段连接地下连续墙单元槽段依靠接头连接。这种接头通常要满足受力和防渗要求，又要施工简单。地下连续墙接头按接头处墙内钢筋连续情况，分为刚性接头和非刚性接头。下面介绍三种常用的接头连接方式。a.接头管连接：属非刚性接头。其优点是用钢量少、造价较低，能满足一般防渗漏要求。在单元槽段完工后，于其两端先吊放接头管，再吊入钢筋笼，浇筑混凝土，然后逐渐将接头管拔出，形成半圆形接头。拔管时间的控制要保证管道外壁混凝土能够自立不塌，同时拔管阻力也不致过大。一般浇筑混凝土后每30分钟拔10m，3小时后再缓慢一次拔出。b.接头箱连接：属刚性连接。在单元槽段完工后，于两端吊放敞口接头箱或接头管，再吊入带堵头板的钢筋笼。在堵头板外伸出的钢筋就进入了敞口的接头箱中。当浇筑混凝土时，由于堵头板的作用，混凝土不会流入箱内，拔出接头箱或接头管，就成了有外伸钢筋的接头。在浇筑下一槽段混凝土时，就成为钢筋连续的刚性接头。c.工字形钢板连接：属刚性连接。在一期单元槽段完工后，将两端焊有工字形钢板的钢筋笼吊放入槽，再将工字形钢板朝外一侧丢填土袋，加上钢筋笼两侧已从工字形钢板往内2m处用彩条布包裹，有效地防止了混凝土浇筑时向外侧接头内的灌入。在挖完二期槽段后，再用冲击钻刷孔，即冲刷工字形钢板接头内的土袋等少量残余物。这样，二期槽段的钢筋笼就可以伸入一期工字形钢板的外侧，形成钢筋连续的刚性接头。3.5钢筋混凝土施工1）钢筋笼制作a.制作时应按设计结构要求严格施工，钢筋笼的外形必须平直且空间尺寸符合要求，最厚部位必须小于设计壁厚4~5cm。钢筋笼一般都在非常平整且空间尺寸符合要求的场地上制作，且一般都应设置钢筋平台。b.考虑到起吊安装时的受力要求，需增设必要的架立箍筋和加强桁架，以保证其施工起吊时所需要的刚度和整体性。钢筋笼制作不宜使用铅丝绑扎,应采用点焊焊牢。c.槽浅时可加工成整片钢筋笼,槽深时可分段加工钢筋笼,在槽口处拼接（焊接）。2）钢筋笼吊装一般采用一台50t履带吊和一台25t汽车吊配合吊装,钢筋笼入槽必须缓慢，钢筋笼上部插入槽钢固定在导墙面上。钢筋笼最后定位时一定要注意控制好标高和平面上的准确定位。3）浇灌混凝土 槽段中混凝土施工基本与水下混凝土施工相似，用导管浇筑混凝土，槽段长3m以上需用双导管浇筑混凝土，并保证同步浇灌，两导管间距为2~3m。导管接口应密封不漏浆，其底部应与槽底相距300mm。开灌时导管内应放置保证混凝土与泥浆隔离的管塞。应在钢筋笼入槽后6小时内开始浇灌混凝土。在浇灌混凝土的同时，接头外侧回填土袋。要确保混凝导管始终埋入混凝土深度1~6m范围内，一般宜控制在2~4m。由于混凝土顶部与泥浆接触，最上部分的浮浆层需凿除，因此浇筑时槽顶混凝土要超过设计标高300~500mm。对地下连续墙水下浇灌的混凝土的要求是：塌落度18~22mm，一般石子的粒径不大于25mm，水泥常用普硅水泥或矿渣水泥，单位用量应不低于400kg，水灰比控制在0.6以内。在有条件时，尽量使用商品混凝土，有利于提高混凝土浇筑的速度和质量。3.6圈粱施工在地下连续墙各槽段施工完毕后，除纯防渗墙外，一般均需在地下连续墙顶部浇筑圈粱，以增强地下连续墙的整体刚度。圈粱的施工是在地下连续墙混凝土完成并达到一定强度后进行。首先拆去导墙，用风镐凿去墙顶部表面混有泥浆杂质的混凝土，并清洗干净，将墙内钢筋与圈粱钢筋绑扎或焊接在一起，然后立模，浇筑圈粱混凝土。4材料根据地下连续墙的施工工艺，其所需的主材为混凝土、钢筋、钢板、膨润土（优质黏土）、纯碱、CMC等附加剂。其中混凝土应为水下防水混凝土，要求塌落度18~22mm，一般石子的粒径不大于25mm，水泥常用普硅水泥或矿渣水泥，单位用量应不低于400kg，水灰比控制在0.6以内。5机具所需的主要机具有液压抓斗、冲击钻、履带吊（或汽车吊）、泥浆搅拌机、泥浆泵、（接头管）、导管等。6劳动组织应有熟悉本技术工艺过程的工程技术人员1~2名在现场组织指挥；质检人员1名检查各工序质量；液压抓斗操作人员3人、履带吊操作人员2人、汽车吊操作人员2人、冲击钻每台操作人员4人，并持证上岗；各工序的操作人员按工序要求的岗位工种配置；现场配合辅工不少于10人。7安全措施1．电源开关必须专人看管，所有用电机具设备必须接地，所有电源线必须保持完好无破损，施工用电线须架空，配电箱要装有漏电保护器，非电工严禁私自乱拉乱接电线；电源开关、配电箱等电器必须挂上安全警示牌。2．作业人员必须戴安全帽，穿工作服、工作鞋，特殊工种必须持证上岗；3．卷扬钢丝绳及吊钢筋笼、导管等钢丝绳、吊钩，要经常性检查，发现问题及时更换，不得勉强使用；4．施工现场所有设备设施，安全装置必须经常检查，确保完好和使用安全，电机等运转部位须设置防护装置；5．现场集水井等应加板，泥浆池周边用细绳圈围起来，并在显眼位置插上安全警示牌。6．严格遵照安全技术操作规程办事，施工前作好安全技术交底，现场必须设专职安全员，安全会要坚持定期召开； 7．成槽机开始工作后，闲杂人员严格在作业半径内停留；8．成槽过程中，遇到槽壁塌方（发生浆液面突然下降、浆液鼓泡、地表塌陷等现象）时，应立即停止施工，并补充浆液。如槽壁塌方严重，则停止施工，向槽内投放优质粘土回填至塌方标高以上，并对槽孔及周围进行注浆加固处理，待土层稳定后，再行施工。不论遇到以上哪种突发情况，都必须立即将抓斗从槽内提出，以免造成塌方埋斗的严重事故。9．成槽后，吊车或其他重型设备，尽量不在槽边来回行驶，防止侧压力增大，引起槽孔塌方；10．泥浆搅拌机及泥浆泵应有专人使用，非机械操作人员不得擅自动用机械；8质量要求1．墙体强度。符合设计要求。50m3的混凝土做一组试件，检查试块试压报告或抽芯试压。2．垂直度。永久结构1/300。检查成槽机上的监测系统或采用超声波测槽仪测定。临时结构1/150。检查成槽机上的监测系统或采用超声波测槽仪测定。3．导墙尺寸。宽度：W+40mm（W为地下墙设计厚度）。尺量检查。墙面平整度：＜5mm。尺量检查。导墙平面位置：±10mm。尺量检查。4．沉渣厚度。永久结构≤100mm。重锤测量或沉积物测定仪测量。临时结构≤200mm。重锤测量或沉积物测定仪测量。5．槽深。+100mm。重锤测量。6．混凝土塌落度。180~220mm。塌落度测定器。7．钢筋笼尺寸。按钢筋混凝土灌注桩钢筋笼的标准验收。8．地下墙表面平整度。永久结构≤100mm。符合设计要求。用2m靠尺和塞尺检查。临时结构≤150mm。符合设计要求。用2m靠尺和塞尺检查。9．永久结构时的预埋件位置。水平向≤10mm。尺量检查。垂直向≤20mm。用水准仪检查。9效益分析在深基坑支护工程中，地下连续墙通常作为“三合一”墙（挡土、止水、承重），这样，与通常深基坑支护要先打围护桩，再在外侧施工止水帷幕，再施工地下室外墙相比，地下连续墙支护不但具有工期短、安全度高的特点，同时也具有了价格上的优势，即地下连续墙的工程造价<围护桩＋止水帷幕＋地下室外墙的工程造价。另外，由于地下连续墙能紧贴着红线或其它建筑施工，对于城市房屋密集区扩大建筑面积具有无可比拟的作用，从而产生极大的综合经济效益。10工程应用实例我公司自1996年引进液压抓斗至今，已先后施工了20余项地下连续墙工程。主要用于深基坑支护和坝芯防渗墙截渗工程。（1）省烟草新业大厦基坑支护工程。墙厚0.8m，墙深18m，基坑开挖深度9m，墙体施工轴线350m。（2）漳州向荣大厦深基坑支护工程。采用变截面倒凸形地下连续墙，墙厚0.6m，墙深15.5m，倒凸形处加深至24m，开挖深度12m。这是国内首例桩墙合一的地下连续墙支护工程，取得了预期的理想效果。（3）福建三明钢厂110m/s高线旋流沉淀池深基坑支护工程。基坑壁以北4m处为该钢厂主排水沟，坑壁以东15m有一30万千伏高压铁塔基础。旋流池内径17m，开挖深度21m。该工程采用折线形地下连续墙支护，墙厚0.8m，墙深30m，分12个折线形槽段进行。 （4）武汉琴台大剧院主舞台仓深基坑支护工程。施工难度极大，公司在全国首次采用工字形地下连续墙技术，获得圆满成功。墙厚1.0m，墙深40m，开挖深度22m。'