复杂地质条件下的地下连续墙施工及监测分析

吴昊　李华梅　符晓赟

摘要：中船重工702所水池基坑工程围护形式是由56幅地下连续墙组成的圆形围护结构，直径101m，厚度1.2m，采用工字钢连接，不设内支撑。本工程临近太湖，地下水丰富，场地条件复杂，因此作为围护结构的地墙制作对后期的坑内施工尤为关键。本文对地连墙的主要施工工艺作简单介绍，并对开挖至-16m高程后地墙侧移结果与实测数据对比，结果基本接近。可见，该地墙设计施工是比较成功的。

关键词：圆形基坑；地墙围护；铣槽机

1.引言

地下连续墙作为结构的一部分，是在地面上用冲击、回转钻机或抓斗机进行成槽施工，采用泥漿护壁，在地基中开挖成槽形孔或桩柱孔，回填混凝土或其它材料，在地下筑成的具有防渗、承重、挡土、锚固、防冲等各种用途的墙体。随着城市建设和工业的发展，地下连续墙对地质适应强、施工速度快、安全可靠的特点使其得到了广泛的应用。

2.工程概况

中船重工七0二所试验水池，设计构筑物为内直径101m、基底埋深约36m的圆形深埋基坑。采用地下连续墙作为围护结构，墙厚1.2m，不设内支撑，内设水池。整个结构分地上及地下部分，地上部分为拱形屋盖结构，高约20.0m。地下部分即基坑内结构按高程分两段：高程-2.45m-16m-为主体结构段，为水池泵房及造流廊道及房间，采用15m板及各标高面板及隔墙构成；自-15m至-35m段为54m×40m矩形坑中坑，采用灌注桩围护，由底部1.6m厚底板及四周1.2m-1.5m厚池壁构成。

本工程地下连续墙采用一字形槽段，根据接头型钢的布置划分槽段。地下连续墙各槽段之间设置焊接工字钢接头。地下连续墙通过预留插筋、钢筋接驳器或剪力槽等措施与主体结构隔墙、顶圈梁、-15m底板等连接。

3.工程水文地质特点及难点

3.1本工程水文地质特点，

（1）场区内存在有一处断层通过场地西北侧，并由其产生了“多”字形的小断层破碎带和土层中的软弱结构面。

（2）第④层碎石混粘性土和埋深一般为45.0m～90.Om深度的⑦～层裂隙带中的地下水具有承压性质。

3.2工程难点

（1）本工程地墙厚度大，为1.2m，深度较深，最大成槽深度预计约为60.50m；

（2）地墙底部需要嵌岩施工；

（3）地墙穿越第④层，为碎石混粘性土层，在成槽过程中可能遇到大型碎石，施工难度大；

（4）地墙施工垂直度要求高（1/500）；

f5）施工场地高差大，施工区浅层填土层较厚而且土质较差；

f6）地下连续墙工字钢接头施工难度大；

f7）施工期间恰遇当地雨季，山坡下来的雨水量较大，施工前需做防范措施。

4.施工工艺

本工程地下连续墙采用铣削式成槽机和抓斗式成槽机相结合工艺，铣削式成槽机适用于对坚硬岩土层的掘削，成槽效率高、精度好，抓斗式成槽机则多适用于较松软土层的抓挖。两种工艺针对不同土质条件交替进行，合理组织，可有效提高地墙的施工效率，确保施工质量及工期要求。

施工工艺流程如图1：

4.1导墙施工

沿地连墙中心轴线两侧构筑的钢筋混凝土导墙采用“L”形结构，上部与道路连成整体，两导墙问净宽度为1.35m，高度2.0m。两侧导墙之间以10×10cm的方木和土体作为上部与底部的保护和支撑。施工平台（施工便道）、导墙的断面形式见图2。

4.2成槽施工

4.2.1成槽器械及方法

地下连续墙目前所使用的成槽机，按成槽机理可分为抓斗式、回转式和冲击式。本工程计划采用一台BC40型液压铣槽机和一台SG35型液压抓斗配套进行地连续墙成槽施工。考虑到地墙将穿过第④层碎石混粘土层，有可能遇到大型块石，具体成槽方法如下：

①上部纯抓法

对于在第⑤层砂岩以上的土层，用重负荷的抓斗直接抓取。

②碎石层冲岩+液压抓斗法

针对成槽过程中若在第④层碎石混粘性土中遇有大型块石，一般液压抓斗无法将其抓出，现场布置一台吊机配以冲锤，当遇到大型块石时，用冲锤将其冲碎，再用液压抓斗抓出槽段。

③下部纯铣法

进入到第⑤层砂岩后，用液压铣槽机铣削，铣槽机机体长度比较长，机体重量对控制成槽的垂直精度非常有帮助，直至终孔。

4.2.2成槽施工注意事项

地下连续墙施工保持槽壁稳定性防止塌方是十分关键的，一旦发生塌方，不仅可能造成埋机危险、机械倾覆，同时还将引起地面沉陷，影响到邻近建筑物及管线安全。若发生在钢筋笼吊放或混凝土浇筑过程中，将会造成墙体夹泥缺陷，后果不堪设想。因此，本工程在成槽时将会着重注意以下几点：

①加强降水：通过降低地墙槽壁四周的地下水位，防止地墙在浅部砂性土中成槽开挖时易产生的塌方、管涌、流砂等不利情况；

②泥浆护壁：制各优质膨润土泥浆用于成槽施工。本工程采用二级钙基膨润土制各泥浆。配合比见表1。

③清孔换浆：槽孔终孔并验收合格后，即采用液压铣槽机进行泵吸法清孔换浆。

4.3钢筋笼制作及安装

4.3.1钢筋笼的制作

根据设计图纸，按照槽段的具体情况确定钢筋笼的制作。根据墙底注浆孔的布置要求，将注浆管预先焊接在钢筋笼的适当位置上。

钢筋笼长度L根据槽孔确认的最终深度确定。

①L≤42m时，采用整体加工吊装的方案；

②42m≤L 56m时，分两节加工和吊装，上节笼长度L上≈14m，下节笼长度L下=L-L上；

③L≥56m时，分三节加工和吊装，上节笼长L上≈14m，中间笼与下节笼对接口布置在双支主筋位置，具体尺寸根据各槽幅钢筋笼长度确定，L中=L-L上-L下。

主筋连接采用接直螺纹连接、插筋与主筋问采用10d单面搭接焊。水平向钢筋连接采用5d双面搭接焊。竖向与水平钢筋之间用点焊焊牢，交叉点焊数不得少于总数的50%。主筋与笼体四周棱边横筋及各加强筋的交叉点处全部焊接。上下节钢筋笼在槽孔口对接时，采用直螺纹连接。整个钢筋笼外形应符合槽孔形状，并将下节钢筋笼的底端0.5m做成向内以1：5收缩的形状。

4.3.2钢筋笼的吊装与下放

本工程一个单元槽段为一个钢筋笼，采用两副铁扁担及两副吊钩起吊，以防止钢筋笼弯曲变形。吊放时，必须确保钢筋笼在空中不晃动，辅助起重机吊钢筋笼下部，主机升起，系在钢筋笼上端的横担将钢筋笼吊直对准槽口，使吊头中心对准槽段中心，缓慢垂直落入槽内，避免损伤槽壁，放到设计标高后，固定钢筋笼浇筑混凝土。

4.4水下混凝土浇筑

地墙混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法，强度等级C35。槽孔浇筑导管间距不宜大于3.5m，导管均匀进料，保证水下所浇筑混凝土面高差不大于0.5m。施工中，导管埋深不小于2m，不超过6m。混凝土面平均上升速度不小于2m/h，连续浇筑。

浇筑过程中每间隔30min测一次槽内混凝土面，测点设置在两导管间及槽孔两端头。每隔2h测量一次导管内混凝土面，并现场绘制浇筑图，以此作为浇筑工作和拆卸导管的依据。在开浇和终浇阶段可缩短测量混凝土上升面的间隔时间。

4.5工字钢接头

本工程槽段接头采用工字型钢接头，型钢截面尺寸H1082×550×26×26。型钢翼缘钢板与先行槽段水平钢筋焊接，后续槽段设置接头钢筋伸入到接头的拼接钢板区内。

在混凝土浇筑时易发生进入工字钢背面凹槽的绕流现象，导致相邻槽段连接处夹泥，新老混凝土结合不紧密，产生严重渗漏。本工程为了杜绝此隐患，采取以下措施：

①在工字鋼端头沿轴向焊接加长腹板50cm，使工字钢下放入至槽底时自然与槽底密贴。

②对于两侧翼板通过焊接1.5m×3mm×通长薄钢板使其延长。

③在工字钢与钢筋笼吊放入槽后，对工字钢后侧的预挖区采用石料回填措施，一可以保证钢筋笼不发生移位；二可以减少混凝土绕流，此处石料在后续槽段施工时可利用铣槽机对其进行有效清理。

本工程采用以上处理措施，地墙问连接紧密，连接效果很好。

5.地下连续墙监测

本工程连续墙测斜孔共12个，均匀分布于地墙一周。由监测数据可以看出，随着开挖工况的进行，地墙顶圈梁呈均匀向内压缩的趋势，最大位移15mm。地墙侧向变形逐渐增加，各测点位移相对较均匀，且最大侧向变形位置由开始的地墙顶部逐渐下移，当基坑开挖至-15m高程后，地墙侧向位移最大的位置均在-10m标高左右范围，最大值为23.2mm。图2为

6结束语

本工程地连墙施工场地条件复杂，工序多，以上仅对地墙施工中的一些主要施工工艺作简要介绍。施工完成后，56幅槽段墙面除局部有鼓肚现象外，基本平直且整体性好，槽段接缝紧凑，无渗水漏水现象，工字钢接头形式经上述处理后接头效果良好，为后期的基坑开挖提供了有利的作业环境。

基坑开挖过程中，对地墙本身进行了测斜监测。监测结果显示，数据变化不大，且满足规范要求。地墙的设计及施工是非常成功的。