基礎(chǔ)工程之地下連續(xù)墻

第八章地下連續(xù)墻5.1概述5.2地下連續(xù)墻的類型5.3護壁挖槽使用的泥漿5.4地下連續(xù)墻施工5.1概述應(yīng)用領(lǐng)域：目前地下連續(xù)墻已廣泛用于大壩壩基防滲、豎井開挖、工業(yè)廠房重型設(shè)備基礎(chǔ)、城市地下鐵道、高層建筑深基礎(chǔ)、鐵道和橋梁工程、船塢、船閘、碼頭、地下油罐、地下沉碴池等各類永久性工程。一般地下連續(xù)墻可以定義為：利用各種挖槽機械，借助于泥漿的護壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內(nèi)澆注適當?shù)牟牧隙纬梢坏谰哂蟹罎B（水）、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。1.墻體剛度大、整體性好,防滲截水性能好；2.施工時振動小、噪聲低，對周邊的地基無擾動；3.不用開挖大量的土方量，降低造價，可晝夜施工，縮短工期；4.施工期間不需降水，不需擋土護坡，不需立模板與支撐，把施工護坡與永久性工程融為一體；5.適用于多種地質(zhì)條件，可用作剛性基礎(chǔ)代替樁基礎(chǔ)、沉井和沉箱基礎(chǔ)；6.結(jié)構(gòu)變形和地基土變形較小，能夠緊鄰已有建筑物及地下管線開挖深、大基坑，尤其在城市建(構(gòu))筑物密集的地區(qū)，為防止對鄰近建筑物安全穩(wěn)定的影響，地下連續(xù)墻更顯示出它的優(yōu)越性。地下連續(xù)墻的主要優(yōu)點：地下連續(xù)墻的缺點：1.棄土及廢泥漿的處理問題，除增加工程費用外，如處理不當，還會造成新的環(huán)境污染；

2.一般用地下連續(xù)墻只作圍護擋墻時，造價稍高，不夠經(jīng)濟；3.墻面不夠光滑，如為“二墻合一”，即同時作為地下結(jié)構(gòu)的外墻時，尚需加工處理或另作襯壁。

地下連續(xù)墻在工程中的應(yīng)用：早在1958年，地下連續(xù)墻已在北京郊區(qū)密云大型水庫白河主壩中應(yīng)用，作為大壩地基的防滲墻；密云水庫蓄水運行多年，大壩地基不漏水，情況良好。1979年，上?；A(chǔ)工程公司應(yīng)用地下連續(xù)墻，建造上海港船廠港池試驗成功。1980年應(yīng)用地下連續(xù)墻為上海鋼鐵一廠的一號高爐解決沉碴池工程?；㈤T大橋是我國第一次設(shè)計建造的現(xiàn)代化大跨度懸索橋，其主航道懸索橋跨徑880m。此橋西側(cè)錨碇基礎(chǔ)采用外徑61m、內(nèi)徑59.4m、墻厚80cm的圓形地下連續(xù)墻，1993年9月16日開工，采用了沖擊鉆成槽，泥漿護壁，僅用3個月時間就完成了地下連續(xù)墻施工。上海環(huán)球金融中心基礎(chǔ)工程第一階段：54幅地下連續(xù)墻施工（2004年2月18日～4月23日）；第二階段：幾個槽段的地下連續(xù)墻補強（5月5日～6月4日）；第三階段：基坑開挖（5月18日～9月5日）；第四階段：樁頭處理（9月8日～11月25日）；第五階段：深坑開挖（11月25日～）。工程施工實踐證明：最大變形只有0.03米，僅是同等基坑的30～50%，工程整體穩(wěn)定性良好，對周邊環(huán)境的影響也在規(guī)范規(guī)定的限值之內(nèi)。中國銀行總部大廈北京市西單路口西北角。占地面積13158平方米，總建筑面積174869平方米，地下4層，局部6層，地上15層，屋頂高57.5m。工程于2001年4月建成。大廈由著名建筑大師貝幸銘擔任設(shè)計顧問，美國貝氏建筑師事務(wù)所(PPA)主持設(shè)計。大廈曾獲得中國建筑工程總公司科學(xué)技術(shù)獎一等獎；美國石材協(xié)會2001年度最考究建筑獎。第三屆詹天佑土木工程大獎獲獎工程。中國銀行總部大廈建筑西側(cè)、北側(cè)主樓部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，東側(cè)、南側(cè)附樓部分為鋼、混凝土結(jié)構(gòu)。因建筑功能要求，四個區(qū)段間沒有設(shè)縫，全部整體連接，整個結(jié)構(gòu)為板柱框架-剪力墻體系。地下室墻為800mm厚地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，地下室四周設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿。采用筏基，底板厚16～23m。

北京地鐵復(fù)八線工程防水技術(shù)北京地鐵復(fù)八線工程是北京地鐵一號線的中段，西起復(fù)興門，東至八王墳，全長12.7km。其中地下線10余km，地面線近2km。在大北窯車站、熱電廠站施工中采用厚0.6m、深約22m、C30鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，有效阻截了地下水及流砂，給施工創(chuàng)造了較好的條件。11潤揚大橋“神州第一錨”地下連續(xù)墻2001年10月28日，潤揚大橋北錨碇地下連續(xù)墻順利合龍，在地下形成1.2米厚的鋼筋混凝土矩形墻，為北錨碇超深基坑開挖提供了堅固的圍護結(jié)構(gòu)。施工過程中地下連續(xù)墻要穿過上部16.5米的原流塑態(tài)淤泥、疏松的粉細砂層、著床在花崗巖裂隙發(fā)育層。1.第一大跨徑:1490米2.第一大錨碇:6.8萬噸,3.第一特大深基坑:69米×50米×50米4.第一高塔:215.58米（73層樓高)5.第一長纜:纏絲總長度近3200公里6.第一重鋼箱梁:21000余噸7.第一大面積鋼橋面鋪裝:70800平方米8.第一座剛?cè)嵯酀慕M合型橋梁潤揚長江公路大橋創(chuàng)國內(nèi)八個第一(世界第三)(纏絲相當于3倍北京至上海的距離。完成的兩根主纜每根長2600米，為國內(nèi)第一長纜，分別由184股、每股127絲、每絲直徑5.3毫米的鍍鋅鋼絲組成，所用鋼絲總數(shù)達23368根，總長度6075萬6800米，可以繞地球3圈。)造價:57.8億元5.2地下連續(xù)墻的類型

1.按墻的用途可分為臨時擋土墻、用作主體結(jié)構(gòu)一部分兼作臨時擋土墻的地下連續(xù)墻、用作多邊形基礎(chǔ)兼作墻體的地下連續(xù)墻。2.按成墻方式可分為樁排式、壁板式、組合式。3.按挖槽方式大致可分為抓斗式、沖擊式、回轉(zhuǎn)式。5.3護壁挖槽使用的泥漿

泥漿護壁挖槽法就是在充滿水和膨潤土以及其他外加劑混合液的情況下，在地基中進行鉆孔或挖槽的方法，通過泥漿的靜水壓力防止槽壁坍塌或剝落，并維持挖成的孔形不變。在成槽之后澆筑水下混凝土，把泥漿置換出來，在地下構(gòu)筑成一段混凝土單元墻段。1.泥漿的功能(1)防止槽壁坍塌：泥漿從槽壁表面向土層內(nèi)滲透到一定范圍就粘附在土顆粒上，在槽壁上形成的泥皮(不透水膜)，使得泥漿的靜水壓力有效地作用在槽壁上，防止槽壁的剝落和坍塌，如右圖所示。(2)懸浮土渣：如果不能迅速排在挖槽過程中形成的土渣，會使泥漿的阻力增大，降低挖槽效果，混凝土質(zhì)量下降，鋼筋籠也難以插入?？茖W(xué)地調(diào)制泥漿，可使土渣懸浮，通過泥漿循環(huán)將其攜帶出地面。泥皮(不透水膜)示意圖2.泥漿的材料的選用1)泥漿的種類、組成材料和外加劑泥漿一般有膨潤土泥漿、聚合物泥漿、CMC(羧甲基纖維素)泥漿、鹽水泥漿。其主要組成材料和外加劑見下表。泥漿的種類、組成材料和外加劑

膨潤土是由原礦石經(jīng)加熱干燥和粉碎而成，其主要成分是蒙脫石，加入清水混合后，水很快進入蒙脫石晶格層中，膨潤土會很快地濕脹。

聚合物泥漿是代替膨潤土泥漿的長鏈有機聚合物和無機硅酸鹽組成的人造泥漿。

羧甲基纖維素(Carboxymethyl-Cellulose，CMC)泥漿和鹽水泥漿是在海岸附近特殊條件工程中使用的泥漿。2)泥漿材料的選擇(1)膨潤土的選擇：選用可使泥漿成本比較經(jīng)濟的膨潤土。預(yù)計施工過程中易受陽離子污染時，選用鈣膨潤土為宜。(2)水的選擇：飲用水可直接使用。水質(zhì)要求：鈣離子濃度應(yīng)不超過100ppm，以防膨潤土凝結(jié)和沉降分離；鈉離子濃度不超過500ppm，以防膨潤土濕脹性過多下降；pH值為中性。超出這個范圍時，應(yīng)考慮在泥漿中摻加分散劑和使用耐鹽性的材料，或改用鹽水泥漿。(3)CMC的選擇：泥漿中摻入CMC之后，提高泥皮的形成性十分明顯。當溶解性有問題時，應(yīng)選易溶的CMC。當有海水混入泥漿時，應(yīng)選耐鹽的CMC。CMC的粘度分高、中、低三檔，粘度越高CMC的價格也高，但防漏效果很明顯。(4)分散劑的選擇：分散劑的作用是提高泥水分離性，防止和處理鹽分或水泥對泥漿的污染。被水泥污染的泥漿選用碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)分散劑，分離效果較好。易被鹽分污染的泥漿選用以腐殖酸鈉或紙漿廢液為原料的鐵硼木質(zhì)素磺酸鈉分散劑效果較好。(5)加重劑的選擇：加重劑的作用是增加泥漿密度，提高泥漿的穩(wěn)定性。目前一般選用重晶石。在地下水位很高、地基非常軟弱或土壓力非常大時，槽壁穩(wěn)定受到威脅，作為一種措施應(yīng)在泥漿中摻入加重劑，增加泥漿的密度。(6)防漏劑的選擇：防漏劑的作用是堵塞地基土中的孔隙，防止泥漿漏失。一般防漏劑的粒徑相當于漏漿層土砂粒徑10%～15%左右效果最好。5.4地下連續(xù)墻施工現(xiàn)澆地下連續(xù)墻施工工藝流程如下圖所示。

單元槽段指地下連續(xù)墻的施工時，沿著墻體長度方向把地下墻分成某種長度的施工單元。地下連續(xù)墻單元槽段長度取決于以下因素：①設(shè)計所要求的構(gòu)造、形狀(拐角和端頭等)、墻的厚度和深度。②施工所要求的挖槽壁面的穩(wěn)定性、對相鄰結(jié)構(gòu)物的影響、挖槽機的最小挖槽長度、混凝土拌和站的供應(yīng)能力、泥漿儲備池的容量、鋼筋籠的質(zhì)量和尺寸、作業(yè)場地占用面積和可以連續(xù)作業(yè)的時間限制。一般情況下以5～8m居多，但也可取10m或更大一些的情況。一、單元槽段劃分以下邊的一些圖為例，說明按結(jié)構(gòu)物形狀劃分的單元槽段。圖(a)單元槽段為挖槽機的最小挖掘長度，它適用于減少對鄰近結(jié)構(gòu)物的影響，或必須特別注意槽壁的穩(wěn)定性等情況。圖(b)單元槽段為地下連續(xù)墻與柱子相連的一段，地下墻的接頭設(shè)在柱和柱的中間。圖(c)單元槽段為直角形拐角，鋼筋籠整體插入為佳，但也可將鋼筋籠分割開插入槽內(nèi)。圖(d)單元槽段為間隔布置的槽段，盡量不影響相鄰結(jié)構(gòu)物而縮短單元槽段的長度，避免大面積槽壁承受側(cè)向土壓力。圖(e)單元槽段為十字形，不宜采用大的單元槽段，由于在這種情況下導(dǎo)墻不易穩(wěn)定，所以對導(dǎo)墻要進行加固，必須特別注意槽壁的穩(wěn)定和挖槽精度。圖(f)單元槽段為間隔布置的圓周形式或曲線形式的槽段，如用沖擊鉆法挖槽，可按曲線形式施工。修筑導(dǎo)墻是地下連續(xù)墻施工的第一道工序，導(dǎo)墻是重要的臨時結(jié)構(gòu)物。導(dǎo)墻混凝土等級一般采用C15。(1)導(dǎo)墻的作用和要求。①控制地下墻的平面位置、墻體厚度和垂直程度。導(dǎo)墻位于地下連續(xù)墻的墻面線兩側(cè)，和地下墻中心線平行，深度一般為1～2m，頂面高于施工地面5～10cm，內(nèi)墻面豎直，二導(dǎo)墻的內(nèi)壁間凈距為地下墻的寬度另加4～6cm。導(dǎo)墻指示挖槽位置，為挖槽起豎直導(dǎo)向作用。導(dǎo)墻的位置、尺寸、豎向的垂直精度直接影響地下墻的平面位置、墻體厚度和垂直程度。導(dǎo)墻頂部應(yīng)平整，以利導(dǎo)向鋼軌的架設(shè)和定位。二、導(dǎo)墻②保持地面土體穩(wěn)定。由于地基表層比深層土質(zhì)差，而且經(jīng)常受到鄰近地面荷載的影響，槽壁頂部容易坍塌。導(dǎo)墻相當于擋土墻，且常在導(dǎo)墻之間每隔1～3m加添臨時木支撐，可有效地支承土壓力及施工期間鋼筋籠、澆筑混凝土用的導(dǎo)管、鉆機等靜、動荷載的作用，防止槽壁頂部坍塌，保持地面土體穩(wěn)定。③維持泥漿液面。為了保持槽面地基的穩(wěn)定，需要保持泥漿液面極少變化。在地下水位很高的地段，為了維持穩(wěn)定液面高出地下水位1m的要求，需使?jié)仓膶?dǎo)墻頂面高出地面。(2)導(dǎo)墻的斷面形式和適用條件。鋼筋混凝土導(dǎo)墻分為現(xiàn)澆與預(yù)制兩種，目前使用現(xiàn)場澆筑較多。但預(yù)制的導(dǎo)墻比現(xiàn)場澆筑的節(jié)省材料用量；在地下水位很高時，預(yù)制的導(dǎo)墻比現(xiàn)場澆筑的好。圖(a)、(b)為最簡單的斷面形狀，一般在導(dǎo)墻上的荷載不大，表層地基土良好(如密實的黏土)的工程中采用。圖(c)所示斷面形狀，一般在地下水位高而又難以用井點排水降低水位的工程中采用；制作頂端高出地面的導(dǎo)墻，確保泥漿液面高于地下水位0.6～1.0m以上，一般在導(dǎo)墻的周邊堆土至導(dǎo)墻的上邊緣。圖5.21(d)、5.21(e)所示斷面形狀，一般在表層地基土強度不夠，特別是易坍塌的砂土或回填土地基的工程中采用；需將導(dǎo)墻做成L形或上下兩端都向外伸出的“匚”形。圖5.21(f)所示斷面形狀，一般在防止泥漿溢流的工程中采用，在導(dǎo)墻外側(cè)埋置U形預(yù)制塊，導(dǎo)墻頂端高出地面5～10cm，以防地面水流入導(dǎo)溝。采用蚌式抓斗挖槽時，在地下連續(xù)墻的放樣軸線位置上，每隔一定距離用沖擊鉆或回轉(zhuǎn)抓頭鉆抓成的垂直孔洞，稱之為導(dǎo)孔，如圖所示。一般孔徑與墻厚相同。對堅硬的地基，需鉆抓導(dǎo)孔，而軟弱地基，可以不鉆抓導(dǎo)孔。三、導(dǎo)孔導(dǎo)孔的作用是保證在堅硬的地基上，采用蚌式抓斗挖槽機挖出槽段的垂直精度，使單元槽段的兩端頭垂直，便于接頭施工。地下連續(xù)墻的挖槽方法雖有很多，但各種方法的施工順序都基本相同，如圖所示。四、槽段開挖深圳地鐵5號線頭號工程太安站成功澆注地下連續(xù)墻第一槽段

槽段式開挖連續(xù)墻施工順序

挖槽方法大致可歸納為以下三種。

方法一是先以一定間隔挖掘?qū)Э祝儆米ザ穼?dǎo)孔間的地段挖掉整修成槽形，如圖所示。先鉆導(dǎo)孔，再用抓斗挖掘成槽形

方法二是先在施工槽段兩端鉆導(dǎo)孔到設(shè)計深度，兩導(dǎo)孔間各圓孔只鉆0.5～0.8m，就是說在鉆孔到0.5～0.8m時，把鉆頭提到原來位置，把鉆機橫向移動，一遍一遍重復(fù)鉆挖直到設(shè)計深度，完成第一個槽段開挖，如圖5.25所示。用同樣的方法鉆挖下一槽段。此法的缺點是鉆挖工作重復(fù)，效率較低。先鉆導(dǎo)孔，再重復(fù)鉆圓孔成槽形

方法三是從一開始就將溝槽挖到設(shè)計深度，并挖成槽形，把鉆頭提到地面，橫向移動鉆機，連續(xù)鉆挖，完成第一個槽段開挖，如圖所示。用同樣的方法鉆挖下一槽段。此法是一次鉆挖成槽形。從地下連續(xù)墻施工來說，這種方法是最理想的形式。一次鉆挖成槽形挖槽過程中殘留在槽內(nèi)的土渣以及吊放鋼筋籠時從槽壁上刮落的泥皮等都要堆積在槽底。挖槽結(jié)束后，懸浮在泥漿中的土顆粒也將逐漸沉淀到槽底。澆筑地下連續(xù)墻之前，必須清除以沉渣為主的槽底沉淀物，這項工作稱為清底。清底的基本方法有置換法和沉淀法兩種。置換法是在挖槽結(jié)束之后，立即對槽底進行認真清掃，在土渣還沒有沉淀之前就用新泥漿把槽內(nèi)泥漿置換出槽外。沉淀法在土渣沉淀到槽底之后進行清底，一般是在插入鋼筋籠之前或之后清底，但后者受鋼筋籠妨礙，不可能完全清理干凈。五、清底

清除槽底沉渣的方法有：①吸泥泵排泥法；②空氣升液排泥法；③帶攪動翼的潛水泥漿泵排泥法；④水輪沖射排泥法；⑤抓斗直接排泥法。在這些方法中，前三種是常用的方法，如圖所示。清底方法(1)鋼筋籠制作。①根據(jù)單元槽段的規(guī)格與接頭形式等設(shè)計鋼筋籠的尺寸，按設(shè)計圖紙要求對鋼筋下料加工，并在平臺上制作鋼筋籠，預(yù)留插放混凝土導(dǎo)管的位置，為使水平鋼筋不妨礙導(dǎo)管的下入，將縱向鋼筋布置在水平筋的內(nèi)側(cè)。②縱向鋼筋采用焊接或用φ0.8mm的退火鐵絲綁扎。③在鋼筋重疊處要有確?；炷亮鲃铀匦璧拈g隙，并注意不要影響設(shè)計要求的保護層。④為保證鋼筋保護層的厚度，可采用水泥砂漿滾輪，固定在鋼筋籠兩面的外側(cè)。六、鋼筋籠制作與吊裝(2)鋼筋籠的吊入與接長。①鋼筋籠在堆放、運輸、裝卸、吊入作業(yè)過程中，易發(fā)生變形，為此對鋼筋籠要采用有一定剛性的縱向鋼筋桁架，并用箍筋、主筋平面內(nèi)加斜拉筋及連接鋼筋等措施補強。使鋼筋籠在吊運過程中具有足夠的剛度，不致使巨大的鋼筋籠變形而影響入槽。②鋼筋籠起吊前，要仔細檢查起吊架的鋼索長度，使之能夠水平地吊起。在起吊時使用H型鋼或工字鋼作為起吊扁擔，為防止鋼筋籠變形，在鋼筋籠的頭部及中間部兩點進行雙索或四索同時起吊，吊離地面后再逐漸轉(zhuǎn)換成垂直狀態(tài)。鋼筋籠的下端不得在地面上拖引或碰撞其它物體。并在鋼筋籠下端系上拖繩以人力操縱，防止起吊后在空中擺動或吊入時碰撞槽壁。起吊方法如圖所示。起吊鋼筋籠的方法③采用連接鋼板分段接長鋼筋籠。上下段連接時，先制作連接鋼板，在加工平臺上，將鋼筋籠上的縱向鋼筋準確地焊接到連接鋼板上。由于鋼筋籠的端部已有了連接鋼板，所以分段吊放時只要將上、下段鋼筋籠的連接鋼板對齊，用夾板和高強度螺栓將上下段連接起來，用扭矩扳手擰緊高強螺栓，如圖所示。采用這種方法無需將鋼筋籠搭接也可以制成有足夠長度的鋼筋籠。雖然必須用連接鋼板及夾板等，但因施工時間短，又減少了搭接長度，仍可以降低總造價，提高施工質(zhì)量。用螺栓聯(lián)結(jié)器連接鋼筋籠實例(mm)地下連續(xù)墻墻段長度大多是7～8m，最大不超過10m。為了使各個墻段連成一個整體，施工中必須采用一定形式的接頭(縫)措施。七、墻段接頭(縫)八、混凝土澆筑(1)混凝土配合比要求：水灰比不宜大于0.6；水泥用量不少于370kg/m3；混凝土坍落度宜為18～20cm?；炷恋墓橇弦诉x用中砂，粗砂及粒徑不大于40mm的卵石或碎石。海水拌和會損壞含筋混凝土，因此禁用海水配制混凝土。(2)混凝土澆筑導(dǎo)管。墻段接頭管(構(gòu)件)就位后，應(yīng)檢查槽底沉渣厚度并在4h以內(nèi)澆筑混凝土，澆筑混凝土必須使用導(dǎo)管。一般使用內(nèi)徑為150～250mm的圓形導(dǎo)管，長度有l(wèi)、1.5、2、3m不等，根據(jù)溝槽深度及澆筑混凝土時的導(dǎo)管提升情況分別選用，依次接長。用起重機吊入槽內(nèi)，插到槽底。

導(dǎo)