圓筒形地下連續(xù)墻（工程案例）

第第頁圓筒形地下連續(xù)墻（工程案例）1.工程概況世博500kV地下變位于上海市靜安區(qū)，地下結(jié)構(gòu)外邊界為直徑130m的圓，基坑面積13273m2，周長408m。開挖深度為34.0m，基底位于⑦1砂質(zhì)粉土層。圍護(hù)體采用1200mm厚度的地下連續(xù)墻，插入深度23.5m，連續(xù)墻深度57.5m，槽段之間采用工字形型鋼接頭。本工程采用逆作法實(shí)施，開挖階段利用四層地下室結(jié)構(gòu)梁板和三道臨時(shí)環(huán)形作為水平內(nèi)支撐。2.圓筒形地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)(1)地下連續(xù)墻的厚度a.施工能力：根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，上海地區(qū)可施工的地下連續(xù)墻厚度為600～1200mm，一般情況下，地下連續(xù)墻多為800mm和1000mm厚。在為數(shù)不多的超深基坑中曾經(jīng)施工過1200mm厚的地下連續(xù)墻。目前，國內(nèi)還沒有超過1200mm厚的地下連續(xù)墻的施工設(shè)備，也就沒有相應(yīng)的施工經(jīng)驗(yàn)。即使花費(fèi)高成本從國外進(jìn)口施工設(shè)備，但由于沒有相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，地下連續(xù)墻的成槽開挖、鋼筋籠的吊放安裝以及水下混凝土的澆搗等施工技術(shù)也不成熟，勢必會對地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量造成一定的不利影響。而且地下連續(xù)墻的墻體厚度越大，成槽時(shí)間越長，成槽時(shí)槽壁的穩(wěn)定性越差，墻體施工質(zhì)量越難以保證。b.受力分析：本方案設(shè)計(jì)采用1200mm厚的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，施工階段內(nèi)部逆作四層結(jié)構(gòu)梁板替代水平支撐結(jié)合三道臨時(shí)環(huán)形支撐的多道支撐體系。在常用的平面分析模式下，地下連續(xù)墻是通過豎向梁作用來擋土和傳遞水土壓力，作用在地下連續(xù)墻外側(cè)的水土壓力全部由內(nèi)支撐體系和坑內(nèi)土體提供的抗力來平衡。墻體本身并不能提供水平抗力，作為抗彎構(gòu)件，其厚度（抗彎剛度）決定了變形與受力的大小。在這種受力模式下，計(jì)算得到的地下連續(xù)墻變形與彎矩?zé)o疑代表了一種極端值。計(jì)算結(jié)果得知，如采用平面計(jì)算方法，地下連續(xù)墻的水平變形為54.4mm，尚能滿足對變形控制的要求。地下連續(xù)墻的最大正彎矩為4196.6kN.m，表明產(chǎn)生了較大的彎矩，但仍在1.2m厚地下連續(xù)墻的截面承受能力之內(nèi)，只是豎向配筋率較大。在三維分析模式下，圓筒形地下連續(xù)墻的空間效應(yīng)顯著，外部側(cè)向水土壓力很大部分由地下連續(xù)墻自身的環(huán)向拱作用來承擔(dān)，相應(yīng)減輕了地下連續(xù)墻梁結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，克服了豎向應(yīng)力過大的缺點(diǎn)，且通過環(huán)向拱作用直接提供水平抗力減小內(nèi)支撐受力，使結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力分布均勻，設(shè)計(jì)趨于經(jīng)濟(jì)合理。三維計(jì)算結(jié)果表明地下連續(xù)墻是以環(huán)向拱受力為主、豎向梁受力為輔的結(jié)構(gòu)體系?？紤]到本工程地下連續(xù)墻的曲率半徑較大，且在開挖過程中可能出現(xiàn)卸荷不對稱性等因素，圓筒形地下連續(xù)墻并非處在理想的均勻圍壓受力狀態(tài)，可能會增加地下連續(xù)墻的受力。在逆作施工的過程中，逐步澆筑開挖面以上的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻，使地下連續(xù)墻和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻和二為一，又進(jìn)一步提高了墻體受力的安全儲備。c.止水要求：出于本工程建筑用途的考慮，地下結(jié)構(gòu)外墻的止水要求較高。地下連續(xù)墻本身采用防水混凝土澆筑，同時(shí)設(shè)置止水性能良好的槽段接頭，接頭位置還在坑外設(shè)置了高壓旋噴樁止水。開挖以后緊跟施工800mm厚的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻，施工質(zhì)量更能得到保證。雙墻一同工作，確保結(jié)構(gòu)外墻的止水效果。綜上所述，1200mm厚的地下連續(xù)墻完全可以滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力要求。地下連續(xù)墻和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻二者的協(xié)同工作，為外墻的止水提供了可靠的保證。(2)地下連續(xù)墻的深度地下連續(xù)墻的插入深度直接關(guān)系到整體穩(wěn)定、坑底抗隆起和抗傾覆等各項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)的計(jì)算。一般來說，地下連續(xù)墻的插入深度越大，基坑穩(wěn)定性越好，對周邊環(huán)境的影響越小，當(dāng)然造價(jià)也越大。對于超深地下連續(xù)墻來說，插入深度越大，施工難度越大，施工速度也就越慢。因此，地下連續(xù)墻深度的確定要遵循安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。本工程基坑底面已進(jìn)入⑦1砂質(zhì)粉土層，考慮將連續(xù)墻底置入⑧1粉質(zhì)粘土層，地下連續(xù)墻深度57.5m。一、圓筒形地下連續(xù)墻施工(1)本工程地墻施工的主要難點(diǎn)及特點(diǎn)a.地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)為1200mm厚，埋深57.5m，為超深大厚度地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻需穿越⑦1層砂質(zhì)黏土和粉砂層、⑦2層粉砂層，尤其是⑦2層粉砂層（厚約8.3m），標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)50.1擊，比貫入阻力達(dá)23.23MPa，地下連續(xù)墻施工成槽難度相當(dāng)大。b.成槽垂直度要求小于1/600，在超深的地墻施工中的高垂直度控制難度比較大。c.地下連續(xù)墻成槽時(shí)槽壁穩(wěn)定性控制難度高。d.地下連續(xù)墻需穿越⑦1層砂質(zhì)黏土和粉砂層、⑦2層粉砂層，層底夾大量粉砂，而設(shè)計(jì)沉渣控制要求較高（沉渣厚度≤10cm）。因此，槽底沉渣控制難度較大。e.成槽厚度大，接頭形式采用H型鋼接頭，進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，如何采取有效措施來防止鋼筋混凝土繞流，避免給后續(xù)槽段的施工帶來不利影響也是施工中面臨的一個(gè)難題。(2)施工措施及控制手段a.成槽設(shè)備的選擇目前上海地區(qū)地下連續(xù)墻成槽工藝主要采用抓斗式成槽機(jī)和“二鉆一抓”成槽的施工工藝。抓斗式成槽機(jī)成槽的施工方法速度較快，但是成槽垂直度只能控制在1/300以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到1/600的槽壁垂直度要求，該工藝也無法在上海地區(qū)地下第⑦層土中成槽施工；“二鉆一抓”成槽施工工藝成槽速度相對較慢，垂直度也只能控制在1/300以內(nèi)。結(jié)合本工程難點(diǎn)中超深大厚度地下連續(xù)墻成槽的各項(xiàng)要求，綜合考慮土層特點(diǎn)及垂直度控制，決定了抓、銑結(jié)合的成槽工藝。因此，本工程引進(jìn)銑槽機(jī)（MBC30液壓銑），結(jié)合CCH500-3D真砂抓斗成槽機(jī)配套進(jìn)行地連續(xù)墻成槽施工。b.成槽垂直度的控制工程中采用的成槽機(jī)和銑槽機(jī)均具有自動糾偏裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測偏斜情況，并且可以自動調(diào)整。施工時(shí)按照設(shè)計(jì)槽孔偏差控制斗體和液壓銑銑頭下放位置，將斗體和液壓銑銑頭中心線對正槽孔中心線，緩慢下放斗體和液壓銑銑頭施工成槽。抓斗每抓2～3斗即旋轉(zhuǎn)斗體180度，每抓2m檢測中心鋼絲繩偏移距離，做到隨時(shí)監(jiān)控槽孔偏斜，以此保證槽孔垂直。每一抓到底后（到砂層），用KODEN超聲波測井儀檢測成槽情況，如果抓斗在抓取上部黏土層過程中出現(xiàn)孔斜偏大的情況，可用液壓銑吊放自上而下慢銑修正孔形，但槽孔偏斜關(guān)鍵在抓斗抓取過程中控制。c.槽壁穩(wěn)定性的控制工程中根據(jù)實(shí)際試成槽的施工情況，調(diào)節(jié)泥漿比重，控制在1.18左右，但不得大于1.2，并對每一批新制的泥漿進(jìn)行泥漿的主要性能的測試。并控制成槽機(jī)掘進(jìn)速度和銑槽進(jìn)尺速度，特別是在軟硬層交接處，以防止出現(xiàn)偏移、被卡等現(xiàn)象。施工過程中大型機(jī)械不得在槽段邊緣頻繁走動，泥漿應(yīng)隨著出土及時(shí)補(bǔ)入，保證泥漿液面在規(guī)定高度上，以防槽壁失穩(wěn)。另外，在地下連續(xù)墻外側(cè)淺部采用水泥攪拌樁加固，起到了地下墻施工時(shí)的隔水和土體加固作用；對于暗浜區(qū)，采用水泥攪拌樁將地下墻兩側(cè)土體進(jìn)行加固，以保證在該范圍內(nèi)的槽壁穩(wěn)定性。d.槽底沉渣的控制施工中采用液壓銑及泥漿凈化系統(tǒng)聯(lián)合進(jìn)行清孔換漿，將液壓銑銑削架逐漸下沉至槽底并保持銑輪旋轉(zhuǎn)，銑削架底部的泥漿泵將槽底的泥漿輸送至泥漿凈化系統(tǒng)，由除砂器去除大顆粒鉆碴后，進(jìn)入旋流器分離泥漿中的細(xì)砂顆粒，然后進(jìn)入預(yù)沉池、循環(huán)池，進(jìn)入槽內(nèi)用于換漿的泥漿均從鮮漿池供應(yīng)，直至整個(gè)槽段充滿新漿。e.混凝土澆筑時(shí)的防繞流控制施工中將“H”型鋼底端接長300mm～500mm，以阻擋鋼筋混凝土從槽底流向相鄰槽幅。采取在“H”型鋼邊緣包0.5mm厚鐵皮，一期槽段空腔部分采用石子回填等措施防止混凝土側(cè)向繞流。具體詳見右圖此外，由于“H”型鋼比鋼筋籠頂?shù)?200mm，在澆筑砼時(shí)為確保墻頂有效砼強(qiáng)度必須有翻漿300~500mm的高度，因此砼翻漿從槽端兩側(cè)溢出，針對以上情況將采取以下措施：(a)把一期槽幅二側(cè)“H型鋼”以變截面形式接長至導(dǎo)墻面-1.0m處，這樣就可以阻擋砼翻漿向兩側(cè)溢出。(b)導(dǎo)墻面至-1.0m處范圍采用可拆式擋板；二、工程監(jiān)測及結(jié)果評價(jià)(1)本工程中采用了抓銑結(jié)合的成槽工藝，經(jīng)過工程實(shí)踐驗(yàn)證，這種成槽工藝在上軟下硬的土層中成槽是合理而有效的。工程中，地下連續(xù)墻的高垂直度，沉渣厚度等方面均較好的達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)成槽效率也大大加快。a.成槽垂直度均滿足設(shè)計(jì)要求經(jīng)檢測，已完成的地下連續(xù)墻垂直度均小于1/600，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，成槽效果良好。b.沉渣控制符合設(shè)計(jì)要求工程中采用了專門的泥漿處理循環(huán)系統(tǒng)，沉渣厚度控制在20mm~80mm，平均為40mm，均小于100mm，滿足了設(shè)計(jì)要求。循環(huán)泥漿比重控制在1.16g/cm3~1.19g/cm3，平均控制在1.18g/cm3，泥漿含砂率控制在2~3%。(2)工程中采用的專用泥漿處理循環(huán)系統(tǒng)，能控制泥漿指標(biāo)、槽底沉渣厚度，并提高泥漿的循環(huán)使用與回收，解決了第⑦層砂性土破壞泥漿的問題。泥漿循環(huán)系統(tǒng)確保了成槽的順利進(jìn)行，槽壁的穩(wěn)定性得到有效的保證，各階段的泥漿性能及沉渣厚度均符合設(shè)計(jì)要求。(3)工程中采用的H型鋼接頭型式，經(jīng)實(shí)踐證明，效果較明顯,縮短處理頭時(shí)間,節(jié)約工期與成本,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但根據(jù)工程中的實(shí)測與分析，如果施工中鋼筋混凝土澆筑過程不能得到很好的控制