大深度大厚度地下连续墙的应用与施工工艺

大深度大厚度地下连续墙的应用与施工工艺Ξ

李耀良,袁　芬

(上海市基础工程公司,上海　200002)

摘　要:分析了地下连续墙的发展趋势,指出随着地下空间的开发和利用,大深度大厚度的地下连续墙将越来越多地得到应用。基于在上海地区常规的连续墙施工方法穿越硬土层成槽掘进困难而且工效低、超深地墙锁口管起拔难度大、槽壁稳定与垂直度控制技术难度增加等缺点,提出了一种新的施工工艺,即采用铣槽法施工;并介绍了其施工工艺流程及与常规施工方法的不同点。

关键词:大深度大厚度连续墙;施工工艺;连续墙接头

中图分类号:T U476+.3　　　　　　　　　　文献标识码:A

Application and Construction Techniques of

G reat Deep and Thick Diaphragm W all

LI Y ao2liang,Y UAN Fen

(Shanghai Foundation Engineering Company,Shanghai200002,China)

Abstract:According to the development trend of diaphragm wall,it is pointed out that the great deep and thick di2 aphragm wall will be applied m ore and m ore.In Shanghai area,it is difficult for the conventional construction technique to excavate the trench of great deep and thick diaphragm wall as the deep-seated s oil is very hard.I t is als o difficult to keep the stability of the slurry trench and control the perpendicularity of the wall.In order to overcome the defects of conventional construction method,a new construction method for the great deep and thick diaphragm wall is introduced.In this new method,the trench is drilled by the hydraulic diaphragm wall cutter.The construction process of this method is introduced.

M oreover,differences between this new method and conventional method are als o com pared.

K eyw ords:great deep and thick diaphragm wall;construction technique;joints of diaphragm wall

1　前言

地下连续墙技术起源于欧洲[1],它是将凿井和石油钻井所用膨润土泥浆护壁和浇灌水下混凝土工艺应用于工程而发展起来的。1950年意大利最先在工程中应用,1959年日本引进,同一时期在我国应用于水利工程大坝防渗墙中。上海市基础工程公司最早于70年代研究和改进地下连续墙施工设备和工艺获得成功,并于1985年获国家科技进步奖。随后被国内各系统广泛应用于高层建筑地下室、地下车库、地铁、船坞、防渗止水帷幕等,使得地下连续墙这一深基础技术在城市建设中得到了有效的推广。

地下连续墙自诞生至今之所以能够得到广泛的应用,主要是由于其自身具有许多不可替代的优点:

(1)墙体刚度大、整体性好,能承受较大的水土侧压力,因而结构和地基变形都较小,既可用于超深围护结构,也可用于永久性承重的主体结构(通常称“两墙合一”)。

第1卷　第4期2005年08月　　　　　　　　　

地下空间与工程学报

Chinese Journal of Underground S pace and Engineering

V ol.1

Aug.2005

Ξ收稿日期:2005205220

作者简介:李耀良(19622),男,上海人,教授级高级工程师,从事地基基础及地下结构施工技术研究。

基金项目:上海科学技术委员会资助课题(04dz12001)。

(2)在城市密集建筑群中施工对相邻建筑物和地下设施影响小,能贴近已建建筑物及地下管线施工,对沉降及变位影响小。墙体可以组合成为任意多边形和圆弧形。

(3)施工时振动小、噪音低,对地基扰动小,适用于闹市区环境;而且由于是单一槽段工艺程序的重复作业,因而操作人员易于掌握、熟练和提高。

(4)抗渗隔水性能好,结构耐久性亦较好。

(5)可用于逆作法施工,使逆作法成为更合理、有效和可靠的方法,并可加快施工进度,降低工程造价。

综上所述,地下连续墙特别适合于软土地区、基坑开挖深度大于10m、密集建筑群中、对沉降变形要求严格、临时围护与承重主体结构相结合以及采用逆作法的施工中,因此近二三十年来在东南沿海软土地区尤其是在上海地区得到了大规模的应用[2]、[3]。

2　大深度大厚度地下连续墙应用随着城市开发建设的不断深入,城市土地资源越来越稀缺,城市地下空间的开发和利用将越来越成为城市发展的趋势和主流方向;同时高层建筑、地铁、港口、桥涵、重型地下构筑物的建设,对地下建构筑物和基础埋置深度要求也是越来越深,地下空间的开发利用随之也进入了向大深度发展的态势。例如高层建筑、地铁车站、地下设施等的地下室的层数一加再加,由以前的一、二层逐渐加深到地下三层、四层甚至地下六七层之多,基坑深度也突破初期的十来米朝更深的十几、二十几甚至三四十米、五六十米发展,随之带来的是地下连续墙越做越深、越做越厚。典型工程的有上世纪90年代的金茂大厦地下三层、坑深18～20m、墙深38m、墙厚1.0m;近期施工中的上海环球金融中心地下三层、基坑深17.85m、墙深31.5m、墙厚1.0m～1.2m,上海轨道交通M8线江浦路站最深地墙近43m、墙厚1.0m,M6线主题公园车站地墙最深约41m、墙厚1.0m,展开广泛研究的大型多条地铁交通换乘枢纽站地墙最深将达50多米,刚建成通车的润扬长江公路大桥北锚碇地下连续墙深56m、墙厚1.2 m,还有已经展开的轨道交通四号线原址修复工程中的地下连续墙深度已达65m之深,以及行将开工的500kV上海世博大型输变电工程基坑深38m、地下连续墙深度也将跨入近六～七十米的新纪录行列。可以预见,随着上海乃至全国城市化建设的加快,建筑物深基础深基坑及超深基础超深基坑工程将向更深、更大的趋势发展,相应地,大深度大厚度的地下连续墙也将越来越有广阔的应用前景。

3　施工特点与难点分析

一般50m以上深度的地下连续墙为大深度地下连续墙,厚度大于1.2m以上的地下连续墙为大厚度地下连续墙。这类连续墙施工的特点与难点主要有:

(1)在上海超深地墙穿越硬土层的成槽掘进困难而且工效低。土层为较坚硬土层的⑦层砂质粘土和粉砂层,尤其是⑦2层粉砂层,其标贯击数达50击,比贯入阻力高达23.23MPa左右(相当于C25混凝土),根据以往类似土层的工程实践经验,该层土的成槽功效极低,速度仅约为0.3～0.5m/h抓斗,而且抓斗齿损坏更换频繁。

(2)超深地下连续墙锁口管起拔难度大。根据初步经验估算,在理想垂直状态下,顶拔锁口管需克服的锁口管自重(约50吨)与侧壁土摩阻力(单位侧阻取20kN/m2)之和就已达600吨以上。如此大的顶拔力对锁口管自身与导墙承载力的考验都是相当大的,因管身材料焊接加工质量或导墙后座强度不够导致锁口管拔断或埋管的风险几率将大为增加。

(3)超深地下连续墙槽壁稳定与垂直度控制技术难度增加。由于单幅槽段深度大,槽段成槽时间将较长,对泥浆护壁的槽壁稳定要求将更高。另外随着深度越深,垂直度的倾斜量值将越大,因此对成槽机垂直度的控制难度也更大,相应地也要求操作精度更高。

4　新型施工工艺

一般成槽机适用于较松软的土质,通常土层标贯击数N值超过30则挖掘速度会急剧下降,而当N值超过50即难以挖掘。根据国外和国内经验,一般都认为一般成槽机施工的土层N值不宜超过50。

针对上海土层上软下硬的特点,在上部软土层中成槽时采用常规的抓斗式成槽机成槽,到下部较硬土层时换用适合于硬层掘进的铣削式成槽机(也称铣槽机)以利成槽并提高施工的工效,同时铣槽机可单独施工2.8m分幅后续槽段。此外,铣槽机施工还有一个显著的特点就是可避开吊拔锁口管环节。

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铣削式成槽机属回转式成槽机,它通过铣轮反向旋转削掘破碎岩土,铣碎的土石渣随泥浆混合泵反循环抽吸出槽进入除砂器进行分离,完成槽底岩土渣的清除排放和泥浆的置换循环

。

图1　铣槽机结构图

Fig.1　S tructure of the hydraulic diaphragm wall

cutter

图2　连续墙接头铣接法施工示意图

Fig.2　Sketch map of the joint

铣槽机适合于对坚硬岩土层的掘削,成槽效率高、精度好。图1为铣槽机的结构图。4.1　地下连续墙接头

对于大深度大厚度地下连续墙槽段之间的连接可以采用“铣接法”。即在两个Ⅰ期槽段中间下入铣槽机,铣掉Ⅰ期槽孔端的部分混凝土以形成锯齿形搭接,Ⅰ、Ⅱ期槽孔在地下连续墙轴线上的搭接长度为25cm 。此方法在国内外大型地下连续墙项目中得到了广泛的采用,施工方法成熟。搭接施工如图2所示。

该接头形式的特点是:由于采用液压铣槽机施工,铣轮在旋转的过程中不断的将一期槽的混凝土切割成锯齿状,这相当于在原有的混凝土表面打毛的作用;浇筑二期槽的混凝土时可以很好地与一期槽混凝土相结合,是较为理想的一种连续墙接头形式;同时,该接头形式施工的工艺简单,出现事故的几率很低。铣槽机切削形成的一期混凝土表面如图3所示

。

图3　铣槽机切削形成的一期混凝土表面

Fig.3　Detail view of a joint

4.2　液压铣槽机施工地连墙施工工序

液压铣槽机施工地连墙施工工序如图4所示。

4.3　液压铣槽机与一般液压成槽机施工超深超厚地下连续墙的不同特点

(1)液压铣槽机采用泵送连续出渣的方式,与一般液压成槽机相比在槽底清淤方面更具优势;

(2)液压铣槽机可用于岩层切削,故适合上海地区第⑦土层及以下各层的施工,施工速度快;

(3)液压铣槽机的垂直精度远高于一般液压成

槽机,可保证深度大于50m 的连续墙施工质量;

(4)由于采用“铣接头”,无需使用“锁口管”,施工导墙的要求可适当降低,无需配置专门提拔“锁口管”大型的设备。接头部位的密水性更好;

(5)泥浆在现场处理,废浆外运的费用减少,泥浆消耗量降低,有利于环境保护。

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162005年第4期　　　　　　　　　李耀良,等:大深度大厚度地下连续墙的应用与施工工艺

5　结论

本文通过分析地下连续墙的发展趋势,指出大深度大厚度连续墙将越来越多地得到应用。基于上海地区常规的连续墙施工方法穿越硬土层成槽掘进困难、超深地墙锁口管起拔难度大、槽壁稳定与垂直度控制技术难度大等特点,提出了一种新的施工工艺,即铣槽法施工。该方法适合于坚硬土层的掘削,成槽效率高、精度好。预期该施工工艺的应用能推进大深度大厚度地下连续墙技术的发展。参考文献:

[1]　丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京:

中国水利水电出版社,2000

[2]　赵志缙,赵帆.深基坑工程技术的进步与展望[J].

建筑技术,2003,34(2):88-93

[3]　吴京生.高层建筑深基坑工程现状与展望[J].电力

勘测,1998,19(3):13-19

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