地下连续墙在南水北调工程中的运用

2017-10-20刘海乐杨林

中国水利 2017年14期

关键词：槽内槽段成槽

刘海乐，杨林

（北京金河水务建设集团有限公司，102206，北京）

地下连续墙在南水北调工程中的运用

刘海乐，杨林

（北京金河水务建设集团有限公司，102206，北京）

地下连续墙施工；施工工艺；水下混凝土浇筑；南水北调

一、工程概况

北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂工程（二期）施工第一标段#1盾构井地下连续墙工程位于北京市南水北调团城湖管理处附近，输水管线起点位于#1盾构始发井，施工线路长2153.848 m，输水洞为外径6.0 m、内径4.7 m的单洞隧洞，一衬采用盾构法施工，二衬采用复合式衬砌结构。

#1盾构井基坑围护结构均采用地下连续墙+内支撑的支护形式，地连墙墙厚1.0 m，#1盾构始发井施工地面标高均为51.50 m。

#1盾构始发井：盾构井底板为C15垫层，混凝土厚度为100 mm；竖井底板混凝土标号C30，厚度1 200 mm。基坑围护结构设计参数：采用厚度1 000 mm地下连续墙（C30W 8F150）结构，#1盾构始发井地下连续墙墙深为28.70 m，共计分为18个槽段，其中“一”字形槽段14幅，L形槽段4幅，Z形槽段2幅（图1），主筋采用HRB400级钢筋，直径28 mm、25 mm螺纹钢。连续墙槽段接头采用H形钢接头以及2根Φ600@450墙外止水旋喷桩；Z形槽段坑外阳角处采用高压旋喷桩加固；内支撑采用4道钢管支撑，拐角处采用钢管斜支撑。

地连墙施工在地表进行，#1盾构始发井灌注体积约为3 840 m3，两幅连续墙之间接缝部位采用工字钢刚性接头。

连续墙采用C30W8混凝土，钢筋采用HPB235、HRB400。竖向主筋混凝土保护层厚度70 mm，工字钢采用Q235-B号钢，与钢筋笼之间连接时采用E43焊条，焊缝高度一般为10 mm。

二、施工总体规划

1. 钢筋混凝土地连墙施工方法

钢筋混凝土地连墙成槽方法：采用直抓法施工，由液压成槽机抓取2抓或3抓形成槽孔。槽孔分Ⅰ、Ⅱ序间隔施工，下设钢筋笼、接头箱、导管后实施浇筑；Ⅱ序槽段成槽后，加上Ⅰ序槽段接头箱宽度，形成Ⅱ序槽段。Ⅱ序槽段清孔时采用钢丝刷子对接头部位进行刷洗，保证工字板接头没有泥皮。槽段间接头使用工字钢刚性接头+接头箱法施工。

根据具体地层及槽段划分情况，也可采用旋挖钻机成孔、液压成槽机开槽的“2钻1抓”方式成槽。

混凝土灌注采用多组直升导管法进行水下灌注。浇筑时要保证混凝土上升速度及导管埋置深度。

2. 施工顺序

成槽采用1台液压成槽机（及1台旋挖钻机）为一组，共计一组，进行混凝土地连墙成槽施工；钢筋笼吊装采用2台履带式吊车（或2台汽车式吊车）为一组，共计一组；混凝土灌注采用3台浇筑架为一组，共计一组，进行混凝土地连墙浇注施工；成槽施工应间隔进行或待邻槽混凝土终凝后顺序进行。

3. 工程组织管理

按项目法施工原则，结合本工程场地窄、工期紧的特点，项目部组建负责管理和作业的项目经理部，全权负责工程的施工与经营管理。项目部下设工程技术部、质量管理部。作业层下设2个成槽组、1个钢筋制作组、1个吊装作业组、1个浇注作业组、1个泥浆作业组、1个机水电作业组。成槽作业组负责地连墙的成槽作业；浇注作业组负责进行水下混凝土浇注作业及接头箱起拔；泥浆作业组负责泥浆的制备、供应、除砂及回收；机水电作业组负责水、电、机械的布设与维护，以及机械设备的保养与修理、施工区内道路的维护管理工作。

三、地连墙施工工艺

1. 施工主要成槽设备的选择

本工程使用1台GB-46型液压成槽机进行成槽施工，该设备成槽厚度可达1.5m，深度可达75m，同时随机自带测斜纠偏系统，完全能够满足工程需要。

图1#1盾构井槽段划分

2. 钢筋混凝土地连墙材料

（1）泥浆

①本工程使用膨润土泥浆。液压成槽机进行成槽时使用预先搅拌好的膨润土泥浆，清孔时，采用振动除砂设备对槽内泥浆除砂，使之达到浇注前合格的泥浆标准。

②膨润土选用内蒙古产膨润土。需有出厂合格证。

③膨润土和水的加料量均应称量计量，加量误差应小于5%。

④防止结块沉淀，定时搅拌储泥池中泥浆。

⑤循环使用的泥浆应每隔30 min检测一次性能指标，超过废弃指标时应做废弃处理，集中排放到指定地点。

⑥造孔时槽内泥浆密度不大于1.3 g/cm3，黏度不大于30 s，含砂量不大于10%。

⑦清孔除砂后，泥浆指标应符合有关规范要求。

（2）墙体材料

①墙体材料使用商品混凝土。

②按照设计要求，混凝土为C30W8F150，其主要性能指标（28d）：抗压强度为300 MPa，抗渗为W8级。

③搅拌站配合比的使用和现场抽样检验的混凝土性能指标应满足的要求：入槽坍落度18～22 cm；扩散度34～40 cm；坍落度保持15 cm以上时间应不小于1 h；初凝时间不小于6 h；终凝时间不大于24 h。

④混凝土应随使用进度按要求留置试块，送试验室进行试压。

（3）钢筋、钢材及焊接材料

①墙身抗弯材料使用HRB400型，直径分别为18 mm、20 mm、22 mm、25 mm、28 mm。

②槽段接缝处使用工字钢刚性接头，由14 mm厚Q235-B号钢板焊接而成。

③钢筋保护层垫板由4 mm厚Q235-B号钢板弯曲形成。

④焊条为E43型。

（4）泥浆用水

拌和水温度不得高于40°C。水源从市政管网取得，通过管道供向施工现场及制浆站,供水量不小于20 m3/h。

3. 测量放线

按国家测绘标准和工程施工精度要求，在不易受破坏的区域内引3个或3个以上的固定点均布施工场区，建立工程施工控制网。根据测量控制网，定出开挖槽轴线和轮廓线，并做出明显标志。

4. 施工程序

施工人员及设备进入施工现场后，进行泥浆搅拌站、导向槽及施工平台的搭建与施工，测量放线后立即投入地连墙施工，按事先划分好的槽段流程间隔进行成槽施工。

①以液压成槽机每抓的端头为中心采用旋挖钻机进行钻孔，孔径为Φ1 000 mm，孔深至地连墙设计槽底。

②采用液压成槽机进行抓槽，抓槽时先抓槽段两端的主孔，再抓中间的副孔，槽深以抓至设计底标高为准。

③采用空压机配合振动除砂设备对槽内泥浆进行循环除砂，循环至泥浆符合浇注要求时方可浇注。槽内不足部分泥浆由储浆池内泥浆补充。

④采用2台履带式吊车配合将焊接成形的钢筋笼吊放至槽内。

⑤将装有砂或石屑的编织袋填入钢筋笼两端头外侧的槽孔内，填入高度不应小于1.0 m，防止浇注时钢筋笼底部的混凝土或水泥浆绕流至工字钢外侧，影响后续成槽。

⑥将两端接头箱吊放至槽内两端位置，箱底部应坐落在编织袋填充体上，顶部应与周边固定物连接牢靠。

⑦将导管下入槽内，导管底口与槽底距离应控制在50 cm范围以内。

⑧采用2～3组导管进行水下混凝土灌注。导管间距应符合规范要求。

⑨槽段为Ⅰ、Ⅱ序间隔进行，或待Ⅰ序槽孔内混凝土终凝后顺序进行。

⑩Ⅰ、Ⅱ序之间接缝部位采用工字钢刚性接头+接头箱法施工。Ⅱ序槽段端头部位清孔时需采用钢刷钻头刷洗槽段端头，将泥皮刷洗干净。

[11]混凝土灌注完成后应根据灌注速度起拔接头箱。接头箱起拔应做到勤提、少拔。

5. 导墙施工

导墙的质量是地下连续墙质量的第一个重要保证。因为地下连续墙施工的机械荷载较大，拟设计“┑┍”形现浇钢筋混凝土导墙，两导墙净间距比地下连续墙厚度大5 cm，导墙顶面应高于地面5 cm左右。

6. 划分槽段

在已修筑的导墙顶面上，根据设计图位置将每幅地下连续墙的位置划分在导墙顶面，并做出标记。

7. 成槽施工

（1）泥浆制备

泥浆性能是保证槽壁稳定性的重要条件之一，可根据地连墙所在的地质条件进行室内配合比试验。泥浆拟采用化学泥浆，由膨润土、CMC、纯碱、水组成。新泥浆配合比初定为膨润土8%，纯碱0.1%，CMC0.25%，主要技术指标为：比重1.10～1.15，黏度25～30 s，失水量为<10 ml/30 min，泥皮厚度<1.5 mm，含砂量<4%，pH值7～9，现场根据实际情况调整，确定施工时泥浆配合比。

（2）成槽施工

以液压成槽机每抓的端头为中心采用旋挖钻机进行钻孔，孔径为Φ1000 mm，孔深至地连墙设计槽底。使用履带式液压抓斗成槽机，成槽施工前先向导墙内注入泥浆，并将抓斗定位在施工的槽段。成槽施工时，单元槽段成槽之间为间隔施工，单元槽段的施工顺序为先两边后中间（标准槽段）。成槽开挖的同时及时向槽内添加泥浆，保证槽壁的稳定性。成槽挖出的渣土及时用密封渣土车送至指定弃土场。

8. 刷壁、清底

成槽至设计标高后，先用吊车吊住刷壁器，入槽内上、下拖刷槽段接头部位的泥土，直至钢刷无泥为止，再用液压抓斗清底，使基底沉渣厚度小于10 cm。

9. 安装接头箱

接头箱第一节应垂直插入土体（或下方的填土编织袋堆积体）约50cm，防止混凝土串入箱内。

10. 钢筋笼制作

①钢筋笼根据地下连续墙配筋图和单元槽段的划分来制作。

②防止吊装时钢筋刮伤槽壁，钢筋笼下端纵向主筋向内弯转，弯折程度不影响混凝土浇注时导管插入。

③预先确定浇注混凝土时导管的位置，因为这部分空间要上下贯通，所以周围需增设箍筋和连接筋进行加固。

④为使钢筋不致卡住导管，纵向主筋应放在内侧，水平向钢筋放在外侧。纵向筋底端距槽底50 cm。

⑤钢筋笼主筋净保护层为70 mm，水平筋端部距接头箱和混凝土接头面应留有10～15 cm间隙。为保证保护层厚度，在水平钢筋上每隔5 m设一排钢垫板，每排每个面不少于2块，垫块用4 mm厚扁钢制成。

11. 钢筋笼吊装

①为防止在钢筋笼吊装时发生形变，设计图已考虑了纵向斜向拉筋及水平向桁架。吊点位置还应设置2根反U形加强筋，1根吊点，1根叉杠点，加强筋两端应与纵筋焊接牢固。

②Z字形钢筋笼采用分两段连接吊装，其他形状钢筋笼为整体一次吊装；在钢筋笼加工时，为确保起吊钢筋笼安全，要根据钢筋笼重量、尺寸以及起吊方式来设置吊点位。

③钢筋笼进入槽时，吊点中心对准槽段中心，注意不要摆动起重臂或其他操作影响钢筋笼，以免产生横向摆动造成横壁坍塌。

④钢筋笼吊装采用一台150 t履带吊车和一台100 t履带吊车，主、副吊车将钢筋笼垂直提离地面后，取掉副吊钩，对准槽段位置，缓缓下入槽壁内，下至导墙顶面时，用钢扁担穿过钢筋笼顶部，搁置在导墙顶面上，将主吊钩转挂在吊筋上，吊起钢筋笼下至设计标高，最后用钢扁担担住钢筋笼，搁置在导墙顶面上。

⑤钢筋笼插入槽内后，检查其顶端标高是否符合设计要求，然后将其固定在导墙上。

12. 安放导管

①各节导管之间采用丝扣连接，连接处加设橡胶垫圈密封，以防混凝土灌注时导管漏水。

②下导管前对连接好的导管进行气密性检验。

③导管底部离基底小于50 cm，顶部采用夹具搁置在导墙上。导管安装后，检查槽内泥浆比重和黏度以及墙底沉渣厚度，如超过标准，利用导管及钢笼缝隙进行二次清底，导管平面布置2～3根，灌注半径不大于1.75 m。

13. 混凝土灌注

①混凝土灌注必须在清底换浆完毕6h内开始。

②采用商品混凝土，配合比应符合设计要求，坍落度取20 cm±2 cm。运输采用搅拌输送车。

③本工程槽段灌注长度为6.0～8.0m，配置2～3套导管。混凝土灌注前必须将灌注井架搭设牢固，将导管置入灌注井架中心孔洞的卡槽内，导管顶端放储料斗。使用吊车下设和起拔导管。

④混凝土灌注由混凝土搅拌输送车直接卸料入混凝土导管，灌注时在导管内放入球胆，随混凝土一起灌入，第一次灌入混凝土量应保证导管下端口埋入混凝土中，且导管埋深不小于1.5 m。灌注应连续进行，左、右两边混凝土顶面应大致水平，并用测绳及时测量灌注深度，计算混凝土上升速度和灌注量，随灌及时提升导管，灌注至设计顶面以上50 cm时拔出导管，灌注完毕。

⑤在混凝土浇筑过程中，导管下口插入混凝土深度应控制在2～6 m，不宜过深或过浅。插入深度大，混凝土挤推的影响范围大，深部的混凝土密实、强度高，但容易使下部沉积过多的粗骨料，而混凝土面层聚积较多的砂浆；导管插入太浅，则混凝土是推铺式推移，泥浆容易混入混凝土，影响混凝土的强度。在浇灌过程中，导管不能做横向运动，否则会使沉渣或泥浆混入混凝土内。

⑥混凝土要连续灌注，不能长时间中断，一般可允许中断5～10min，最长只允许中断20～30min，以保证混凝土的均匀性。

⑦在灌筑过程中，要经常用测锤量测混凝土的上升高度。由于混凝土上升面一般都不是水平的，所以要在3个以上位置进行量测以确定拆除导管长度。

⑧在浇筑完成后浇筑顶部存在一层浮浆层，因此在实际浇筑时混凝土顶面需要比设计标超浇0.5m以上。

⑨在浇筑混凝土时，应采取措施防止钢筋笼上浮。

⑩浇筑程序为：搭设混凝土浇筑井架─配置导管（长度和间距）─设置导管架─铺设孔口盖板─下设导管─安放储料斗─放置球胆─浇筑混凝土─拔除导管。