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地下连续墙设计与施工

338 2021-08-25 13:42:23

一、概述

本节介绍地下连续墙的设计与施工。连续墙和板桩的结构实际上无严格区别。为便于叙述,将凡是打入土中作截水挡土,刚度相对较小的地下板式结构称为板桩,将凡是先成孔或成槽后现浇筑或插入预制板等形成的截水挡土、刚度相对较大的连续壁称为地下连续墙。地下连续墙也被称为连续壁、泥浆墙 等。在我国,常简称之为地下墙。

1,地下墙形式

根据施工工艺的差异,可把地下墙分为排桩式、槽段式和预制拼装式三种形式;根据制作材料的不同,也可分为钢筋混凝土的、混凝的、钢的、水的、粘土的、水泥土的和其他一些材料的。下面着重介绍钢筋混凝-土的地下墙,也介绍些用其他材料制成的地下墙。

排桩式地下连续墙,是用钻机钻孔后将钢筋笼吊入孔内,以导管浇注水下混凝土,一个桩接一个桩形成。当然也可以钻孔后插入预制桩或钻小孔后旋喷水泥浆等形成排浆式地下墙。

槽段式地下水泥连续墙,是在地下挖一段深槽,在搏内吊放入钢筋笼和在与下槽段连接处放入接头管(或接头板),浇灌水下混凝土,然后拔出接头管。以同样方法施工下一槽段。在下一槽段钢筋笼放入之前,除了清孔外,还要用特制的钢丝刷刷去.与上槽段连接处的泥皮等。就这样一段接一段地施工T,形成一道连续的地下墙。

预制拼装式地下墙,是在地下挖深槽后,放入预制的钢筋混凝土板或其他板,随后在深糟内的泥浆中加入固化剂,使之固化形成地下连续墙的一部分。

2。地下墙的发展状况

上述三种形式的地下连续墙施工,都需要采用泥浆护壁。泥浆护壁最早是石油钻并中采用,1950年在意大利米兰市,首先用于地下连续墙施工。自此以后,逐渐在全世 界获得广泛应用。 1970年又出现了预制拼装式地下连续墙,由于混凝土质量得到保证,有关于壁身减薄,施工速度加快。我国水电部门干1958年为始在山东省青岛月子口水库工程中采用这一技术修建防渗墙,接着煤矿系统包利用地下墙作防渗帷幕,随后又在全国很多省i的论多工程中采用了这项技术。开始时,我国水电。煤炭系统是采用的冲击式钻机成孔或成槽的。1976年交通部门开始采用以潜水电钻组合成的多头钻成槽机成槽; 随后上海市基 磁 公 司 仿日本 BW型成槽机研制成SF,-60型多头钻成槽机; 上海隧道公司班制成液压抓斗成槽机; 冶金部门综合了有关经验,又研制成了长导板多头组合器水钻成槽机等。由于施工机具的改进。,建一步的保证了工根质贰。 我压钢筋混凝七地下连续墙用作挡土和承重结核的应用,从1976年后发展较袂,已经在以下几方面得到了应用∶

(1)地下墙用作防渗墙。我国水利工程中毕期采用地下墙作防渗结构的有山东省月子口水库、北京密云;水库、湖北省明山水库等。之后又在几十个水坝中得到推广。其中规 模 最 大的是甘肃省碧口水电站的粘混凝土地下连续墙,该墙 瑙 厚1.8米。量大深度37.8米,最大槽段长19.3米。

我区采用地下塘作防渗帷幕,用以隔断流砂 和 水 源 等。如 1978年吉林省辽源矿务局,在梅河矿区五号主斜井工程中,成功地采用了冲击钻成槽施工技术。

最近建成的深圳水库主坝的防渗墙,全长650米,墙 深 28~ 32米,墙厚0.6来,底部穿过沙项石层,嵌入基岩,是以多 头钻成槽机施工为主完成的。

( 2)用于抗震防滑支承结构。如天津塘祜新河船厂5000吨级的主滑道工程,在1976年7 月唐山大地震时受到严重损坏, 在余震未消时,就是采用钢筋 混 凝 土 地 下 墙修复的(见图1.3.106)。

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(3)用于港口水工构筑物中。在港口码头和升船机等工程中,将地下连续墙作为挡土与承重结构。例如在某船厂升船机岸壁工程中,设计成并船机顺岸布置,岸壁挡土高13米,相当于一座25000间级码头,升船吊点32个,每吊点的设计荷载为200吨。当地地形狭窄,土质属于泥质流塑状粘土,施工时还不能影响附近滑道的生产。经过多方案比较,采用了格型地下连续墙基础加箱型板梁的半重力式结构(见图1.3,107),前排地下墙墙厚0.8米、深25米,每隔7,5采的吊点处,设"T步 型加肋墙; 每隔15米设一道抗剪墙,其槽段接头采用刚性连接。 要求每 米 承受980子生左右的拉力与剪力;后排地下墙采用间断 式布 置,以节 省 投资。后墙与剪力墙厚度均为0,6来,设计的深度不一。前 后墙相距15米,通过抗剪墙与刚性箱形顶部承台连成一整体结构。施工时,前排"T"型槽段距江边最近处只有1米左右,最大单元槽段7.5米。

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( 4)地下墙用于旧厂改造中的深基坑开挖。在旧城市和旧企业技术的改造中, 常需要保证新开挖基坑附近的旧有建筑物和构筑物的安全和正常生产等。如江南造船厂船体车间12米三芯辊床设备基础,承载的设备重400吨,而长24米、宽8.1米、深7.3米的设备基础距厂房柱基边缘仅2.3米,该桩基负荷270余吨。在地基属渗透性小的粘土层的情况下,采用了深12~14米、厚0.6 来的地下墙作基坑围护结构进行开挖,然后将设备基础与地下连续墙连成整体,壤顶设有大刚度封闭式的钢筋混凝-水平框架。墙后无锚杆,基玩开挖肘仅用两根钢顶梁作临时支撑(见图1.3.108),该工程施工十分顺利,柱基未发生变形。

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(5)密集建筑群中的深井施工。如果拟建的深井构筑物在纪有构筑物附近或新建区,又要同时施工名个构筑物群体时。则采用常规降低地下水的施工方法是难以确保安全施工的(降低地下水就会引起地面下沉,例如天津一般地下水每降低 1米地面就会下沉1厘米左右)。但用地下连续墙便可保证已有厂房的安全生产和新建构筑互不影响。例如,在关津铋钢厂小方坯连铸工程中的圆形旋流沉淀池和方形池环水加压泵站的两个深井工程中,都采用了0.6米厚地下墙与0.2至0.3米厚的内衬构成的复合结构。圆井的使用内径6米,由I7边形地下墙构成,地下下墙深18,5米,开 挖深度15.5米; 方井的地下墙深15.4米,开挖深11米。这两井的净距仅2.5米。距户,建的30米跨钢坏症厂一房的柱基仅8.3米(见图1.3.109),距同肘施工的中心泵房过滤车间的柱基最近处也仅4.65米。这两井的地下墙都是采用长导板多头组合潜水钻机成槽的,采用悬吊平台内滑模施工的内衬。

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再例如,太原钢铁公司第三炼钢厂立式连铸机铸坑和天津轧钢一厂的地下通道工作井工程等,也都采用地下连续墙复合结构,施E中均没影响已有厂房内的生产和施工。

(6)作顶管施工的工作井和接收井(见图1.3.110)。顶管施工的工作井,除了承担水、土压力外,还需素受巨大的水平顶

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推力。过去,一般采用沉井作顶管工作井,但这种施工方法不但造价较高,而且工期较长。镇海涌江过江隧道的顶管工程,就成功地采用了地下墙来建造工作井和接收井。该工程的工作井位于涌江北岸大堤内,开挖深度20.2米,需承受19613.4牛(2000吨)水平顶推力,采用28边正多边形,每边长2 来(即多头钻一次成槽宽度),地下播厚为0,6米,全深26来,多数槽段为3边6米长的折线形结构,异形钢筋笼长23来,分两节吊放入槽。接收井是为了取出顶管工具头并为接通管道而建造的。该接收井由14边形地下墙组成,井上部7米为干施工开挖,下部土方则为水下开挖,在工具头水下割除后,采用沉放钢箱的方法与顶管隧道接通,钢箱与井壁之间用水下混凝土填实,然后抽干井内积水,干施工钢箱顶部为钢筋混凝上底板。

(7) 用于地铁及地下通道开挖的挡土截水结构。如上海隧道工程公司在地铁试验工程中,用导板式液压抓头挖槽机挖平面尺寸为28,8× 20.6米的矩形井的挡土壁,该井用于盾构的检修与始发井。建成后作为地铁车站的一部分,其开挖深度13,4米、局部达14米,墙厚0.6米、墙深21.5米,槽段宽6米。

开挖前,先在井项浇筑钢筋混凝土圈梁作支撑。 然后边挖边设多层钢支撑。在基坑底面铺设盲沟和垫层后施工钢筋混凝土底板。井壁内村分三次浇注,最后浇筑顶板等结构完成整体工程。

再如天津轧钢一厂穿过城市干线黑牛城道的地下通道施工,由于交通不能中断,地下管线又多,且施工时管线不 得中 断 使用。根据这些具体情况,采取了混合式地下连续墙,即 无 管道处、无高压线(因高压线高度不够)处采用钢筋混凝土地下连续墙,在管道和高压线处采用三重管旋喷桩将钢筋混凝土地下墙连接起来, 形成由两种不同材料组成的地下连续墙体。墙体顶部作圈梁,架设临时通道的梁和板,就这样使整个通道的地下墙封闭后开始挖土,挖至坑底浇注混凝土垫底立通道箱涵内模,浇注钢筋混凝土地下通道———方涵。待方涵混凝土达到一定强度后填土恢复路面。本通道地下墙设计墙深12米,墙厚0.45米,开挖深度 7米(见图1.3.111)。

(8)作房屋建筑地下室及基坑支护结构。地下连续墙用于高层建筑的基坑支护结构,在国内始于广州白天鹅宾 馆 大 楼工程,接着是上海电讯大楼工程。上海特种基础工程科研所科研楼的地下室工程,则进一步采用地下连续墙,即充当基 坑 临 时 支护,又作为永久性主体工程的一部分。该地下 室长39,85米,宽13.8米,地下墙厚0.6米,深13,5~15.5米;开挖深度为6米,局部10米。该楼房地上五层用钢管混凝土立柱与钢筋混凝土预制梁、板组成的框架结构;地下室由人防地下室及地下停车库两层组成,地下墙作为基础与地下室的 主 体 结 构 墙 体(见图1.3. 112)。

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这项工程采用了目前国际上高层建筑中常用的"逆作法"施工,即当地下墙施工完成后,一方面进行基坑地下室的施工,另一方面进行上部1~3层楼层结构的吊装。当基坑底板施工结束后,再进行 4、5 层楼层的吊装、地下管线安装和全面装 修 等工作。这是一种地下基础工程与地上楼层同时交叉的作业,改变了传统的先施工基碰后施工上部结构的习惯作法, 从而缩短施工周期,提前发挥投资效益。

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3。技术经济分析

由于地下连续墙有一些独特的优点,在世界,上 得 到广泛 应用。当然它也和其他结构形式一样,存在一些间题,人们正在不断改进,充分利用其优点,克服其缺点。下面 列表1.3.48进行说明。

目前,国际上对地下墙的评价不一。如在苏联,认为采用地下墙代替沉井可节省建设费用24~50%;在匈牙利,认为采用地下墙代替钢板桩可节省建设费用30~40%; 而在日本,则认为地下墙比其它挡土墙造价高; 在我国,通过一些工程实践认为采用地下墙比大开挖可节省投资25~45%。如浙江镇海炼油厂涌江过江隧道的顶管工程工作井,原设计为沉井,改用地下墙后其决算造价比沉井设计概算带省28%; 又如天津钢厂小方坯连铸工程的旋流沉淀地区与浊环水加压泵站,原设计也是沉井,后都改用地下攒复合结构后也节省投资32%。

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我国地下墙的施工价格也不统一。如上海基础公司对地下墙的试行性取费标准见表1.3.40,按其假定条件折算每立方混凝土综合单价(直接 费)为274.887元3 上海港务局船厂升船机港池工程,根据工程决算,地下浇注连续墙造价 约 为360元/米3; 冶金部第十八治金建设公司在天津钢厂施工的地下墙复合结构,折算每立方米造价287元(直接费);湛江港三区磷矿码头翻车机,房地 下墙造价 为610.2元/米3,财务 成本 分 析为∶人工费 占 13,52%,材料费占44,39%,机械使用费占17.56%,其 他 直接费占5.02%,管理费占19%等。

这些价格的差异,主要是由于目前尚无有关定额,各设备的水平和利用效率存在较大差异引起的。如上操基础公司一般40人左右的现场施工队人伍,使用一套地下墙施工设备,在正常施工条件下,多头钻施工速度为每年8000米²。国外某些工程每 套 多头钻成墙平均每年产约18000米²。第十八冶金建设公司在天津钢厂广采用长导板多头组潜水钻施工的两深井懂况如表1.3.50所列。

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