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地下连续墙施工工艺工序超详细解说!

435 2021-04-13 14:27:44

地下连续墙是在泥浆护壁的条件下,用特殊的成槽设备开挖一定长度的沟槽,在槽内放置钢筋笼后灌注混凝土,筑成一段钢筋混凝土墙体,完成一个单元墙段的施工。相邻单元的墙体之间采用特制的接头连接,即形成一条连续的地下钢筋混凝土墙,用于支护结构时同时具备挡土和止水的功能。


在地下连续墙的工程应用中,常将支护结构和主体结构相结合设计,即采取一定的结构构造措施后,在施工阶段以地下连续墙作为支护结构,而在正常使用阶段地下连续墙又作为地下结构的外墙,称为"两墙合一"。该方法能够降低工程总造价,具有良好的经济效益,配合逆作法施工时更可以缩短工期。


地下连续墙除在岩溶地区和承压水头很高的砂砾层中难以施工外,在其他各种土质中均可应用。其具有许多显著优点∶施工时噪声低、振动小;墙体刚度大、整体性好,基坑开挖时变形小,对周围环境影响较小;抗渗性能好,采用基坑内降水时对坑外的影响较小。但是地下连续墙也存在一定局限性,如需对弃土和废泥浆进行处理、粉砂地层易发生槽壁坍塌及渗漏、墙面较粗糙、造价相对较高、需要专用的施工机械和专业施工人员等。


由于受施工机械的限制,地下连续墙的厚度有固定的模数,不能灵活调整,其造价通常也高于其他支护结构,只有在某些特殊情况下才能显示其经济性和技术优势,因此地下连续墙的选用必须经过认真的技术经济比较。一般对于开挖深度大于 10m 的深基坑或超深基坑,周边环境保护要求较高、对基坑本身的变形和防水要求较高的工程,或采用"两墙合一"、逆作法的工程,可采用地下连续墙作围护结构。


施工工艺

地下连续墙的施工流程如图 4-23 所示。其中主要工序有导墙施工、成槽施工、泥浆制备与处理、钢筋笼加工和吊放、施工接头、混凝土浇筑等。


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1.导墙施工

地下连续墙成槽前应构筑导墙。导墙的作用有;作为测量基准、成槽导向;存储泥浆、稳定液位,维护槽壁稳定;稳定槽口土体,防止其坍塌;作为成槽机械、钢筋笼搁置、导管架等施工荷载的支承平台。导墙多采用现浇钢筋混凝土结构,也有钢制或预制钢筋混凝土的装配式结构,但预制式的导墙较难做到底部与土体结合良好,对防止泥浆流失不利。


常见导墙断面形式如图 4-24 所示,可根据土质条件和荷载情况等选用。其中(a)、(b)适用于土质好、荷载小的情况;(c)、(d)应用较多,一般适用于杂填土、软黏土等土层;(e)适用于导墙上有较大荷载的情况,其伸出部分的长度可根据荷载计算确定;(f)用于对有邻近建筑物的一侧加强保护;(g)适用于地下水位较高,为维持槽壁稳定需抬高泥浆液面的情况。


现浇式导墙的施工流程为∶平整场地→测量定位→挖槽→绑扎钢筋一支模板→浇筑混凝土→拆模及设置横撑。导墙顶应高于地面 100m 左右,以防止地表水流入槽内。拆模须在混凝土强度达到70%后方可进行,拆模后应立即设置横向支撑,防止导墙变位,直至成槽时才可拆除支撑。


当表层土质较好,在导墙挖槽施工期间外侧土壁能保持垂直自立时,即以土壁代替外侧模板,避免拆模后回填土。当导墙外侧需使用模板时,拆模后应以黏土分层回填密实,防止地表水渗入,或泥浆掏刷土体引起槽壁坍塌。


2.成槽方法

常用的成槽机械主要分为抓斗式、冲击式和回转式三大类,相应的成槽工法也主要有抓斗式成槽工法、冲击式钻进成槽工法和回转式钻进成槽工法。


抓斗式成槽机是目前国内应用最广的成槽机械,广泛适用于N<40 的黏性土、砂性土及砾(卵)石土等,除大块的块(漂)石和基岩外,一般的地层中均可使用。工作时抓斗以斗齿切削土体并将其收纳在斗体内,从槽内提出后开斗卸土,如此循环往复挖土成槽。具有低噪声、低振动,抓斗挖槽能力强,施工高效,成槽精度高等优点,但是受掘进深度或硬质土层的限制时,会降低成槽工效,需配合其他成槽方法使用。


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冲击式成槽工法施工机械简单、操作简便、成本低,但成槽效率低、成槽质量差,已不再作为主要的成槽方法。其在各种土层、砂层、砾(卵)石、块(漂)石、软岩、硬岩中都可使用,尤其在深厚漂石、孤石等复杂地质下施工时成本要远低于其他方式。国内冲击式钻进成槽工法主要有冲击钻讲式和冲击反循环式。冲击钻进法是采用冲击钻机破碎岩石,然后用带活动底的收渣筒将钻渣取出而成孔。冲击反循环式是以冲击反循环机替代冲击钻机,在空心套筒式钻头中心设置排渣管或用反循环砂石泵抽吸含钻渣的泥浆,泥浆经净化后循环使用,其工效大大高于冲击钻进法。


回转式成槽机根据回转轴的方向分为垂直回转式与水平回转式。垂直回转式包括垂直单轴回转钻机和垂直多轴回转钻机,单轴钻机主要用于钻导孔,多轴钻机用于成槽。垂直多轴回转钻机成槽时通过多个钻头旋转,等钻速对称切削十体。用泵吸反循环的方式排出钻渣。适用于N<30 的黏性土、砂性土等不太坚硬的细颗粒土层。其具有无振动、无噪声,可连续进行挖槽和排渣,不需反复提钻,施工效率高,施工质量较好等优点,但在砾(卵)石层中或遇到障碍物时适应性不佳。垂直多轴回转钻机近年来正逐渐被抓斗式及水平回转式所替代。


水平多轴回转钻机即铣槽机,是目前国内外最先进的地下连续墙成槽机械,工作原理如图 4-25所示。铣槽机对地层的适应性强,淤泥、砂、砾(卵) 石、中等硬度的岩石中均可使用,配上特制的滚轮铣刀还可钻进抗压强度 200MPa左右的坚硬岩石。其优点包括;低噪声、低振动;施工效率高,尤其在硬质地层中优势显著;成槽精度高;成槽深度大;设备自动化程度高,运转灵活。操作方便; 可直接切割混凝十形成铣接头等。但不适用干存在孤石或较大卵石的地层,需配合采用冲击钻进法或爆破,对地层中掉落或存在的铁器、钢筋等也比较敏感。同时由于设备价格昂贵、维护成本高,国内尚未广泛应用。

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在复杂地层中施工时,还可根据相应的地质条件采用多种成槽工法的组合。


3.泥浆护壁


泥浆是成槽过程中维持槽壁稳定的关键,同时起到护壁、携渣、冷却机具和切土润滑的作用。目前工程中大量使用的主要是膨润土泥浆,泥浆的配合比需根据不同地区、不同地质水文条件和不同施工设备对泥浆的要求确定。


成槽时应严格控制泥浆液位高于地下水位 0.5m 以上,且不低于导墙顶面以下0.3m,如液位下降后及时补浆,以防槽壁坍塌。在泥浆容易渗漏的十层施工时。应适当提高泥浆黏度并增加储备量,准备锯末、稻草末等堵漏材料,以便发生泥浆渗漏时及时补浆和堵漏。


施工过程中应定期对泥浆的质量控制指标进行检测,并及时进行调整。在遇到较厚的粉砂、细砂层时,可适当提高黏度指标。在地下水位较高,又不宜提高导墙顶标高的情况下,可适当提高泥浆的相对密度,但不宜超过1.25。当仅调整膨润土的用量不能满足要求时,可掺加重晶石粉等掺合物。


为减少泥浆损耗,在导墙施工中如遇到废弃管道要堵塞牢固,如遇到土层空隙大、渗透性强的地段应加深导墙。为防止泥浆被污染,挖槽完毕应仔细清理槽底土渣以减少劣质泥浆的数量,禁止在导墙沟内冲洗设备,灌注混凝土时导墙顶加盖板以防止混凝土落入槽内,不得无故提拉灌注混凝土的导管,并注意经常检查导管的水密性。


4.钢筋笼加工和吊放

钢筋笼的加工应根据地下连续墙墙体配筋图和单元槽段的划分进行,最好按单元槽段做成一个整体。如果地下连续墙深度很大或受到起重设备能力的限制,也可先分段制作,吊放时再逐段连接,接头宜采用绑条焊接。


制作钢筋笼时要确定浇筑混凝土时导管的位置。由于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。纵向钢筋底端应稍向内弯折,以免吊放钢筋笼时擦伤槽壁,但向内弯折的程度亦不应影响混凝土导管的插入。加工钢筋笼时应根据其重量、尺寸、起吊方式和吊点布置,设置一定数量的纵向桁架,如图4-26 所示。为增强整体刚度,还可设置横向桁架。


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钢筋笼的起吊、运输和吊放应有周密的施工方案,避免在此过程中产生不可恢复的变形。起吊应采用横吊梁或吊架,吊点布置和起吊方式要注意防止起吊时引起钢筋笼发生过大的变形。起吊时钢筋笼下端不得在地面上拖动以防钢筋变形,为防止钢筋笼起吊后在空中摆动,应在下端拽引绳以人力操纵。


将钢筋笼插入槽内时,要使其对准单元槽段的中心,吊点中心也应对准槽段中心,必须注意不要因起重臂摆动或其他因素影响使钢筋笼发生横向摆动,引起槽壁坍塌。钢筋笼插入槽内后,检查其顶端标高是否符合设计要求,然后将其搁置在导墙上。当钢筋笼是分段制作需要接长时,将下段钢筋笼垂直悬挂在导墙上,将上段钢筋笼垂直吊起与之形成直线连接。如果钢筋笼不能顺利插入槽内,应将其吊出,查明原因并解决后重新吊放,不能强行插放,以免引起钢筋笼变形或槽壁坍塌。


5. 施工接头

施工接头应满足受力和防渗的要求,并要求施工简便、质量可靠,对下一单元槽段的成槽不会造成困难。常用的接头形式有锁口管接头、十字钢板接头、工字钢接头、"V"形接头、铣接头、接头箱接头等。


锁口管又称接头管,大多为圆形,该类接头具有构造简单;施工方便,工艺成熟;刷壁方便,易清除先期槽段侧壁泥浆;后期槽段吊放钢筋笼方便;造价较低等优点,是目前使用最广泛的接头方法。其缺点是属柔性接头,接头刚度差,整体性差;抗剪能力差,受力后易变形; 接头为光滑圆弧面,无折点,易发生渗水;接头管的拔除与土体混凝土浇筑配合需十分默契,否则极易产生"埋管" 或"塌槽" 事故。锁口管接头的施工过程可跳格施工,如图4-27所示; 也可逐段施工,如图4-28 所示。


十字钢板接头、工字钢接头和"V"形接头是目前大型地下连续墙施工中常用的三种接头。能有效地传递水。十压力和竖向力。整体性好。特别是当地下连续墙作为永久结构的—部分时。在受力和防渗方面安全性较高。该类接头钢板不需拔出。吊装比锁 口管方便,也不会发生"埋管"等问题。


十字钢板接头是由十字钢板和滑板式接头箱组成,如图 4-29 所示。其优点是接头处设置了穿孔,钢板。加长了渗水路径。防渗性能和抗剪性能都较好, 当对地下连续墙的整体刚度或防渗有特殊要求时可采用。其缺点是工序多,施工复杂;刷壁和清除墙段侧壁泥浆较困难;抗弯性能不理想;钢板用量较多,造价较高。


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工字钢接头是一种隔板式接头,因工字钢接头的翼缘与钢筋骨架相焊接,增强了钢筋笼的强度和墙身刚度、整体性,接头处的泥壁容易清除,有利于保证接头质量。但这种接头在防混凝土绕流方面易出现问题,造成接头渗漏,因此在施工中应对接头处填充密实,尽量避免发生偏孔。


"V"形接头也是一种隔板式接头,如图 4-30 所示,因施工简便,多用于超深地下连续墙。为避免混凝土绕流,可将接头两侧及底部型钢适当加长,并包裹土工布或铁皮,使其在混凝土浇筑时与槽壁及槽底密贴。其优点有; 设有隔板和罩布,能防止已施工槽段的混凝土外溢;工序较少,施工较方便;刷壁清浆方便,易保证接头质量。其缺点是刚度较差,受力后易变形,造成接头渗漏;罩布施工较困难且易破损。


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铣接头即利用铣槽机可直接切削硬岩的能力,直接切削已完成槽段的混凝土,在不采用锁口管、接头箱等配套设备的情况下形成止水良好、致密的接头。该方法可节省接头钢板等材料费用,同时减轻钢筋笼重量,降低施工成本且便于施工;因不采用锁口管等设备,无须预挖区,也没有混凝土绕流问题,有利于保证施工安全和接头质量;不需要清除接头侧壁泥浆,铣掉先期槽段部分混凝土后露出新鲜粗糙的混凝土面,形成水密性良好的接头。


接头箱接头的施工方法与锁口管接头相似。只是以接头箱代替锁口管,其构造如图 4. 31 所示。由于其相邻单元槽段的水平钢筋交错搭接,因此整体性好,刚度大,受力后变形小,防渗效果好。但这种接头构造复杂,施工工序多。施工麻烦;伸出的接头钢筋易碰弯,且给刷壁清浆和吊放后期槽段的钢筋笼带来一定的困难。


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6.混凝土浇筑

为便于混凝土灌注时向料斗供料和装卸导管,我国多用混凝土浇筑机进行地下连续墙的混凝土浇筑,机架跨在导墙上沿轨道行驶。导管在首次使用前应进行气密性试验,保证密封性能。混凝土浇筑开始时,导管应距槽底 0.5m。浇筑过程中,导管口应始终埋入混凝土 1.5m 以上,但也不宜超过9m,否则会使混凝土在导管内流动不畅,甚至产生钢筋笼上浮。浇筑过程中导管不能做横向运动,防止将沉渣和泥浆混入混凝土内。


导管的数量与单元槽段的长度有关。如在一个单元槽段内使用两根或两根以上导管同时进行浇筑,应使各导管处的混凝土面大致处在同一标高上,混凝土面高差过大则易卷入泥浆。导管的间距取决于导管直径,一般为3~4m,单元槽段端部易渗水,导管距端部不得超过 2m。量测混凝土面的高程时,可采用测锤或热敏电阻温度测定装置,应量测三个点取其平均值。


混凝土浇筑应连续进行,不能长时间中断,以保证墙身混凝土的均匀性。混凝土浇筑高度应超过设计标高 300~500mm,以保证在凿除浮浆后,设计标高以下的混凝土强度满足设计要求。