7、地下连续墙

第四节地下连续墙地下连续墙介绍地下连续墙开挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工，20世50~60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术。由于目前挖槽机械发展很快，与之相适应的挖槽工法层出不穷；有不少新的工法已经不再使用膨润土泥浆；墙体材料已经由过去以混凝土为主而向多样化发展；不再单纯用于防渗或挡土支护，越来越多地作为建筑物的基础，所以很难给地下连续墙一个确切的定义。地下连续墙定义：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。地下连续墙的分类：（1）按成墙方式可分为：①桩排式；②槽板式；③组合式。（2）按墙的用途可分为：①防渗墙；②临时挡土墙；③永久挡土（承重）墙；④作为基础用的地下连续墙。（3）按墙体材料可分为：①钢筋混凝土墙；②塑性混凝土墙；③固化灰浆墙；④自硬泥浆墙；⑤预制墙；⑥泥浆槽墙（回填砾石、粘土和水泥三合土）；⑦后张预应力地下连续墙；⑧钢制地下连续墙。（4）按开挖情况可分为：①地下连续墙（开挖）；②地下防渗墙（不开挖）。适用范围：地下连续墙施工震动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基无扰动，可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙代替桩基础、沉井基础或沉箱基础。对土壤的适应范围很广，在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。优点：地下连续墙之所以能得到如此广泛的应用和其具有的优点是分不开的，地下连续墙具有以下一些优点：1.施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工。2.墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构。3.防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。4.可以贴近施工。由于具有上述几项优点，使我们可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙。5.可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋设件，很适合于逆做法施工。6.适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层，各种软岩和硬岩等所有的地基都可以建造地下连续墙。7.可用作刚性基础。目前地下连续墙不再单纯作为防渗防水、深基坑维护墙，而且越来越多地用地下连续墙代替桩基础、沉井或沉箱基础，承受更大荷载。8.用地下连续墙作为土坝、尾矿坝和水闸等水工建筑物的垂直防渗结构，是非常安全和经济的。9.占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。10.工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。缺点：1.在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大。2.如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题。3.地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些。4.在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。地下连续墙施工工艺施工主要工艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、制作钢筋笼、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。（一）导墙导墙通常为就地灌注的钢筋混凝土结构。主要作用是：保证地下连续墙设计的几何尺寸和形状；容蓄部分泥浆，保证成槽施工时液面稳定；承受挖槽机械的荷载，保护槽口土壁不破坏，并作为安装钢筋骨架的基准。导墙放线导墙深度一般为1.2～1.5米。墙顶高出地面10～15厘米,以防地表水流入而影响泥浆质量。1、导墙开挖2、导墙钢筋绑扎2、导墙支设模板3、导墙混凝土浇筑导墙采用小钢模浇筑混凝土导墙对撑临时支撑加固导墙回填土4、导墙浇筑完毕要注意养护，中间要架设木支撑或者砖支撑泥浆的作用，最主要的就是护壁，通过形成泥皮而防止土体坍落；还有就是平衡侧土压力等泥浆配置（二）泥浆护壁泥浆工艺流程图净化泥浆劣化泥浆新鲜泥浆配制新鲜泥浆贮存再生泥浆贮存振动筛分离泥浆施工槽段沉淀池分离泥浆旋流器分离泥浆粗筛分离泥浆劣化泥浆废弃处理加料拌制再生泥浆净化泥浆性能测试回收槽内泥浆泥浆池泥浆分离膨润土分散剂：纯碱（Na2CO3）超泥浆目前国内最为先进的泥浆。国内多采用膨润土（亦即皂土，Bentontie）泥浆，随着科技材料的发展，国外与香港、台湾都已逐渐转换为高分子聚合物材料——聚丙烯醯胺（Polyacrylamide）超泥浆稳定液。这种液体是一种高浓缩性白色乳液，与水拌合后即产生膨胀作用，以提高水的粘滞度，在钻掘壁面形成一层富有韧性的胶质薄膜，防止钻掘平面之崩塌，达到稳定孔洞与沟槽之目的。这种超泥浆易于拌合，无粉尘污染，不需泥浆搅拌池、沉淀池，能促使悬浮泥沙产生凝絮，加速沉淀，并可多次循环使用。它突出的优点是无毒性、无污染，不影响环境生态。完工时的废液处理，仅需按水量1/750～1/500比例添加硫酸铝（明矾），充分搅拌后，水中酸碱值中和至6.0.～8.0之间，超泥浆之高分子链即断解、卷曲失效，稍置后即可排于下水道。泥浆测试泥浆工艺泥浆制备工厂泥浆运输管道泥浆池（三）成槽开挖成槽机（抓斗式）地下连续墙液压抓斗施工示意图1-投入膨胀土2-搅拌筒3-疏流器4-震动筛5-排砂流槽6-回收泥浆池7-再生泥浆8-液压抓斗9-护壁泥浆液位10-钢筋笼专用吊具11-浇筑混凝土12-钢筋笼搁置吊点13-混凝土导管14-接头管15-专用顶拔设备成槽开挖1.槽段划分槽段划分就是确定单元槽段的长度。槽段划分时采用设计图纸的划分方式。但在各转角处需向外延伸，以满足槽段断面尺寸及钻孔入岩需要。2.槽段开挖地下连续墙应遵循“先转角槽段、后标准槽段”的顺序安排槽段开挖施工。如下图连续墙分期施工底部硬岩冲击成孔示意图成槽机冲孔桩机双轮铣成槽机地下连续墙液压成槽机成槽开挖地下连续墙成槽地连墙成槽下锁口管（四）制作钢筋钢筋笼子制作钢筋笼起吊钢筋笼入槽锁口管吊放两边的是锁口管（五）水下浇筑混凝土中间为浇筑设备两边是锁口管混凝土浇筑（六）接头施工地下连续墙各槽段的接头采用凹凸型接头形式，对于地下墙施工，接头部位施工是一个关键工序。地下墙接头箱锁口管起拔连续墙接头传统施工工艺分析地下连续墙是由间隔或连续浇注的钢筋混凝土墙段组成,通常两墙间的连接件是事先准备的各种形式端头模板,目前国内所使用的连续墙接头形式以工字钢、接头管为主,最简单的是接头管。接头管安置在墙段的末端,在墙段混凝土达到一定强度后象滑模一样拨出,在墙端产生一个凹面,相邻墙段紧靠此凹面挖槽和浇注混凝土。接头管应用广泛,但不能完全保证地下连续墙接头紧密连接,因为先浇墙段不能为后浇墙段从顶到底提供明确的导向,在槽段浇注混凝土时,需边浇注本段混凝土边拨管,在施工中拨管的时间难以较好掌握,拨管时间较早则易损坏已浇槽段接口,拨管时间较晚则会由于混凝土与接头管粘紧而拨不出管。采用接头管工艺不允许附设止水装置如止水板等,因为这些装置在接头管拨出时将被破坏,因此,接头管的止水效果较差。为了保证基坑开挖时无水作业,使地下连续墙具有较好的防漏水效果,以利于基坑开挖和主体结构的施工,在长期工程实践中采用了现场焊接工字形钢板接头工艺。如图所示。工字钢接头具有施工工艺简单,施工速度快,可现场制作,结构强度与刚度好,接头的渗水路径较长等特点,从而具有一定的止水效果,得到了广泛应用。采用工字钢接头工艺时,在地下连续墙(槽段)成槽后,放入“工字钢接头”,由于工字钢的高度要比连续墙槽段的宽度要小,在成槽时泥浆会通过工字钢与连续墙槽段内壁之间的空隙流到另一侧去(见图2-a),使工字钢的背面存有泥浆(见图2-b),一段时间后,泥浆或混凝土会凝固并附在工字钢的背面形成一层泥膜,如果不能很好地冲刷干净,当相邻槽段浇注混凝土时,会使得后浇段混凝土与工字钢之间的接触面粘结不够牢固(见图2-c),并形成渗水通道,从而导致连续墙接头漏水。在软弱砂层和透水性强的土层中施工地下连续墙时,由于连续墙成槽宽度会比设计宽度大,更容易造成渗流现象,很难保证连续墙的止水效果。接头形式工字钢接头锁扣管形式工字钢接头施工工艺示意图为了防止泥浆或混凝土绕过工字钢两侧渗流到工字钢背后,常用的处理方法是在工字钢背后填砂包,填满半圆形空隙以阻止混凝土入侵(如图1),但在充满泥浆的狭窄空隙中填砂包是很难密实的,混凝土仍会绕过工字钢渗到其背后的空隙中,形成一条混凝土“桩”,在下一个槽段成槽时首先要冲除该“桩”,由于该“桩”一侧紧贴工字钢,另一侧靠土层,造成一边硬一边软,即使在混凝土浇注前对工字钢的表面进行冲刷,也很难冲刷掉。由于冲刷工序繁琐而且耗时较长,严重影响了施工进度、大大增加了施工的成本,影响了接头质量。新型钢筋混凝土接头的开发根据有关防水理论,结合对“工字钢接头”众多渗漏水实例的分析,设计开发出一种“钢筋混凝土接头”。该接头最大的优点是能够较好的防止泥浆渗流粘附在接头背面,保证接头与后浇段连续墙混凝土密实连接,在接头部位增加了钢板止水带后,进一步延长了渗水路径,从而达到较好的防水效果。钢筋混凝土接头的具体形式见图。钢筋混凝土接头构造示意图(1)钢筋混凝土接头的设计尺寸与连续墙的槽宽相同,能有效的阻止泥浆的渗流,而且成槽后该接头构件直接埋在连续墙里,不再回收利用,减少了拔出工序,接头中的钢筋可与连续墙的配筋相同,不影响围护结构本身的抗弯强度等受力条件。(2)在连续墙与接头的交界处,增加1道钢板止水带,可延长渗水路径,以达到较好的防水效果。(3)预先在靠钢板止水带一侧装上1个保护器(见图4),然后再将混凝土接头放入槽内,待相邻槽段成槽后再把保护器取出(保护器可多次重复使用)。这不仅可以保护止水带,还可以免除对接触面的冲刷。即使有渗流的混凝土也是在保护器的背面,从而保证了接头与后浇段连续墙混凝土的密实连接,以避免产生漏水情况。钢筋混凝土接头特点接头保护器示意(4)钢筋混凝土接头为预制件,它的生产并不影响工程的整体进度,相反,由于取消了对交界面的冲刷工作,该接头不用拔出回收,反而节省了大量的施工时间,为按时完成工程提供了有利的保障。(5)考虑到钢筋混凝土接头的质量较大,可根据工程需要设计成中空的,或增加接头混凝土的强度,以满足接头部位的结构受力即可。3钢筋混凝土接头施工工艺(1)钢筋混凝土连续墙接头和接头保护器通过预埋钢板和插销进行连接,吊入前把接头和保护器连接固定,成槽后把插销拔除后即可吊出接头保护器(见图)(2)由于连续墙接头和接头保护器的总质量较大(约重29～31t),因此,在起吊放入时,需要用80t和35t两台履带起重机(利用吊钢筋笼的器械)进行起吊,故设计时,该接头构件必须考虑起吊时的工况。(3)为了保养好接头板和重复使用时更容易起拔,在拔保护器时需要一边拔一边用水冲洗干净,拔出后还要涂上润滑油(黄油),以便下一个槽段重复使用,节约钢材。(4)由于接头保护器比较轻,起拔也比接头管容易,所以接头保护器只需用小吨位吊机起拔即可。接头箱拔升千斤顶拔接头箱对于连接幅或闭合幅，则必须用带钢丝刷头的专用刷壁器进行刷壁处理，直至刷壁器刷头上不沾泥为止，以确保地下墙抗渗和抗弯设计要求地下墙钢筋笼凹凸接头地下墙钢筋笼（带注浆管）墙底加固：在地下墙的每幅槽段中预留注浆孔，在地下墙砼强度达到100%后进行墙底注浆加固，以控制地下墙间的差异沉降。为控制保护层厚度，在钢筋笼主筋上，每隔4m设置一道定位器，沿钢筋笼水平方向每侧设两例。200吨履带吊地下墙钢筋笼双机抬吊履带吊移动钢筋笼安装最后一节注浆管钢筋笼下放水下混凝土浇筑采用导管法施工,在浇筑混凝土时导管应始终插入在混凝土中，其埋深必须大于2.0～4.0m，严禁混凝土导管拔空，以免发生混凝土质量事故。混凝土浇筑架地连墙浇筑混凝土浇筑1、泥浆护壁，槽段土方开挖2、泥浆护壁，槽段土方开挖3、钢筋笼焊接制作3、钢筋笼焊接制作4、槽段接头箱下放4、钢筋笼吊放5、钢筋笼吊放6、导管水下浇筑砼6、砼水下导管浇筑7、槽段接头箱顶拔上海中心大厦主楼围护地下连续墙施工，该大厦地下连续墙是主楼桩基围护工程的一部分，共由65面同