薄壁地下連續(xù)墻支護技術(shù)

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　　1 前言

　　鋼筋混凝土構(gòu)筑的地下連續(xù)墻，墻體剛度大，不但能承受作用于墻面上的側(cè)壓力，還具有擋水防滲能力，且變形小，可以作為主體結(jié)構(gòu)的地下室外墻或其一部分。地下墻施工的成槽機械主要有抓斗式和利用泥漿循環(huán)的掘削式設(shè)備，施工對周圍土體和鄰近建（構(gòu)）筑物影響小，對于基坑開挖工程量大，工期長，或利用地下墻作為主體地下室外墻的工程，具有較好的綜合經(jīng)濟效益。但對于一般基坑，由于施工技術(shù)復(fù)雜，造價較高，現(xiàn)有設(shè)備施工的地下墻墻體厚度較大（一般厚800mm左右），故混凝土用量較大。因而，在一定程度上限制了它的推廣應(yīng)用。

　　采用射水法建造的薄壁地下連續(xù)墻，成槽設(shè)備較簡單，它利用高壓射源破壞地層結(jié)構(gòu)，水土混合使泥砂溢出地面，并通過成型器（長方形350mm×1500mm）上下反復(fù)沖擊運動，其下刀具進一步破壞土層，修整槽壁，槽孔中泥漿護壁，形成規(guī)格尺寸的槽段，經(jīng)灌注水下混凝土建成單塊槽段，單塊槽段墻厚380mm，墻段寬1560mm左右，采用間隔跳打，當(dāng)施工兩槽段之間的槽板時，開啟側(cè)向射源，將鄰近兩槽板側(cè)向泥土沖刷干凈，這樣，使單塊槽板相互緊密銜接，形成一道完整的地下墻體，保持了傳統(tǒng)地下連續(xù)墻的優(yōu)點，減少砼用量，且這種地下墻單位體積綜合價與（沖）鉆孔灌注樁接近，從而大大降低了造價。

　　射水法建造地下連續(xù)墻適用于淤泥、粘性土、砂土、砂礫等土層。該法原用于土壩壩體防滲的防滲墻，近年來，該法應(yīng)用于基坑支護，取得良好的效果，特別在砂土等透水性好的地層中，因其自身良好的止水防滲功能，可節(jié)省止水或降水費用，有利于保護環(huán)境，社會經(jīng)濟效益顯著。

　　這種地下連續(xù)墻壁厚較小，故墻體在開挖深度上的跨度不宜過大，一般一層地下室要設(shè)一層支撐，但其整體好，矩形斷面有利于抵抗彎矩，在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其變形并不大，完全可以滿足支護要求。

　　2 薄壁地下連續(xù)墻的設(shè)計計算

　　地處福建漳州市鬧市區(qū)的某工程，高20層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室兩層，開挖深度8.5m（承臺深度9.5m），基坑占地面積45×37㎡，場地西、北約4.0—5.0m外均為居民住宅樓，高1—4層，淺基，磚混結(jié)構(gòu)，場地東側(cè)6m外為某銀行，高5層，天然地基，框架結(jié)構(gòu)，場地南側(cè)為街道，街道邊埋設(shè)有地下管線，環(huán)境條件對基坑開挖要求高。場地土層及主要物理力學(xué)性質(zhì)及其它有關(guān)設(shè)計計算指標見表1。

表1 場地土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標

　　支護結(jié)構(gòu)采用薄壁地下連續(xù)墻加設(shè)兩道鋼筋砼角撐，4根立柱，連續(xù)墻厚380mm、長度12.5m，槽段寬1560mm，共有106塊槽段，如圖1所示。這種支護型式在漳州地區(qū)屬首次應(yīng)用，設(shè)計計算如下：

圖1 薄壁地下連續(xù)墻支護設(shè)計圖

　　 2.1 土壓力計算采用朗肯公式計算土壓力，土的強度取固結(jié)快剪指標，被動側(cè)粘性土取快剪指標〔1〕。

　　2.2 墻體嵌入深度計算與穩(wěn)定性驗算場地頂部為雜填土、粉質(zhì)粘土，利用其可自立深度，將第一道支撐降低至地面以下1.7m，支撐以上基坑外的土重、鄰近建筑、施工荷載作為地面超載取P0=50Pa，則計算開挖深度為7.8m.根據(jù)靜力平衡法原理，計算連續(xù)墻嵌入深度〔1〕，第二層開挖力矩平衡所需的嵌入深度Ht=4.2m，設(shè)計嵌入深度Hd=1.1×Ht=4.7m，連續(xù)墻板塊長度12.5m.將上述方法確定的嵌入深度進行基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算〔1〕，可得安全系數(shù)Kr=2.17＞1.3，滿足要求；并進行整體穩(wěn)定性驗算〔2〕，安全系數(shù)Kt=1.59＞1.25，亦滿足要求。

　　2.3 地下連續(xù)墻內(nèi)力計算地下連續(xù)墻內(nèi)力取一個槽段計算，b=1560mm，h=380mm，保護層α=30mm，采用考慮支撐設(shè)置滯后面的m法〔3〕按四種工況計算：表2為各工況彎矩、剪力、支撐力、位移計算結(jié)果，取各工況彎矩包絡(luò)線計算配筋。

表2 薄壁地下連續(xù)墻計算結(jié)果

　　2.4 降水設(shè)計計算本工程場地有兩層承壓含水層，上部含水層被連續(xù)墻止水，可不予考慮，下部承壓水水位埋深1.4m，開挖后為防止坑底突涌，必須降低第二含水層的水頭壓力，滿足：

h＜ΣrI.hI/rw/1.2                                                    （1）

　　式中：h—含水層水頭高度；rI—坑底土重度；hI-坑底土厚度；rw—水重度。

　　將已知值代入上式，得h＜2.7m，即應(yīng)將第二層地下水位降低6.1m以上，取降至基坑底，S=8.1m.根據(jù)/大井公式計算基坑涌水量：

Q=2.73K.M.S/〔lg（1+R0/r0）〕                          （2）

　　式中：Q—基坑涌水量；K—含水層滲透系數(shù)；M—含水層厚度；S—水位降深；R—影響半徑，，R0=R+r0；r0—基坑等效半徑；r0=0.29（a+b），a、b基坑長、寬。

　　將有關(guān)參數(shù)代入式（2），得：Q=634.8m3/d，單井設(shè)計出水能力q=108m3/d，降水井井?dāng)?shù)n=1，1Q/q≈7（口井）。

　　2.5 基坑開挖監(jiān)測布置為了確保支護結(jié)構(gòu)和周邊安全，需進行監(jiān)測，在連續(xù)墻中共布6個測斜管（與連續(xù)墻深度相同），監(jiān)測不同深度連續(xù)墻水平位移；布一個墻身鋼筋應(yīng)力測試斷面，8只鋼筋應(yīng)力計；周邊建筑每幢布4—8個沉降觀測點監(jiān)測建筑變形。

　　本工程基坑支護原設(shè)計采用（沖）鉆孔灌注樁排樁加設(shè)一道圓拱形鋼筋混凝土內(nèi)支撐，圈梁與圓拱斷面均為1500×800，8根立柱，排樁樁徑900mm，樁長19.6m，樁中心距1240mm，樁后打兩排500mm、長14m粉噴樁止水，場地內(nèi)注漿加固被動土（從基坑底向下3m，樁向外寬4m）。

　　與原設(shè)計相比，薄壁地下連續(xù)墻一種工藝就可達到原設(shè)計排樁、粉噴樁、注漿三種工藝的效果，可節(jié)省造價約182.5萬元，新設(shè)計雖然采用兩層支撐，但支撐造價仍比原設(shè)計節(jié)省5.5萬元，兩種支護形式經(jīng)濟指標對比見表3。

表3 兩種支護設(shè)計經(jīng)濟指標對比

3 支護結(jié)構(gòu)施工與基坑開挖及基坑降水

　　3.1 地下連續(xù)墻施工：施工前，將場地標高降低1.4mm，夯實連續(xù)墻走向附近地面，水平安放軌道，使造墻機在同一電動軌道上行走，確保各槽段垂直度小于1/300，防止連續(xù)墻板塊之間接觸錯位，影響止水效果。

　　每個槽段成槽時間約2—3小時，鋼筋籠下籠，接頭焊接及混凝土水下灌注共3—4小時，每日可施工3—4個槽段，本工程連續(xù)墻施工共43天。

　　3.2 基坑開挖：采用機械自北向南退挖，分兩層進行，第一層開挖至深度5.1m（南側(cè)中段土預(yù)留，以便停放挖掘機），第二層開挖至深度8.3m，配合少量人工開挖。支撐系統(tǒng)施工與基坑開挖共55天，總計98天，比原設(shè)計工期提前38天。

　　3.3 基坑排水、降水：開挖第一層時，基坑內(nèi)只有少量集水，采用明排，開挖第二層時，場地勘察孔冒水，隨著開挖深度增大，基坑底部涌水量增大，于是在基坑內(nèi)打7個降水井抽水，抽取含泥礫粗砂含水層中的地下水，將場地水位下降至基坑底以下。

　　施工期間，漳州受臺風(fēng)襲擊，正在開挖的其它基坑都進水，唯獨本工程基坑未進水。

　　3.4 存在問題及解決或改進辦法：

　?。?）沒有專門的清渣設(shè)備，故沉渣厚度不能有效控制，本次施工采用加深造孔深度0.3—0.5m作為預(yù)留沉渣空間，同時采用隔水栓進行混凝土灌注，加大混凝土初灌的沖擊力，減少沉渣。

　?。?）由于連續(xù)墻較薄，灌注水下砼的導(dǎo)管口徑較小，稍有不慎，就可能使管內(nèi)存在空氣，出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，本次施工，采用的措施是在導(dǎo)管接頭加墊密封圈，選用粒徑較小的碎石或卵石（粒徑小于10-30mm）。

　?。?）各連續(xù)墻板塊之間大部分連接效果較好，但有少量粘性土部位連接不夠理想，有夾泥現(xiàn)象，說明側(cè)向噴嘴對粘性土不能有效清洗，應(yīng)將槽段寬度改為1540mm，增加在粘土層的清洗時間，或側(cè)向噴嘴由目前并排3個改為5個呈梅花形布置，加大側(cè)向噴射強度；另外，成形器兩端應(yīng)改成弧形，使板塊之間能更有效咬合。

　　4 應(yīng)用效果驗證

　　4.1 地下連續(xù)墻變形圖2為測斜點平均位移——深度平均曲線，連續(xù)墻最大位移在基坑開挖面附近，最大值4.6—17.4mm，計算變形稍偏小，主要是由于計算無法考慮時間效應(yīng)，實際土體在開挖期間存在蠕變。

　　4.2 地下連續(xù)墻彎矩實測深度6.9m（圈梁頂之下5.2m）連續(xù)墻鋼筋最大拉應(yīng)力114.9MPa，最大壓應(yīng)力40.6MPa。根據(jù)矩形斷面鋼筋砼受力平衡條件，可計算出薄壁地下連續(xù)墻實際彎矩（如圖3所示），與計算彎矩對比（測試時基坑周邊沒有堆載，故作為對比的理論計算不考慮施工超載20KPa），從圖中可以看出：各工況彎矩變化規(guī)律基本相同，但計算值一般偏大，偏于安全。

　　4.3 鄰近建筑沉降鄰近建筑沉降一般為3—5mm，未見任何開裂破壞痕跡。

　　5 結(jié)論

　?。?）本工程采用薄壁地下連續(xù)墻，變形較小，墻身鋼筋應(yīng)力仍有較大安全儲備，止水防滲效果好，對周邊影響甚微，說明這種支護安全可靠。

　　（2）薄壁地下連續(xù)墻厚度小，混凝土用量小，兼具擋土防滲功能，造價較低。本工程與原設(shè)計的排樁支護結(jié)構(gòu)相比，節(jié)省造價53.7%；如果利用薄壁地下連續(xù)墻作為地下室外墻的一部分，經(jīng)濟效益更加顯著。

　?。?）射水法建造地下連續(xù)墻，施工方法簡單，施工速度快，對周邊影響小。

　?。?）應(yīng)對成形器進行適當(dāng)改進，形成不同厚度規(guī)格的成形器，以適用于不同條件的基坑支護，兩端呈園弧形，以增強板塊之間的咬合。