建筑技术丨一种地下连续墙II形接头施工新技术

1  工程概况

工程场地位于上海集设园4–2地块，东邻创新河，西侧为申江路，南至秋月路，北侧为银冬路。总用地面积35 103 m²，总建筑面积约220 067.86 m²，基坑面积约25 370 m²，基坑周长约680 m。东西方向的长度大约107 m，南北向长约233 m，开挖面标高约15.050 m，局部落深区开挖深度19.05 m。

地下室各层楼板标高和基坑开挖深度具体情况见表1。

表1  地下室各层楼板标高和基坑开挖深度    m

场地内土质条件较差，有大量淤泥质土，水位埋藏深度小，对施工有较大影响，基坑的安全等级设定为一级。

2  场地条件

2.1  工程地质条件

对于本项目场地，为滨海平原古河道沉积区与正常沉积区交界区域，深层土体分布起伏较大，土层主要由粘性土、粉性土及砂土组成。

场区地基土属上海市滨海平原地貌类型，场地东侧红线外分布有南北向的创新河。地表杂填土分布厚度较大，埋深2.7~4.9 m。对本项目的地基基础和基坑安全影响比较大的为上部土层中的潜水，大气降水是其主要的补给途径。勘察深度范围内土层分布见表2。

表2  土层分布

2.2  场地水文地质条件 

2.2.1  地表水

场地内无地表水分布。场地东侧红线外分布有一南北向的创新河，距红线约10 m，勘察期间测得河面标高为2.710 m。

2.2.2  地下水

（1）潜水。对本工程的基础施工有较大影响的为上部土体中的水位分布，以大气降水为主要补给渠道。在对项目场地进行勘察时，所得到钻孔中的稳定水位埋藏深度1.00~1.60 m，所对应的标高为3.110~3.680 m，平均标高3.380 m。场地潜水与河水间无明显的水力联系。

（2）（微）承压水。根据勘探揭露，场地内无微承压水。第一承压水含水层的所在位置为第⑦层粉（砂）性土层，第二承压水含水层为第⑨层粉（砂）性土层。本工程所在位置的承压水位比潜水位低，表现为周期性的变化，区域内承压水水位埋深范围为3.00~12.00 m。正常沉积区域内的承压含水层顶板埋深最浅为29.80 m；古河道沉积区最浅为33.30 m。

3  新型接头地下连续墙施工

3.1  地下连续墙

本项目地下连续墙的施工采用“两墙合一”技术，地下连续墙在底板、圈梁等处设置钢筋接驳器，在扶壁柱和结构柱位置设置预埋钢筋。地下连续墙厚度均为800 mm、1 000 mm，总计120幅。地下连续墙所用混凝土的设计标准在水下为C35，相应的抗渗等级取P8。

导墙混凝土强度为C30，所用钢筋为14@200 mm，双向布置，在地下连续墙设计厚度的基础上，两边的导墙间距离再增加40 mm，导墙的拆模工作完成之后，在墙之间设支撑，按照设计要求，有效控制好导墙附近的荷载。

3.2  Ⅱ形接头设计与施工

3.2.1  设计方案

本工程原设计方案接头管形式采用锁口管接头，如图1所示，接头管的吊装需要用履带式起重机（100 t）。接头管应高出导墙顶1.5~2.0 m。在吊装接头管时，保持缓慢匀速，按照规范把控垂直度，用顶升架和汽车式起重机配合将接头管拔起。

图1  锁口管接头形式

但是此种接头方法对浇筑的要求较高，在浇筑过程中需要混凝土量充足，如果下部浇筑早的混凝土与上部后浇混凝土时间间隔过大，容易使锁口管卡在混凝土中，难以拔出。并且这种接头工艺刚度小，可能会发生变形，接头形状为圆弧形，抗渗性有所欠缺。

基于此，改进后的方案采用新Ⅱ形接头，该工艺可以实现接头和槽段独立施工，槽段也能闭合作业，在提升施工效率的同时，也可以进一步保证工程质量。

本次设计的接头形状为Ⅱ形，材质采用型钢，并在其内部浇筑混凝土。浇筑混凝土时为防止其绕流到型钢外部，从而和周围的泥浆融合成强度低的混合物，后期会造成地下水沿着混合物内部流入基坑中。新设计的方案中在型钢两端各焊接了铁皮来阻止混凝土绕流情况，如图2所示。

图2  改进后的新Ⅱ形接头形式示意

3.2.2  施工过程

在导墙施工完成之后，进行接头与槽段的施工，Ⅱ形接头的施工顺序为：型钢柱的加工；确定接头位置；成槽施工；嵌固孔测量、成孔；钢柱的吊放；浇筑柱底部位混凝土；开挖接头；回填施工；混凝土柱浇筑。

接下来是槽段的施工，钢筋笼在地上平台制作完成，为进一步提高制作精度和施工效率，操作平台采用刻度线标记的形式，然后进行槽段开挖并顺带清理底部的渣土，钢筋笼的吊装施工，槽段内部混凝土浇筑，最后，需要在Ⅱ形接头的部位用高压旋喷桩加固。

3.2.3  Ⅱ形接头的制作与施工

在新型接头制作完成后，紧接着是成槽、嵌固孔的施工，对于成槽施工，先做好标记，为后续开槽做好准备，成槽施工前，在槽段连接处做好标记，开挖中心以型钢柱的中心为准，根据测量的高程，确定槽深，然后进行槽段的施工，施工过程中每1.5~2 h抽检一次泥浆是否合格。

成槽完成后安装型钢柱，先把其下部1 m翼板多出的部分切除，并且翼板需按设计位置开口，将型钢穿入口中架在导墙上，施工过程中需要正对引孔中心钻进，以孔中心为标准，竖直向下量1.4 m，做好标记，为保证成孔质量，选用较高转速和低钻进速度相结合的方式，最终形成嵌固孔的尺寸为1 m×1.4 m。

为进一步提高安装的准确度，吊装时需要将型钢柱与孔中心对齐，钢柱下部1 m放入嵌固孔，最下端和孔底的距离为0.4 m，安装完成后用超声波复核其垂直度，如不合格，则进行调整，符合标准后再进行固定。

型钢柱与导墙的连接使用L形角钢和螺栓，为防止型钢柱发生偏移，将型钢柱上的槽钢沿长度方向连接起来，如图3所示。

图3  新Ⅱ形接头固定形式

按照上述方式安装好型钢柱后，接着进行清孔工作，本工程采用正循环的方式。接头处混凝土施工时，柱底部位的混凝土先施工，尽量减少对型钢柱的扰动，混凝土初凝后，再进行两侧的施工。

3.3  槽段施工

槽段施工采用闭合方式进行，槽段开挖、清底、刷壁等一系列工作完成之后，吊装、下放钢筋笼，随后安装混凝土导管和清槽换浆设备，清理沉渣，准备浇筑混凝土，施工过程中需要注意以下几个方面。

3.3.1  成槽精度控制

（1）成槽机垂直度控制。在本项目中选用的液压抓斗成槽机，包含自动纠偏装置（测斜仪），及时监测槽孔垂直度和塌孔。成槽开始施工之前，需要先将其调平。施工过程中，使用设备上的纠偏装置来确保成槽的垂直度符合标准。

（2）成槽挖土冲击顺序的确定。槽段的施工时需按照先两侧、再中间的顺序，保持抓斗的受力均衡，能够较大程度地纠偏，以减少垂直度偏差。单孔、隔层全部都施工到相应的标高时，然后沿槽的长向再挖一部分。

对于地下连续墙几个角部的施工作业，成槽机在施工时，经常会造成槽内留有渣土，为改善这一不足之处，依据成槽机两侧施工成槽的形状特征，在此处继续往外侧延长约20 cm，来弥补断面的不足，同时有利于后期钢筋笼的入槽。

（3）成槽。挖沟槽时必须垂直对准槽孔的正中央位置，孔位误差一般不能超过30 mm，孔位垂直度误差应不大于误0.4 %。槽孔施工至要求标高后，使用超声波来判断槽段断面的尺寸。

3.3.2  混凝土灌注

（1）灌注施工要点具体如下。

1）在施工过程中，对槽段使用的混凝土的级配有较高的标准，不仅要达到结构强度，还需在水下能正常施工，有较高的流动性。

2）两根导管在一个槽段里同一时间施工，此两管距离应不超过3 m，同时满足管与槽段接头处距离在1.5 m之内。灌注初始，导管、槽段二者底端距离不大于500 mm；混凝土面以匀速上涨，不同导管的混凝土面高度相差在0.5 m之内，为保证浇筑质量，在混凝土完全凝固之前，需要完成浇筑工作。

3）混凝土面的上升速度控制在2.0 m/h以上，埋进混凝土中的导管长度范围为2~6 m。

（2）初灌量计算。计算原理如图4所示。

图4  初灌量计算原理示意

通过分析，本工程设置的初灌量大于9.72 m³。

4  施工效果

为控制接头和槽段的质量，在型钢柱安装完成和槽段开挖后，需要进行垂直度复核，本文使用的检测方法为超声波检测技术，利用超声波检测仪对槽壁发射超声波来计算槽宽。

检测结果显示，Ⅱ形接头的垂直度偏差均在0.15 %之内，槽宽偏差均在10 mm之内，满足规范要求，综合来看，利用此种工艺形成的槽段质量合格。

地下连续墙施工结束后，又对地下连续墙的接头止水效果、墙身的垂直度及混凝土强度、预埋件的精度等进行检查，都与设计要求相吻合，质量符合标准。

从地下连续墙开始施工到地下底板浇筑完成后，过程中一直进行监测，依据监测单位对该体系监测的结果：深层水平位移（警戒值45 mm）如图5所示，地表沉降29.55 mm（警戒值35 mm），圈梁沉降22.21 mm（警戒值45 mm），墙顶位移5 mm（警戒值45 mm），第一道轴力累计变化量4 783 mm（警戒值5 000 kN），第二道轴力累计变化量6 909 kN（警戒值12 500 kN），第三道轴力累计变化量6 472 kN（警戒值9 500 kN），均在允许范围内。

图5  深层水平位移

5  结束语

本研究探讨了在软土地基条件下，地下连续墙施工槽段接头技术改进问题，有针对性地提高了在软土地区不同条件下的较深基坑中“两墙合一”永久性支撑系统地下连续墙防渗质量，可以为同类工程研究提供借鉴作用，能够给类似项目带来参考意义。

事实证明，这种新Ⅱ形接头可以被广泛应用到软土地基条件下的地下连续墙施工中，可以减少后期维修的费用，实现了节省社会资源的目标，并且具有较高的安全性与实用性能，在以后的建筑施工中具有广阔的应用前景。