地下连续墙设计与施工中若干问题的探讨.doc

地下连续墙设计与施工中若干问题的探讨王文光孙虹摘要：本文对地下连续墙设计过程中的钢筋网保护层、钢筋网接驳、钢筋网预埋件、墙体锚固深度、墙体接头形式以及施工过程中钢筋网安装、槽底清孔、质量检测设备等各个环节中影响墙体质量的一些问题进行了探讨。关键词：地下连续墙；设计；施工方法；问题探讨分类号：TU476.+3文献标识码：B文章编号：1002-8498(2000)01-0038-03Discussion on Several Problems in the Design and Construction ofthe Underground Continuous WallWANG Wen-guang，SUN Hong(Guangdong Hydraulic and Hydroelectric Machinery Construction Corporation,Guangzhou,Guangdong,510250)Abstract：This paper approaches reinforcement fabric cover,reinforcement fabric joint,reinforcement fabric embedded inserts,wall anchorage depth and wall joint form during the design of underground continuous walls,Meanwhile,some problems affecting wall quality in the various sectors during construction are also discussed,including reinforcement fabric installation,groove bottom hole cleaning and quality testing equipment.Key words：underground continuous wall; design; construction method; approach地下连续墙技术因其施工振动小，施工噪音低，墙体刚度大，防渗性能好，地质适应性强等特点，在城市深大基坑和地质条件复杂的工程中得到广泛应用。但随着地下连续墙的不断加深，以及现代建筑物对连续墙刚度、防渗性能的要求越来越高，传统的结构构造和施工方法、检测方法都难以保证地下连续墙墙体质量，以致造成沉渣过厚、墙体露筋、接头渗漏、墙底绕渗等许多质量问题。这些质量问题的存在，轻则对后续施工造成很大的影响，重则严重影响基坑工程的正常施工。本人针对地下连续墙中存在的各种质量问题，从设计和施工两个方面进行探讨，以寻求有效对策。1构造设计对地下连续墙质量的影响1.1正确选用钢筋网保护层厚度正确选用钢筋网保护层厚度可有效地防止墙体钢筋外露，防止钢筋锈蚀破坏。广东省标准地下连续墙结构设计规程(DBJ/T15-13-95)第4.4.5条规定，“地下墙受力钢筋的混凝土保护层厚度可采用70100mm”。而在设计时，为了尽量增加墙体的有效高度，设计人员往往选用70mm。假设地下连续墙施工垂直度为1/M，则墙体钢筋保护层(a)与墙体深度(h)的关系计算公式如下，即h=2aM100(m)，计算结果如表1所示。从表1可看出，保护层的厚度与施工垂直度、施工深度有十分密切的关系。目前我国连续墙实际施工垂直精度约为1/150左右，当钢筋保护层厚度为70mm时，墙深达到21m时钢筋网可能会碰到槽壁，墙体主筋外露。对于水平钢筋，施工精度不变的情况下，钢筋网与槽壁接触的高度还要进一步缩小。假如水平钢筋直径为16mm，则当保护层厚度为70mm时钢筋网与槽接触的高度为h=2(a-)M100=10.8m，墙体深度减小了近13%。表1地下连续墙墙深h计算结果保护层厚度(m)垂直精度1/1001/1501/2001/25070mm14m21m28m35m80mm16m24m32m40m90mm18m27m36m45m100mm20m30m40m50m如果露筋情况出现在挡土面开挖标高以上的部分，还可以进行修补；如果露筋情况发生在迎土面或开挖面以下，则根本无法检测出来。钢筋网外露形成锈蚀破坏的严重后果是连续墙受力钢筋作用减弱，墙体的受拉受弯性能将大幅降低。如果地下连续墙仅仅作为挡土结构，问题可能并不十分严重，但如果将墙体作为结构的一部分共同承受基坑侧向土压力时，安全问题将十分突出。因此，在规范还没有对墙深与钢筋保护层的关系作出明确要求时，设计人员在选取钢筋保护层时可能要考虑连续墙深度的影响，必要时增大钢筋保护层和墙体厚度，预防工程隐患。1.2合理选择钢筋网接驳方法从保证质量出发，钢筋网最好在加工平台上制作好，然后整体吊装。这种方法对于连续墙深度比较浅(比如小于20m)的情况是可行的。但对于墙深超过30m以上的连续墙，钢筋网的重量可能达到30t以上，受起重设备起吊能力的限制，要将钢筋网分2节或3节制作，然后在槽口进行拼装。目前钢筋网进行接装的方法主要有焊接和搭接。焊接安装的优点是钢筋浪费少、接驳区影响面积较小，对混凝土浇筑的影响也较小。缺点是焊接时间长，垂直焊接的质量难以保证。搭接安装的优点是接驳时间短、施工速度快。缺点是钢筋浪费较多，搭接区的纵筋间距通常无法满足混凝土浇筑的最小要求，造成该区经常出现露筋等质量问题。钢筋套筒冷挤压接驳技术是最近开始使用的一种新型钢筋连接技术，可以克服上述两种连接方法的缺点，但在地下连续墙施工中还很少使用。套筒冷挤压接驳技术将是地下连续墙钢筋网接驳方法中一个比较理想的方法。1.3地下连续墙接头形式的选择地下连续墙的接头形式主要有图1所示的5种形式： 图1地下连续墙接头形式接头管式接头的优点是接头刚性较大，可以承受较大的剪力，而且渗径也较长，抗渗性能较好。缺点是施工复杂，钢管的拔出时机难以掌握。工字钢式接头的优点是结构简单，施工方便、速度快。缺点是接头刚度比较小，不能承受过大的横向剪切力，而且渗径较短，抗渗性能较差。接头孔式接头，因接头部位单独于邻近的墙体，故接头位置刚度较小，抗剪性能差，而且两端先施工槽段的端头位置难以保证垂直，接头结构与墙体之间可能存在渗水通道，其抗渗性能在以上几种接头形式中是最差的。优点是不必采用钢材。V形接头方式结合了工字钢式接头和接头管式接头的优点。具有接头刚度大，抗剪能力强，渗径比较长的特点，同时具备了工字钢式接头施工速度快、施工简便的优点，是一种较好的接头形式。扩大式接头是在V形接头形式的基础上进一步扩大了接头位置的尺寸，从而加大接头位置的刚度和渗径，进一步提高接头位置的抗剪能力和抗渗能力，这种接头形式也是本人推荐的接头形式。总之，目前地下连续墙技术中所采用的接头形式均存在接头刚度较小、抗渗性能差的问题，连续墙结构不能真正连续，不能真正发挥“连续”抗剪作用。因此，研究出刚度大、抗渗性能好而又施工简便的接头形式，是解决地下连续墙的渗漏、支撑过多问题的关键。1.4地下连续墙锚固深度地下连续墙锚固深度直接影响到围护结构的稳定性和基坑的抗渗性能。一般来讲，设计人员对基坑稳定性考虑较多，而对基坑的绕渗情况考虑得较少。但是，如果基坑底部出现了管涌或绕渗，将对基坑施工使用产生十分不利的影响。所以在设计时高度重视墙体的绕渗问题十分必要。根据现行基坑设计规范，确定地下连续墙锚固深度h的方法是：当基坑底部为碎石土、砂土等渗透性较大土层时，确定墙体锚固深度时除考虑整个围护结构的受力稳定外，还要考虑基坑的抗渗稳定，即h1.15r0(H-hw)(见图2)。而当基坑底插入中风化岩层1.5m或微风化岩层1m时，可不验算锚固深度。从稳定性来讲，这样确定不成问题。但从渗流方面考虑，岩层并不是完全不发生渗漏，因为岩层中可能存在地质勘探无法发现的细小渗水通道，过小的锚固深度会发生绕渗问题，给基坑施工造成困难。而岩层的渗漏是无法用计算公式进行准确计算的。在确定墙体锚固深度时应该根据岩层岩性和风化程度合理考虑锚固深度。如对广州地区常见的砂岩，因其容易形成渗漏通道，就应根据其风化程度的不同适当加大锚固深度，如强风化层的锚固深度应不少于6m，中风化层锚固深度不少于4m，微风化层锚固深度不少于3m；而对于岩质坚硬，不易形成渗漏通道的岩层，如玄武岩、花岗岩层、石灰岩等，可参照砂岩的锚固深度适当减少。H地下连续墙墙深；h地下连续墙锚固深度；地下连续墙开挖面以下可能存在的渗水通道；hw地下水位距离地面高度图2地下连续墙墙深锚固深度1.5地下连续墙预埋件尺寸对露筋的影响为了在墙体安装钢支撑的需要，在墙体钢筋网上往往设计有预埋件，与主体结构的梁板相连。钢支撑预埋件一般是预埋钢板，采用锚筋与墙体相连。预埋钢板的尺寸将对墙体混凝土浇筑产生很大的影响。当钢板的尺寸较大时，水下混凝土不能正常绕过钢板，在钢板位置形成夹泥，钢板空鼓，当钢支撑受力时将发生较大的变形，对基坑安全不利。因此，根据以往的施工经验，建议预埋钢板的尺寸不要超过40cm40cm。2施工管理对地下连续墙质量的影响要保证地下连续墙质量，设计时考虑周到是前提，但对墙质量影响最大的还是施工阶段。到目前为止，我国地下连续墙施工已积累了丰富的管理经验，连续墙的施工质量比50年代有了很大的提高。但同时也看到，在施工过程中，由于对一些细节问题重视不够，形成许多质量问题。2.1重视清孔质量地下连续墙墙底沉渣超出规范标准，大部分是由于清孔不彻底、置换泥浆不完全而引起的。因此，高度重视清孔工作，是减少墙底沉渣的关键所在。冲击成孔连续墙清孔方法主要有以下几种：一是采用正循环法清孔，通过管道将合格泥浆送到槽底，通过浆体上升将槽坑内沉渣带走；二是采用反循环法清孔，是通过管道将合格泥浆送到槽坑顶部，再用管道从槽底将沉渣吸走。比较两种清孔方法，反循环清孔方法效果较好。反循环清孔最常用的方法是抽砂桶法和空压机吸附法。抽砂桶法的优点是清孔时对槽壁影响小，缺点是清孔时间长、清孔效果稍差。如槽坑底沉积物流动性小时，难以清理干净。而采用压缩空气吸附法的优点是清孔时间短，而且清孔效果较好，缺点是由于强大的空气压力，会对槽壁造成一定的影响，甚至造成塌方。但如果适当控制清孔时间和空气压力，空压机吸附法清孔不失为一种比较理想的清孔方法。对于使用液压抓斗成墙的清孔，一般采用抓斗直接清孔。但由于抓斗体积较大，对槽坑底的冲击力大，清孔抓斗下放时要尽量放慢速度，以免槽坑出现超深；抓斗上升时，要不断向槽内补充合格护壁泥浆，抓斗上升速度与泥浆补充速度相适应，否则可能出现槽内泥浆下降过快而产生塌孔现象。清孔的另一个重要任务是清除槽段接头位置的泥皮。一期接头位置泥皮的存在，是造成墙体接头位置渗漏的主要原因之一。清理泥皮的方法一般采用柔性钢丝刷钻头进行反复刷洗25次左右，直到钢丝刷不再带有泥皮为止。2.2尽可能缩短清孔后与混凝土浇筑之间的时间间隔引起墙底沉渣过厚的另一个原因是清孔后与混凝土浇筑相隔时间太长。清孔工作完成后，后续工序还有钢筋网安装、混凝土浇筑设备安装和混凝土预约。根据现场施工经验，在正常泥浆指标情况下，从清孔完成到混凝土开始浇筑的延续时间一般不要超过4h，否则有可能造成塌孔或槽底沉渣过厚，影响墙体质量。2.3改善测试设备，提高测试设备的准确性目前地下连续墙施工中所采用测试仪器比较落后，基本上还是采用传统的测锤加测绳，靠技术人员感觉进行判断，极容易因判断失误而发生质量事故。目前，一些单位已开始使用超声波测试仪，如由国外引进的科登仪(KODEN)，可以比较准确地测量出槽坑段面和槽底沉渣情况，并可以打印出槽坑剖面图。另外由上海金勘岩土勘察设备公司代理的沉渣测定仪，也可以相对精确地测定槽坑底的沉渣厚度。在水下混凝土浇筑测量控制方面，江西省地质勘察工程公司研究出了混凝土面测定仪，利用传感技术结合取样技术可比较精确地测量水下混凝土上升面，可有效防止混凝土夹泥。但由于这些设备价格昂贵，影响了进一步的推广应用。3结语地下连续墙技术经过几十年的工程实践，设计理论和施工技术得到不断的完善和发展。而且随着城市房地产业的不断发展，充分利用城市地下资源，将是城市建设开发的方向之一。作为地下结构最有效的支护结构地下连续墙技术，将会得到更加广泛的应用。从目前地下连续墙的设计技术和施工技术两方面来看，研究新的地下连续墙接头，解决接头位置受力薄弱，