深基坑支护技术现状与地下连续墙的应用

深基坑支护技术现状与地下连续墙的应用勘查-王昊当建筑物高度不大的时候，地基与基础的问题并不突出。位于辛辛那提的英高斯(Ingalls)办公楼于1902年完工，它被誉为第一座摩天大楼。之后，二十世纪迎来了摩天大楼的时代。随着结构设计与计算的日益强大，摩天大楼越建越高。与地面以上的高度相呼应，建筑物的地下深度也日益增大，深基坑技术随之发展起来。基坑支护技术是其中重要的内容。一深基坑支护技术现状1支护技术的分类基坑支护技术发展很快，种类日益庞杂，传统的单纯“支护”的概念也发生了变化。最初的支护结构仅包括防渗挡土的内容，但随着支护结构成体系的发展，支护的概念已扩充了不少，它或者可以成为主体结构的一部分，或者与地基基础协同工作，或者要考虑环境效应。实际上，支护结构可以看成由两大部分组成：一是护壁，二是支撑。二者独立或组合使用便形成了各种各样的支护体系。2主要支护形式简介按护壁的形式不同，目前工程应用中主要采用以下几种支护形式。（1）钢板桩支护结构特点：既可挡土又可挡水，可多次重复使用，打设方便，承载力高。桩与土密贴，坑壁土体位移小，沉陷也小。但施工噪音大，振动大，对土体的扰动大，施工时产生较大的变形，对环境的影响较大。适用范围：软弱地基及地下水位较高、水量较多的深基坑支护。应用情况：应用广泛，尤以悬臂板桩和单锚板桩居多。但由于设计误差、施工等问题易发生工程事故。并且由于噪声、振动等原因不适于市区施工。（2）灌注桩支护灌注桩是直接在现场桩位上使用机械或人工方法成孔，并在孔中灌注混凝土而形成的桩。将灌注桩合理排列则可以作为基坑支护结构。特点：布置灵活、施工简便、成桩快、机械化程度高、节省钢材、价格低，适应性强。钻孔灌注桩噪音小、无振动、无挤土、无废气排放、对周围建筑物、地下管线及居民生活无影响。适用范围：一般的钻孔灌注桩适用于硬的、半硬的、硬塑的和软塑的粘性土。尤其适宜于在建筑物密集的市区施工。应用情况：应用非常广泛，目前主要用于开挖6至13米的基坑。（3）深层搅拌桩支护深层搅拌桩是加固软土地基的一种方法。它利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，通过一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性和一定强度的桩体。特点：造价低廉，挡水性较好，对环境的影响较小，对周边建筑物及地下管线的影响小。施工噪音小、振动小、对土体的扰动小，无排污。适用范围：加固各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土。不适用于土质较硬或含有大量砖、瓦的填土、厚度较大的碎石类土、硬塑以上的粘性土和中密以上的砂性土，也不适用于夹有条石、木桩、城砖、古墓、洞穴等障碍物的土层。应用情况：目前这种方法的加固深度从数米至五六十米，国内最大深度可达15至18m。近几年来被广泛应用于5至7米的深基坑围护结构。（4）地下连续墙支护特点：噪音小，振动小，对周围环境影响小，对地层条件适应性强、墙体长度可以任意调节。还可以成为主体结构或结构基础的一部分，降低工程造价。适用范围：各种深度、各种地质条件的深基坑开挖。应用情况：70年代开始我国在水利、港工和建筑工程中逐渐开始应用。近十多年来，我国在地下连续墙的施工设备、工程应用和理论研究上都获得了很大的成就，推动了地下连续墙的应用推广。二、地下连续墙的应用简单的讲，在地下挖一段狭长的深槽，在槽内吊放入钢筋笼，浇灌混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，最后把这些墙段逐一连接起来形成一道连续的地下墙壁，这就是地下连续墙。地下连续墙在二十世纪五十年代开始出现于法国、意大利等国，经过五十多年的发展，它已经显示出诸多的优越性。1地下连续墙的经济性一般来说，地下连续墙的造价要比普通挡土结构的高一些。但如果将地下连续墙作为整体结构的一部分，则可以获得较好的经济效益。同时，地下连续墙对周围环境的扰动小，振动、噪声等环境问题小，不必为这些问题消耗额外的开支。所以如果综合起来考虑，地下连续墙的经济效果较好。但如果场地条件限制少（如周围建筑物不密集或没有重要建筑物，场地在郊外等），工期要求不高，施工难度不大时，地下连续墙并不是经济的选择。2地下连续墙的适用性地下连续墙是一种技术含量较高的施工方法。可以从两个方面解释它的适用性。一方面，进行地下连续墙施工需要具有较高的技术水平与施工经验，限制了它的适用性。在复杂的地质条件下，即使事先进行地基勘察，也很难准确地预测地下的所有情况，因此选择合适的挖槽方法和机械是一项困难的工作。另外还要充分研究适合不同地质条件的护壁泥浆和管理方法以及在发生故障时所要采取的辅助措施等。另一方面，地下连续墙具有刚度大、防渗好、扰动小、环保等优点，又扩展了它的适用性。在一些沉降控制要求严格，环境质量要求高的情况下，地下连续墙往往是很好的选择。3.地下连续墙施工工艺流程地下连续墙的主要工序包括：测量放样、导墙制作、槽段划分、泥浆制备、开挖成槽、清底、钢筋网制作及吊装，水下砼灌注等。3.1导墙制作导向墙是沿地下连续墙中心线设置的钢筋混凝土临时构筑物。其主要作用是作为成槽机械的施工导向、控制标高和钢筋网定位标志、防止槽壁坍塌、支承施工机械、容蓄泥浆护壁，起挡土、承台、维持稳定液面的作用，在基坑土方开挖及冠梁施工时防止连续墙顶以上的土方坍塌等。3.2泥浆制备泥浆具有维护槽壁的稳定，悬浮岩碴和冷却、润滑钻头的作用，泥浆质量的好坏直接关系到地下连续墙的质量和施工进度。采用膨润土泥粉作为制浆材料。3.3槽段划分槽段划分就是确定单元槽段的长度。根据下列条件选择单元槽段长度：（1）场地水文地质情况；（2）根据连续墙形状和施工工艺要求；（3）单元槽段砼浇筑强度；（4）钢筋网制作及起吊能力。3.4成槽造孔成槽是地下连续墙施工中的一道关键工序。根据地质资料和设计要求，结合施工经验及现场情况，选用旋挖机、冲击钻机及液压抓斗机进行造孔。旋挖机，在软土层造孔效率比较高，但在比较复杂地层中造孔效率就较底。冲击钻机，能够在各种复杂地层中造孔，且往复机械运动呈周期性，冲程稳定，对于形成较为稳定的孔壁和提高岩层造孔速度十分有利。采用液压抓斗造墙机进行连续墙的施工成墙效率高，槽壁较为平滑，且施工进度快，对保持槽孔稳定十分有利。3.5清底成槽作业完成后，为了把沉积在槽底的沉渣清出，需要对槽底进行清孔，以提高地下连续墙的承载力和抗渗能力，提高成墙质量。3.6钢筋网的加工与吊装（1）钢筋网的制作连续墙的钢筋网在现场制作，钢筋网按设计要求（包括钢筋网厚度、长度、各种钢筋规格及配置方式等）加工，钢筋网钢筋的连接方式采用搭接或单面焊缝焊接，接头位置相互错开，焊接接头的位置、数量和焊接质量按国家现行标准钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2003）有关规定执行，钢筋网制作完成（含预埋件安装）后由有关技术人员检验合格后绑上标签。（2）钢筋网的吊装根据钢筋网的重量，综合考虑起吊能力及确保连续墙质量，起吊设备的起吊能力和起吊高度。拟采用起吊设备。当钢筋网下沉至接近设计高程后用槽钢横穿钢筋网吊筋（该吊筋长度已根据钢筋网顶标高与孔口标高确定）支承于导墙顶面。校核钢筋网水平方向（确保预埋件位置准确），并将其固定，防止移动。为保证钢筋网的保护层厚度符合要求（允许偏差20mm），在钢筋网外侧面绑上足够数量的定位砼块。钢筋网安装完毕并自检合格后，会同监理工程师对该槽段进行隐蔽工程验收，合格后及时灌注水下砼。灌注水下砼前重新复测孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度超过200mm，则重新清孔，经检验合格后方可灌注水下砼。3.7水下砼的灌注水下混凝土浇筑是地下连续墙施工的最后一道工序，也是最关健的一道工序。如果水下混凝土浇筑不正常，势必影响整个墙体的施工质量。4应用地下连续墙时的注意事项（1）泥浆的性质必须适合于地基状态、挖槽方式以及工程条件等。泥浆在地下连续墙施工中扮演着重要的角色，其最大要的功能是保护槽壁稳定，另外还有悬浮土碴，把土碴携带出地面的功能。作为地下连续墙的护壁泥浆，必须具备物理稳定性（即长时间静置而性质不变）、化学稳定性、比重适当等特性，每一种特性都与地基状态、地质条件等因素有关，因此泥浆的配制必须针对具体工程条件。（2）根据不同的地质条件及现场情况，选择使用不同的挖槽机械地质条件千变万化，十分复杂，尚没有能够完全适用于所有地质条件的万能挖槽机械。（3）要认真调查可能妨碍施工的障碍物地下连续墙施工不允许任何障碍物的干扰，否则施工难以进行或无法保证施工质量。而在城市内施工，上下水道、高压电缆、电话线等各种地下埋设物不可避免。在开始施工前一定要查清障碍物，以便及时清除障碍物或修改围护方案。（4）防止作业场地泥泞化在地下连续墙的施工过程中，要使用大量的泥浆和排放废泥浆以及其他施工用水。如果在挖槽作业场地的周围或行车通道上撒落泥水，不仅会使作业区泥泞，妨碍机械的移动和车辆的通行，而且有时还会给其它施工带来不良影响。（5）弃土计划地下连续墙施工中产生的废弃土碴，不仅是在泥浆下挖槽，而且主要是在软弱的地基条件下挖槽，所以土碴含水量大于一般工程中的土的含水量，很容易形成烂泥状，难免使弃土场变得泥泞。为此，即使在晴天施工，也要对弃土场的维护管理和弃土方法进行周密的计划。（6）对安装施工机械用的场地地基进行加固在地下连续墙的施工中，挖槽、吊放钢筋笼和浇灌混凝土等都要使用机械。安装机械的场地基对地下连续墙的稳定和精度有很大的影响，所以安装机械用的场地地基必须能够经受住机械的振动和压力。（7）防止漏浆污染地下水在挖槽过程中，如果泥浆侵入地层会引起地下水污染，特别是在砂砾层中，如果泥浆漏失，附近的井水很可能被污染。5地下连续墙可能会出现的质量问题（1）导墙破坏如果没有有效加固安装机械用的场地的地基，或者导墙的强度和刚度达不到设计要求，很可能使导墙坍塌破坏，这会对邻近建筑物造成损害并使施工机械倾倒。（2）槽壁坍塌由于泥浆质量不合格或存在地下障碍物等原因，槽壁可能坍塌。槽壁坍塌同样会造成邻近建筑物的损害，还会把挖槽机械埋在地下。（3）支护结构局部破坏由于施工、设计、材料等多方面的原因，可能造成地下连续墙混凝土质量低下，这样很可能导致地下连续墙的局部破坏，造成工程事故。某大厦采用地下连续墙加钢筋混凝土和钢管组合支撑的支护体系。但施工过程中临近的马路地面以15cm/d的速度下沉，两周后发现坑内钢支撑发出吱吱的声音。一天之后，一侧长约40m的地下连续墙突然倒塌，马路路面塌陷，煤气管道破裂，两根光缆干线中断，其它管线也严重受损，造成大面积停气停水停电和交通中断。这是一起支护结构局部破坏的典型案例。究其原因，脱不了设计、施工、监测三个环节。三地下连续墙的发展前景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