地下连续墙的施工技术探讨

许 伟

(北京翔鲲水务建设有限公司，北京 100085)

地下连续墙这一技术在20世纪50年代引入我国，首先从水利水电基础工程中开始应用，而后推广到建筑、市政、交通、矿山、铁道和环境等部门。目前，地下连续墙不仅用于防渗或者基坑的临时支护，已经可以用来作为承重的基础桩或者集挡土、承重和防水于一身的“三合一”地下连续墙;还开发了非圆形大断面灌注桩施工技术。随着现代技术的发展，地下连续墙的工程规模越来越大，越来越多的地下连续墙被用于永久性结构的一部分，能起到挡土、防水和承受垂直荷载作用，越来越多的地下连续墙被用于超大型基础工程。下面就梅市口路永定河大桥左堤防护工程地下连续墙应用实例，浅谈一下地下连续墙的施工技术。

1 工程概况

1.1 工程介绍

梅市口路位于丰台区中北部地区，起点为玉泉路(又称小屯路)，终点为河西的长兴路，全长约为8.5km。梅市口路跨永定河主桥与轨道交通M14号线跨河桥共线，桥位处位于卢沟桥分洪枢纽上游约0.66km处。梅市口路与西五环连接共有三条匝道(A、D、I匝道)需占用左堤进行施工，此三条匝道将在左堤建多座桥墩，影响左堤安全，因此需对该段河道左堤进行工程防护。主桥桥区已有防护方案，本方案只考虑梅市口路匝道对永定河左堤造成影响范围的左堤提防进行加固改造。加固改造工程范围为永定河河道导线桩号2+250～1+440，加固形式采用地下钢筋砼连续墙的堤防保护方案，结构尺寸:墙深20m，墙厚0.8m，连续墙两端与堤坡连接采用注浆加固形式连接。同时对A匝道1#墩，D匝道0#台，I匝道20#墩，I匝道21#墩采取注浆措施进行加固，对地下连续墙线位处的堤顶结构及绿化进行恢复。

1.2 工程地质条件

左堤堤防防护段工程地质情况:左堤堤基地质结构为土卵二元结构。堤防填筑料(圆砾、粉土)厚度4.8～6m，堤基砂质粉土透镜体揭露厚度1.8m，卵石层厚度大于9m。左堤堤身填筑料以砂质粉土、圆砾为主，呈中密状，砂质粉土分布不均匀。堤防不存在不良岩土体，堤防质量相对较好。

2 地下连续墙施工技术及施工工艺

本工程主要施工项目为地下连续墙，地下连续墙为钢筋砼连续墙，各项设计指标:C30W8F150，墙厚0.8m，墙深20m。保证槽孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm、孔斜率不得大于0.4%;遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率应控制在0.6%以内;对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值应不大于施工图纸规定墙厚的1/3。

根据本工程的地层特点、工期要求和施工条件，结合类似工程施工的经验，本工程采用金泰SG30液压抓斗配合CZ－6A型冲击钻施工，采用“两钻一抓”“三抓成槽”“跳仓施工”的方法进行施工。两钻一抓法施工时先采用冲击钻打主孔到设计底高程，然后采用抓斗将副孔中的土体分三次抓出，先施工一期槽，再施工二期槽。

墙段连接采用接头管的连接方法。

2.1 导墙设计

2.1.1 导墙结构

导墙混凝土强度等级为C20，内配钢筋网;导墙高度根据现场地质情况进行确定，基本控制在1.5～2.0m范围内，导墙高度随实际情况进行调整。地下连续墙标准分段长度6.4m。为了保证导墙稳定以及有足够的承载力，并能抵抗泥浆面起落的冲刷，截面形状采用“］［”型。导墙底部及竖墙厚度为30cm，顶板厚度为10cm。导墙为钢筋混凝土结构，混凝土强度C20，钢筋保护层＞35mm。导墙中心间距0.9m宽。

2.1.2 施工平台

于导墙布置设备侧设置页岩砖结构的排浆沟，排浆沟内高50cm，内底宽50cm，同时排浆沟外侧为抓斗平台，抓斗平台底部放置3cm厚钢板。在施工过程中必须按照要求保证导墙应平行于地下连续墙轴线，其允许偏差为±1cm，导墙顶面高程整体允许偏差±1cm，导墙顶面高程单幅允许偏差 ±0.5cm，导墙间净距允许偏差±0.5cm。

2.2 泥浆生产

2.2.1 泥浆的制备

泥浆在地下连续墙施工中的作用主要是保持孔壁稳定、悬浮钻渣以及冷却钻具。

本工程计划采用膨润土造孔，膨润土成品料的品质应符合《钻井液用膨润土》SY5060—93的规定，新制膨润土泥浆性能指标，应分别符合《水利水电工程混凝土地下连续墙施工技术规范》SL174—96的规定。

表1 计划新制膨润土泥浆配合比表

2.2.2 制备、使用与检验

1)泥浆制备

①泥浆拌制选用高效、低噪音的高速回转搅拌机;

②每槽膨润土浆的搅拌时间为3～5min，实际搅拌时间可通过试验确定后适当调整。

③应按规定的配合比配制泥浆，各种材料的加量误差不得大于5%。

④泥浆站旁设膨润土泥浆试验室，新制膨润土泥浆应按下表所列的项目检测规定的标准:

2)泥浆使用、检验

①新制膨润土浆需存放24h，经充分水化溶胀后使用。

②储浆池内泥浆应经常搅动，保持指标均一，避免沉淀或离析。

③在钻进过程中，槽孔内的泥浆由于岩屑混入和其它处理剂的消耗，泥浆性能将逐渐恶化，必须进行处理。处理方法是:

被使用过的泥浆通过泥浆净化系统，将土颗粒和碎石块除去，然后把干净的泥浆重新送回到槽中。在成槽完成后，将铣槽机放到槽底，抽换使用过的泥浆，并通过净化系统循环利用，同时将新鲜的泥浆供输送到槽的上部。

④经过净化处理的泥浆必须在使用前进行测试。在成槽过程中，应在循环浆沟中取样，检测有关指标，如超出限值，必须进行处理。如果膨润土的密度、粘性和含砂率无法满足要求，则要更换合格的膨润土。

⑤在槽孔和储浆池周围应设置排水沟，防止地表污水或雨水大量流入后污染泥浆。被混凝土置换出来的泥浆距混凝土面2m以内的泥浆，因污染较严重，应予以废弃。

2.3 地下连续墙成槽施工

2.3.1 槽段划分

本标段每6.4m分为一个槽段，本工程轴线长760m÷槽段标准长度6.4m≈119个槽段。计划分119个槽段。

槽孔分两序跳仓施工，每个槽段两钻一抓工法成槽，先用冲击钻机对槽段主孔进行冲击造孔，然后由抓斗完成造孔施工。

2.3.2 地下连续墙“两钻一抓”施工工艺顺序图

2.3.3 抓斗和钻机配合施工

(1)SG30金泰液压抓斗

地下连续墙成槽施工采用CZ－6A型钻机配合SG30金泰液压抓斗进行施工。SG30液压抓斗配备了MDSG机械卷管系统、电子测斜及纠偏系统及CAPO计算机辅助功率选择等先进系统。

(2)冲击钻机(CZ－6A)

冲击钻机是传统的施工地下连续墙设备，能广泛适用于各种地层，尤其是在坝基下面岩石层等，目前尚无更先进的设备可以取代。本工程冲击钻机主要用于打主孔和下面基岩层。

槽段施工过程如下:

1)钻机就位，冲击钻对准孔位中心，并及时加泥浆护壁，使孔壁挤压密实，在造孔时要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。施工中，针对地层情况和护壁要求，选用优质膨润土泥浆。

2)在钻进过程中每5m检查一次成孔的垂直度情况。发现偏斜立即停止钻进，采取措施进行纠偏。对于变层处和易于发生偏斜的部位，采用低垂轻击，间断冲击的办法穿过，以保持孔形良好。

3)成孔后，用测绳下挂0.5kg重铁砣测量检查孔深，核对无误后，进行清孔。使用底部带活门的钢抽渣筒，反复掏渣，将孔底淤泥、沉渣清除干净。密度大的泥浆使用水泵用清水置换使比重控制在1.15～1.10之间。

4)成孔完毕后将成槽机就位，就位前要求场地平整坚实，以满足施工垂直度要求及施工安全，成槽机履带与导墙垂直。为减少抓斗施工的循环时间，提高功效，每台成槽机配备两台自卸汽车在抓斗旁接渣，将泥渣运至指定渣土场弃运。

6)边开挖边向导墙内泵送泥浆，保持液面在导墙顶面下30cm－50cm。挖槽过程中随着槽深向下延伸，要随时向槽内补浆，使泥浆面始终位于泥浆面标志处，直至槽底挖完。

7)浇注混凝土前，要测定泥浆面下1m及槽底以上1m处泥浆比重和含砂量，若比重大于1.20，则采取置换泥浆清孔。成槽后沉淀30分钟，然后用抓斗直接捞渣清淤。

8)成槽机操作要领

抓斗出入导墙口时要轻放慢提，防止泥浆掀起波浪，影响导墙下面、后面的土层稳定。

在成槽机挖土时，悬吊机具的钢索不能松驰，定要使钢索呈垂直张紧状态，这是保证挖槽垂直精度必需做好的关键动作。

挖槽作业中，要时刻关注测斜仪器的动向，及时纠正垂直偏差。

单元槽段成槽完毕或暂停作业时，即令挖槽机离开作业槽段。

9)基岩面处理

成槽机在抓到基岩面后，如无法继续抓进应将成槽机运至下一槽段进行施工，将冲击钻运至原成槽机部位，对基岩面进行冲击开挖。

2.3.4 槽孔的偏斜测量

成槽垂直度控制是本工程的关键，本工程孔斜测量采用抓斗上的测斜仪及重锤法(Φ80冲击钻头)测量。

2.3.5 槽孔的验收

孔深验收在现场监理的监督下使用专用的测绳进行测量，且使用前对测绳进行检查校准。

2.3.6 清孔及接头清洗

1)清孔换浆

槽孔终孔验收后，开始组织进行清孔换浆工作，Ⅱ期槽终孔后还需进行接头孔的刷洗。本工程清孔方案主要有两种:冲击钻机抽桶法清孔、抓斗捞取法清孔。

在清孔的同时，不断地向槽内补充新浆，以改善泥浆的性能及有利于混凝土浇筑，确保成墙质量。补充新浆的数量以槽内泥浆各项性能指标符合设计标准为止。如果单元槽段内各孔孔深不同时，清孔次序为先浅后深。

清孔换浆结束后1h，用测饼测量孔底淤积厚度;并在槽孔底部0.5m部位取样，进行泥浆试验。当孔底淤积厚度不大于10cm且泥浆各项性能指标达到本方案中《槽内泥浆性能指标控制标准》，即可结束清孔换浆工作。清孔合格后，应于4h内开浇混凝土，如不能按时开浇，应在浇筑前重新按清孔标准进行检测，若不合格需重新清孔或采取其它补救措施。

2)接头孔刷洗

接头孔的刷洗采用具有一定重量的圆形钢丝刷子钻头，利用钻机带动钢丝刷子钻头不断的由孔底至孔口进行往返运动，从而达到清洗接头孔壁目的。接头孔壁洗刷的结束标准是刷子钻头基本不带泥屑，并且孔底淤积不再增加。

2.4 接头管施工工艺

地下连续墙锁口管施工顺序图

槽段接头采用接头管法。墙段连接好坏是地下连续墙成败的关键工序，接头管技术是在一期槽孔浇筑混凝土前将专用的接头管预先埋置于槽孔的两端接头孔位置，并将接头管固定在槽口浇筑混凝土，待混凝土初凝后，用专用的起拔设备将接头管拔出，从而在一期墙段的两端直接形成光滑的半圆柱面和便于二期槽孔施工的两个导孔，即直接形成接头孔。

本工程混凝土地下连续墙槽段连接采用“接头管”法。接头管起拔采用吊车配合YBJ－1200型液压拔管机下设与起拔接头管。

YJB－1200液压拔管机，基本性能参数如下:

①自动化液压拔管机最大起拔力为2×320t。

②顶升方式:采用千斤顶顶梁的方式顶压;

③一次起拔行程:1m;

④拔管直径300～1200mm。

接头管采用φ800δ14钢管焊接，每节有效长度22m，重10t，采用吊车配合施工。

吊装时，接头管一般先担置在导墙上，吊装完毕后应复核管底入土深度，严禁接头管悬空，混凝土浇注开始后应经常观察接头管内液面和管底土或填料标高变化，发现异常及时处理。接头管采用顶升机起拔。

在混凝土浇筑3h后，每30min采用拔管机将接头管上下活动，每次提高1～2cm。混凝土浇注后5～8h根据现场试块试验情况才能起拔接头管，混凝土浇注完成3h后，可减少起拔次数并加大起拔量，混凝土浇注完成6h后可将接头管一次全部拔出。

2.5 钢筋笼的制作和吊装

2.5.1 钢筋笼的制作

钢筋笼加工分钢筋半成品加工和钢筋笼成品加工两步。半成品在钢筋场棚内加工，钢筋笼在堤顶加工平台上进行。

2.5.2 钢筋笼的吊装

在钢筋笼验收合格及槽段清孔换浆符合要求后应立即吊装钢筋笼，用50t履带起重机进行起吊。

2.6 浇筑混凝土

2.6.1 混凝土各性能指标

混凝土入孔坍落度应为20±2cm，扩散度应为37±3cm，坍落度保持15cm以上的时间应不小于1h，初凝时间应不小于6h，终凝时间不宜大于24h，混凝土的密度不宜小于2100kg/m3。

2.6.2 混凝土浇筑

采用直升式导管法进行泥浆下的混凝土浇筑，应符合下列要求:

1)导管的下设

①每个槽段配备两套导管，导管间距为3.5m，导管距槽端接头管1.0～1.5m。在每套导管的顶部和底节管以上设置3～5根0.5m的短管。导管底口距槽底控制在20±5cm范围内。

②导管下设前，在地面进行导管组合，使每根不同位置的导管能够适应其所处位置的孔深情况。导管组合完毕后，认真作好记录，以便指导下设和拆卸。

2)浇筑前准备

采用双根导管满管法浇筑前，导管内放置略小于导管内径的隔离塞球作为隔离体，隔离泥浆与砂浆。在每根导管浇筑前，先注入适量的砂浆，再备足足够的混凝土(考虑导管内容积及封埋导管的方量)，一次性对导管进行封堵。挤出塞球并埋住导管底端。每槽先浇筑孔底高程最低部位的导管。

3)浇筑过程控制

①浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度不得小于1.0m，不宜大于6m，

②混凝土面上升速度应不小于2m/h，并保证均匀上升，同时控制各处高差在500mm以内，特别是由于槽段内埋设灌浆管，应严格控制混凝土浇筑的上升速度和混凝土面的高差。

③至少每隔30min测量一次槽孔内混凝土面深度，每隔2h测量一次导管内的混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图及混凝土浇筑量随深度的理论变化曲线，指导导管的拆卸工作。当浇筑方量与混凝土顶面位置不相符时，应及时分析，找出问题所在，及时处理。

④浇筑过程中，密切注意槽口情况，若发现预埋件上浮，应稍作停浇，同时，在预埋件上面加压重物，在不超过规定的中断时间内继续浇注。

⑤不符合质量要求的混凝土严禁浇入导管内，防止入管的混凝土将空气压入导管内，另外，槽孔口应设置盖板，避免混凝土散落槽孔内。

⑥混凝土终浇顶面至少高于设计高程500mm以上。

3 地下连续墙质量检查及施工控制点

地下连续墙的质量检查和验收主要包括以下内容:

3.1 泥浆配制质量和稳定性符合设计要求

泥浆在防渗墙施工中的作用主要是保持孔壁稳定、悬浮钻渣以及冷却钻具。本工程要求采用膨润土造浆，泥浆配合比通过试验室确定，膨润土泥浆性能指标，应符合下表规定。

表1 不同阶段泥浆性能指标控制标准(注②)

3.2 槽孔终孔的质量检查与验收内容

序 号 项 目允许偏差1孔位偏差≤3cm 2槽孔宽度不小于设计墙厚一般地层 ≤孔斜率3 0.4%漂石、陡岩 ≤1/3 4 0.6%接头孔 两孔位任一中心深度偏差不大于设计墙厚的入岩深度符合设计要求

3.3 浇筑前槽孔清孔的质量检查与验收内容

(1)孔内泥浆性能指标;

(2)孔内淤积厚度;

(3)接头孔壁刷洗质量。

3.4 混凝土浇筑的质量检查与验收内容

(1)混凝土原材料质量的抽样检验;

(2)混凝土的终浇高程;

(3)混凝土出机口和现场取样的物理力学性能检验。

3.5 混凝土成墙后质量检查

混凝土成墙后应进行检查孔检验，检查孔布置应具代表性，沿地下连续墙轴线每100m设1个检查孔，一、二期槽孔接缝处、施工薄弱部位均应设检查孔，具体位置由监理人确定。

4 地下连续墙施工质量评价

工程施工完毕后，在地下连续墙外侧砌筑挡墙基础过程中，对部分段地下连续墙顶段进行开挖，外露3m左右的连续墙，业主、监理、施工单位共同进行了质量普查:

1)垂直度:地下连续墙内侧面平滑顺接，实测80测点，全部满足设计要求，不足之处只有个别导向槽下部有明显瘤块。原因是施工时出现过轻微塌孔而造成。

2)墙体质量:墙身没有泥窝、夹泥较少，沿深度方向底部混凝土密实性好，墙面光滑、整洁，墙顶部密实性稍差，混凝土中含泥明显增多。但没有大的“包块”和“狗洞”。钢筋没有出现露筋现象。

3)接头质量:施工槽顺接较好，没有出现大的折点，连接点形成圆曲线，接头两侧混凝土充填密实。

4)检查孔检测:通过控内影像检测设备观测:内壁光滑，墙体内混凝土比较密实，浇筑连续，均匀，没有出现松散、空隙、空洞等现象。

5)在地下连续墙混凝土达到28天强度后，对所有连续墙进行了低应变无损检测，从抽查的检测波来看，基本波形一致，没有出现异常反射波。说明混凝土中没有出现断裂及错接，属“一类桩”级别。

5 结语

随着现代科学技术的不断进步，新材料和新工艺及新的检测设备的不断出现，也为地下连续墙施工技术提供了很多的发展动力和机会。同时也为我们提出了很多新的课题。如何在各种复杂地基中开挖出符合设计要求的槽孔;如何保证槽孔在开挖和混凝土浇筑过程中的稳定;如何使混凝土在浇筑中，形成一道连续的、均匀的、不透水的并能承受各种荷载的墙体;如何保证各个墙段之间的接缝连接顺畅，这些问题既是地下连续墙的技术要点，又是地下连续墙的技术难点。正等待我们一一去解决，只有这样才能促进这一技术的不断成熟和发展。

［1］ 水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范［S］SL174－96.

［2］ 水电水利工程混凝土防渗墙施工规范［S］DL/T5199－2004.

［3］ 夏可风.水利水电工程施工手册［M］.地基与基础工程，2004.

［4］ 高钟璞.大坝基础防渗墙M］北京:中国电力出版社，2005.