地下连续墙在软土地基房建地下室围护工程中的应用与监测分析

王 坚,蓝德胜,董展魁

(1.鲲鹏建设集团有限公司,浙江 杭州 310053；2.浙江宝厦建设有限公司,浙江 绍兴 312000)

1 工程概况

本工程两侧紧邻市区道路,两侧紧靠住宅小区。项目总建设用地面积9 035 m2,总建筑面积为39 523.83 m2,其中地上总建筑面积25 765.83 m2,地下建筑面积13 758 m2。项目由教学综合楼、教学综合楼辅楼、宿舍楼、钢结构连廊、地下车库等组成。项目及周边环境图见图1。

图1 项目及周边环境图

工程±0.000 m相当于绝对高程4.300 m,场地周边平均绝对高程4.000 m,相对标高-0.300 m。本基坑围护结构周长为375 m。地连墙深度为33.8～35.8 m,基坑开挖深度为12.7～13.8 m,基坑安全等级一级。

支护结构主要采用800 mm厚地下连续墙围护和两道混凝土支撑体系,北侧邻近老旧砖混建筑(无桩基)的部位采用了地下连续墙围护加排桩门架结构支护。另外,地下连续墙与地下室外墙结合为两墙合一的结构形式。

地连墙按基坑轮廓分别有“—”“L”“Z”“>”四种形式,共设置了65幅地下连续墙，见图2。单幅墙体钢筋笼最长为35.3 m,厚660 mm,重为26 t。总的混凝土浇筑工程量约为10 200 m3。

图2 地连墙分幅平面图

2 施工重点和难点分析

本项目处于繁华市区核心地带狭小的地理空间内,北侧和东侧有老旧的砖混结构住宅建筑,西侧和南侧为市区道路,路面下各类管线密布。

项目所处位置,地质土层分布以淤泥质粉质黏土和淤泥质黏土为主。基坑围护结构的设计和施工变形控制难度极大。基坑施工是本工程最主要的施工难点之一。

2.1 基坑周边环境

东侧为住宅小区,基坑围护地连墙边离围墙6.6 m,围墙外即为小区道路。

西侧为市区道路,基坑围护地连墙边离围墙4 m,距离非机动车道边8.11 m。

南侧为市区道路,基坑围护离围墙3.3 m,外部即为道路。

北侧住宅小区(5～6层砖混结构住宅),距离基坑边最近12.1 m。

基坑细小的变形都将对房屋结构和市区道路造成严重影响,甚至危及建筑结构安全,需重点防护和监控。

2.2 基坑周边管线排布

东侧：机动车道有埋深3 m的污水管线和埋深2 m的雨水管。路面下南北向燃气管道,距基坑边约15.5 m。

西侧：非机动车道有埋深1.2 m的通讯管线和埋深1.0 m的自来水管,距离基坑边分别为4.6 m和5.8 m。机动车道上有埋深3 m的污水管线和埋深2 m的雨水管线。另有埋深1.5 m 的10 kV高压电缆。路面下南北向燃气管道,距基坑边约4.5 m。

南侧：非机动车道有埋深1.2 m的通讯管线,距基坑边5.4 m。机动车道上有埋深3 m的污水管线和埋深2 m的雨水管线。路面下东西向燃气管道,距基坑边约12.5 m。

北侧：小区内有东西向燃气管道,距基坑边约8 m。

2.3 各土层的物理力学性质指标

各土层物理力学性质指标见表1。

表1 土层物理力学性质指标[1]

2.4 基坑围护变形的控制方向和难点

地连墙的成槽、钢筋笼吊装和墙体幅间渗漏水控制至关重要[2],甚至可以影响到整个围护体系最后的成败。

在成槽阶段,本项目在地连墙外侧采用了三轴搅拌桩设计,内侧没有设置槽壁加固,施工期间由于墙体两侧土体强度不一,以及三轴桩的搅流纹影响,对整个墙体的垂直度控制增加相当大的难度,需要做内外两道槽壁加固更能从技术上保证质量；尽可能选择带有强制纠偏功能的成槽机,通过偏移板传感器和超声波测壁仪对槽壁进行检测、调整,确保成槽垂直度,防止前后开叉或左右开叉，以免影响后期二墙合一结构墙体的整体质量。

槽壁的稳定性重在控制泥浆相对密度,特别是雨天的泥浆相对密度和浆液面与地下水位高差[3],防止塌方。

在围护设计图的基础上,需对钢筋笼的吊装进行二次设计,特别是吊点设计和笼内纵、横向钢筋桁架的设置，对整个钢筋笼在起吊时的变形和防失稳控制起着关键作用。二次设计每幅钢筋笼需增加15%～30%的辅助钢筋量,尽可能调整到围护设计图中,单独的商务签证会带来不小的风险。另外,在起吊前,需重点检查钢筋接驳器及电焊加固,防止笼体散架。

地连墙接头处的抗渗及抗剪性能,决定着墙体的质量和围护设计体系的成败。 成槽和幅间施工时,刷壁器沿接头孔壁分段上下反复刷洗数十次,没有难度,但需认真,这将决定混凝土浇注后的密实、咬合、渗漏等质量问题。在混凝土初凝后终凝前需将锁口管全部拔出,但在市区民居密集区域,夜间施工因拔管时的高分贝噪音扰民问题,只能选择先拔松锁口管,待第二天拔出,这样就会在拔出过程中产生更大的摩擦和震动,影响已经终凝但强度相对较低的墙体结构质量,接口渗漏水问题也随之增加。

3 围护支撑结构体系的选型和优化

基于上述复杂地貌和地质现状,本项目基坑围护设计时充分考虑了土方开挖可能引起的不同程度的变形,以及施工对周边管网、建筑、环境带来非常重大的影响。经综合评估和分析,选用适于城市密集建筑群及夜间施工；适于复杂的地下施工条件,并具有良好的抗渗、承载、刚度大、变形小,综合造价可控的地下连续墙支护体系作为本项目基坑支护的首选方案。

经反复论证,围护支撑选用了800 mm厚地下连续墙结合两道现浇钢筋混凝土支撑体系。同时,为了提高地下使用空间、降低造价,采用了地连墙与地下室外墙“两墙合一,一墙多用”的结构形式。以地下连续墙为主要基坑支护方式,可以使土方开挖施工控制在一个长方体、大刚度的箱型内实施,无须传统土方开挖的放坡,减少了土方开挖量,且便于在狭小作业空间内作业施工。地下连续墙具有良好的延续性,无类似咬合桩(排桩)施工过程中造成的“施工缝”或桩间土流失现象,具有良好的防渗、截水效果,有效地防止了水压力差造成土体流失,以及因传统围护结构刚度不足等因素引起的软土滑移,而导致的土体变形[4]。从而有效地保护临近基坑无桩基的老旧砖混结构住宅、地下综合管线和城市道路的安全。

在基坑西侧和北侧靠近既有老旧建筑一侧,为控制变形，提高支护结构整体刚度,采用地连墙的外侧,加设一排Φ800@1 100的隔离桩与围檩形成门架结构，见图3。

另在整个围护结构地连墙的外侧用Φ850@600的三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕；在基坑东面和北面的地下连续墙内侧用Φ850@600的三轴水泥搅拌桩,在基坑的西、南面的地下连续墙内侧采用800 mm直径的高压旋喷桩进行槽壁加固；并在基坑底部沿围护桩设置宽度为4 000～7 500 mm不等的被动土加固。用多种结构配合形成了地下室基坑整体支撑支护体系。施工工艺和施工组织较为复杂,且对地下连续墙主体结构施工提出了更高的要求。见图4。

同时,通过实践和试验改进了施工工艺,将原设计幅与幅之间的锁口管接头改为H型钢链接,从而大幅减少了拔管时的施工振动及噪音,减少对周边邻近建筑物与居民的影响。同时,改善了刷壁器对锁口位置的清泥难度,提高了墙幅间的咬合度,提高了抗渗能力和连接刚度[5]。

图4 地连墙与排桩围护剖面图

4 施工工艺流程及注意事项

4.1 施工工艺流程

地下连续墙施工工艺流程图见图5。

4.2 施工工序及注意事项

1) 导墙的开挖、施工

在施工前在导墙上标注幅段号、幅宽以便挖槽控制和过程检查,为地下连续墙提供准确的定位测量基准。允许偏差控制要求见表2。

图5 地下连续墙施工工艺流程图

项目允许偏差检查频数范围点数检测办法宽度(设计宽度30～50 mm)/mm<±10每幅1尺量垂直度

2) 道路硬化

本项目地处软土地基,为确保成槽机作业区域的地面承载力,现场进行了硬化(配筋)以确保成槽机不因地面变形影响垂直度控制。

3) 泥浆制备与相对密度的检测控制

新拌制泥浆性能指标见表3,循环泥浆性能指标见表4。

4) 钢筋笼制作重点

① “几”字吊点钢筋、“U”型换吊搁置筋与主筋采用焊接,焊接质量控制。

② H型钢接头两侧安装止浆铁皮。见图6。

图6 止浆铁皮

5) 成槽质量检验重点

表4 循环泥浆性能指标

地下连续墙段成槽后,进行成槽质量检测(槽壁稳定曲线、垂直度、沉渣厚度和槽宽、泥浆三相指标等参数),确保成槽质量,满足混凝土浇捣要求[5]。

6) 钢筋笼吊装

吊装作业按论证后方案实施。

7) 锁口管(反力箱)顶拔

① 锁口管与混凝土直接接触,后期顶拔存在震动及噪音,有扰民影响。当采用多节锁口管时,存在顶拔困难的问题。

② 调整为反力箱,不与混凝土直接接触,顶拔方便,无须采用专门顶拔设备,扰动反力箱后可直接用履带吊吊起,施工方便；反力箱顶拔无噪音及震动；但是采用反力箱后需要制作“H”型钢接头,需少量增加造价。见图7。

8) 基坑变形监测

基坑土方开挖是对围护体系设计与施工的最佳检验,本基坑共设置监测点27个,监测频率1次/天,异常情况下为2～3次/天。

经项目现场实施,重点监控紧邻老旧建筑区域(由地下连续墙与排桩共同形成的门架支护体系)的变形检测,代表测点TST1孔的最大变形为12 mm,TST8孔的最大变形为9.2 mm。其余临街基坑(地下连续墙结合水泥土三轴搅拌桩止水帷幕的支护体系)变形检测数据均匀且较为稳定,代表测点TST14孔最大变形9.5 mm。见图8。

图7 地连墙围护支撑体系

图8 监测曲线图

5 结 语

通过在本项目的应用和实践,验证了处于软土地基的地下连续墙在房建工程地下室基坑围护设计和施工的可行性。

其结构刚度大变形小,对邻近建筑(特别是对邻近基坑的老旧建筑)和密集的市政管线设施的保护效果明显。

由于其结构幅间间隙小,施工噪音小,泥浆可重复利用，外运量少等优点，避免了传统排桩和三轴搅拌桩围护体系易出现的水土流失、土体滑移导致基坑位移和变形,以及施工噪音、泥浆等城市关注的环保问题。

本技术施工速度快,操作人员少,便于机械化作业,在市区建筑市政设施密集的区域实施的综合性价比高。同时适合变形控制要求高的邻近地铁盾构沿线地下室的基坑围护体系(盾构控制变形在本地区为20 mm),值得借鉴和推广。