一种接头管防绕流料仓漏斗在地连墙中的应用

李 昊，郭 东

（天津深基工程有限公司，天津 300222）

引言

随着地下连续墙（以下简称“地连墙”）越来越广泛应用于基础工程及围护结构[1]，如何防止和控制地连墙接头管底部混凝土绕流成为地连墙施工质量控制的重点。传统的地连墙接头型式采用圆形或圆形带翼接头管，采用此类接头管当接头管下放不到底时，混凝土会通过接头管底部发生绕流从而进入接头管内部；当接头管下放到底时，混凝土浇筑后，上拔接头管时间过早，混凝土凝固不充分或未达到初凝条件。当接头管起拔时，混凝土从接头管底部绕流进入管内，造成接头管内部清理困难。

为解决上述地连墙施工中接头管底部绕流问题，本文结合实际工程情况，提供一种新颖可靠、操作简单的地连墙接头管防绕流料仓漏斗装置及施工方法。

1 概述

唐山港京唐港区23号至25号多用途泊位工程位于京唐港区三港池南侧岸线的西侧[2]，码头总长度为945 m，新建1个7万t级和2个10万t级多用途泊位。码头前沿设计水深为-15.5 m，码头面高程为4.0 m，采用遮帘式地连墙板桩结构型式，结构主要由地连墙、锚碇墙、遮帘桩、胸墙、导梁及钢拉杆等组成，地连墙数量为182幅。根据码头地连墙的施工特点，为了确保地连墙接缝处的施工质量，防止接缝处渗水漏沙，施工时在地连墙接缝处采用圆形接头管。地连墙施工过程中，结合本工程的实际情况，发明了一种接头管防绕流的料仓漏斗装置，解决了地连墙在使用圆形接头管的情况下底部绕流的问题，并在实际工程中进一步得到了验证和改进，总结出了一套接头管防绕流的料仓漏斗的使用方法。

2 传统接头管混凝土绕流分析

2.1 传统地连墙接缝施工方法

传统的地连墙接缝施工时一般采用圆形或带翼接头管，成槽结束后混凝土浇筑前，槽段检测满足设计及规范要求后，使用履带吊将圆形接头管下放至两槽段接缝处，然后吊放钢筋笼、浇筑混凝土、上拔接头管等后续工作。考虑到技术人员施工经验丰富，掌握拔管时机较准确，一般不采取混凝土防绕流措施。

2.2 传统接头管混凝土绕流通病

1）接头管下放不到底

施工中常常因地质问题距离设计底高程留有富裕高度h，使用混凝土灌注设备浇筑混凝土时，混凝土会通过接头管底部发生绕流从而进入接头管内部，严重时接头管强力提升时未施工槽段土体因顶部土压力过大而在下部形成真空区域造成坍塌，混凝土不仅绕流进入接头管内部，而且绕过接头管底部流入相邻槽段，且随混凝土浇筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作难以进行，如图1和图2所示。

图1 接头管未下放到底混凝土绕流平面

图2 接头管未下放到底混凝土绕流剖面

2）接头管下放到底

施工中接头管下放至设计底高程，未留富裕高度h，为了降低接头管拔不出来的风险，上拔接头管一般在混凝土初凝前进行。虽然拔管时间早已经过试验确定，但在实际施工过程中，由于混凝土自身质量、天气及地质等外界因素的影响，技术人员在上拔接头管时往往偏于保守，就是拔管时间“宁早勿晚”。这就可能引起混凝土凝固不充分或未达到初凝条件。当接头管起拔时，混凝土从接头管底部绕流进入管内，造成接头管内部清理困难。这种情况下严重时如果接头管强力提升，未施工槽段土体因顶部土压力过大而在下部形成真空区域造成坍塌，混凝土不仅绕流进入接头管内部，而且绕过接头管底部流入相邻槽段，且随混凝土浇筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作难以进行，如图3、图1和图2右侧图所示。

图3 接头管下放到底混凝土绕流剖面

3 新型料仓漏斗的研发

3.1 新型料仓漏斗的结构

为解决上述问题，本文提供一种地连墙接头管防绕流的料仓漏斗，其中：该结构包括有料仓、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳等；所述料仓、漏斗和漏斗封堵使用钢板加工制作而成，所述支架采用方矩管制作，所述吊耳采用圆钢制作，料仓、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳相互焊接成一个整体，如图4所示。

该装置为可拆除的结构，漏斗底部留置有可拆卸的漏斗封堵，可随时控制级配碎石的下送，料仓顶部设置有圆钢制作的吊耳，可随时使用吊车将该装置与接头管分离。

图4 新型料仓漏斗

3.2 新型料仓漏斗的设计思想

新型料仓漏斗的设计思想是将料仓和漏斗通过支架坐在接头管上，通过料仓和漏斗将级配碎石下送至接头管底部，施工中可随时用漏斗封堵控制下送速度和时间，施工前后使用吊车经吊耳将装置上下移动，如图5所示。

图5 新型料仓漏斗与接头管安装示意

3.3 新型料仓漏斗加工制作要点

1）料仓、漏斗采用2 mm的钢板制作，漏斗封堵采用4 mm的钢板制作，材质均为普通碳素结构钢，屈服强度σs=235 MPa，刚度弹性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；料仓直径取值1 m、高度取值1.5 m，漏斗底部直径取值0.3 m，即可满足常用地连墙使用要求。

2）支架采用方矩管制作，规格型号为160 mm×160 mm×5 mm，材质为低合金结构钢，屈服强度σs=345 MPa，刚度弹性模量E取值206 GPa，剪切模量G取值79.38 GPa；支架牛腿高度取值0.5 m，即可满足常用地下连续墙使用要求和吊装要求。

3）吊耳采用16 mm圆钢制作，与料仓的焊缝长度为180 mm，材质为普通碳素结构钢，屈服强度σs=235 MPa，刚度弹性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；吊耳高度取值280 mm，其中悬空高度100 mm，焊接长度180 mm，即可满足该料仓漏斗满载下的吊装要求。

3.4 新型料仓漏斗工作特征

1）接头管下放不到底

施工中常常因地质原因接头管未下放到底，通常留有富裕高度h，混凝土灌注设备工作之前，使用该料仓漏斗沿接头管将级配碎石下送至接头管底部，用于填充接头管与设计底高程之间的富裕高度h，混凝土灌注设备工作时可有效防止混凝土绕流进入接头管内部，如图6所示。

图6 接头管未下放到底新型料仓漏斗工作原理

2）接头管下放到底

在接头管下放到底的情况下，混凝土灌注设备工作之前，使用该料仓漏斗沿接头管将级配碎石下送至接头管底部，混凝土灌注后，上拔接头管时，级配碎石自由塌落可有效防止混凝土绕流进入接头管内部。与此同时，随着接头管逐步提升和级配碎石高度逐步上升，也可有效防止侧壁坍塌，尤其是侧壁为松散、均一性差的土质，如流沙土层、湿陷性黄土等不良地质[3]，如图7所示。

图7 接头管下放到底新型料仓漏斗工作原理

3.5 新型料仓漏斗工作步骤

1）装级配碎石。考虑到漏斗底部直径、钢板的承重力要求以及下料速度，料仓和漏斗内每次装载的碎石高度不大于料仓和漏斗的总高度的2/3为宜。

2）吊车吊运料仓漏斗。料仓顶部对应两侧设置2个吊耳，施工前后使用50 t履带吊上下吊运。

3）人工拉、装漏斗封堵。料仓和漏斗内的碎石装载到一定高度后，人工拉除漏斗下的漏斗封堵，即可使碎石自由落下；过程中间歇施工必须中断时，人工安装漏斗封堵，可使碎石下送过程停止。施工中作业人员注意的安全事项包括机械伤害、高处坠物和物体打击等。

3.6 施工中注意要点

1）此新型料仓漏斗主要针对地连墙接头管底部混凝土绕流情况，不能解决接头管与槽壁纵向混凝土绕流，施工时要注意控制接头管与槽壁纵向缝隙宽度。

2）此装置在地连墙施工时能够起到预防作用，对于已经发生混凝土绕流进入接头管的情况，只能强力上拔接头管，使用冲击钻或风镐等设备将接头管内混凝土凿除。

3）随着级配碎石在接头管内高度上升，拔管机起拔时，碎石会对接头管有向下的摩阻力f1，同时还应考虑接头管的自重G、土体对接头管的摩阻力f2、底部初凝混凝土和上部泥浆浆液对接头管的摩阻力f3、以及土体、混凝土等对接头管的粘结力e等等，见图8所示。碎石高度越高，f1越大，相应的拔管机起拔力F1也就越大。如果碎石上升高度较高，可适当加大拔管机的起拔力F1，施工中应注意此类情况。

图8 接头管起拔时受力示意

4 经济效益分析

新型装置用于地连墙施工后，降低了接头管难以拔除的风险，有效的保证了地连墙接缝质量。同时临近槽段成槽时，还可将接头管位置的碎石挖除，现场将挖除的碎石高压水冲后还可重复使用，节约了资源。

表2为使用新型料仓漏斗的码头工程与使用传统施工方法的码头工程在施工中的实际成本费用对比。通过对比发现，在地连墙数量相差无几的情况下，使用传统施工方法的实际成本约为2 179元/幅，而使用新型料仓漏斗的实际成本约为681元/幅，同时新型装置可重复利用，经济效益可观。

表2 项目工程实际成本费用对比

5 结语

本文所述的新型料仓漏斗装置，能够循环利用，可以一次安装到位，节约了地连墙因事故处理费用，减少了相邻槽段接缝处理时间，降低了接头管损坏的风险，提高了槽段间接缝的抗渗透能力，使用效果十分明显。同时本装置操作简便，方便快捷，在地连墙基础工程主体及围护结构工程项目中应用前景十分广阔。