超深基坑围护结构地连墙接缝变形控制方案

邢杨 王蒙 孙鹏清 孙青敏 张泽鑫

中国建筑第六工程局有限公司轨道交通天津分公司 天津 230009

引言

随着城市地下空间工程的快速发展，特别是在大型城市修建的地下交通综合体系，地铁多线换乘网络建设得到了很大的突破。目前，车站围护结构大多使用地下连续墙，由于自身刚度大、防渗性能良好的特点，成为软土地区深基坑围护结构的首选。

依据各地方工程实际施工经验，地连墙施工过程中的墙身质量（露筋、夹泥、冷缝、偏移、孔洞）和接缝质量（刚性接头变形、接缝绕流）是基坑开挖阶段渗漏、坍塌的关键原因。根据天津多项深基坑工程实际案例，在基坑开挖过程中基坑渗漏多数发生在墙体接缝处[1]。

本文以天塔站围护结构地连墙施工为工程案例，通过与已完工地质条件类似的工程实体进行对比分析，进行了139幅实际工程地连墙接缝控制研究，归纳总结地连墙接缝变形类型及其成因，研究地连墙接缝变形控制方法。

1 工程背景

天津地铁7号线天塔站为邻近既有线地铁盾构区间的深基坑项目为地下三层两柱三跨框架结构。开挖深度为27.9～29.8m，车站主体左线长308.535m，右线长247.259m。围护结构地连墙共计139幅，厚度1.2m，地连墙成槽平均深度为56.5m。

本站基坑开挖深度最大为29.8m，地下连续墙深度56.5m。

如图1所示，地连墙采用工字钢钢板接头，钢板厚度为12mm，深度同地连墙深度一致，各钢板接头处由现场施工人员焊接加工。

图1 地连墙钢筋笼及工字钢板接头示意（单位:mm）

如图2所示，为避免地连墙施工出现偏折，混凝土浇筑与外侧回填砂石同步施工[2]。

图2 混凝土浇筑及回填砂石示意图（单位:m）

2 地连墙工字接头钢板变形分析

根据既有工程施工资料，结合地质报告，我们对50幅地连墙的超声波图像进行整理分析，约有40%地连墙接头产生了不同程度的变形。如图3所示，变形主要体现为以下四种类型：①钢筋笼底部工字钢接头纵向焊缝处偏折。②工字钢接头整体倾斜。③工字钢中间段突然开始偏折。④在混凝土浇筑过程中，由于回填沙袋和浇筑施工等多重因素导致钢板接头变形。

图3 地连墙浇筑回填施工示意

经总结分析，造成地连墙工字钢板接头变形的主要原因有：

第一，钢板采取现场焊接方式，由于施工原因基底回填砂石不足造成的工字钢板接头变形。

第二，断裂基本出现在基底5m处砂层位置，刚度不足，内外压差大，导致接头变形、偏折、断裂。

第三，钢筋笼下方过程中，下放冲击力导致基底工字钢板偏折。

第四，现场采用编织袋装土进行回填，由于回填不规则，且编织袋之间空隙很大，导致接头外侧侧向力不均匀，向外侧变形。

第五，在混凝土浇筑前，为防止土层坍塌，导致接缝出现夹泥现象，现场采用先回填接头外侧土袋，在这过程中，由于钢筋笼和接头钢板焊接不到位，可能会出现大的偏折。

第六，在混凝土浇筑过程中，混凝土采用商品混凝土，运输距离远，且受早晚交通高峰的影响大，同时混凝土浇筑速率受场地条件、工人操作水平、机械保养等因素影响。所有到场的混凝土初凝时间差别较大。混凝土浇筑过程中控制不合理，外侧回填不足导致向外侧变形[3]。

3 变形控制方法

通过现场多次试验，结合超声波成孔影像分析，通过下述措施，地连墙接头工字钢板边线得到了有效控制。

优化工字钢板接头外侧回填材料，从编织土袋改为回填小粒径碎石，碎石的空隙率小于土袋，且碎石强度大，抗挤压变形能力强，可以抑制混凝土浇筑向外侧变形，布置如图4所示。

图4 工字钢板纵向焊缝加强示意

在工字钢板纵向焊缝处增设水平筋，加强钢板接缝处抗弯能力。

结合商混站运输时间、运输路线，统筹安排地连墙成槽、吊装进度，控制混凝土运输时间错开早晚交通高峰，保证混凝浇筑连续，且初凝时间在可控范围内。

通过上述方法，地连墙接头钢板变形得到了有效控制，超声波检测结果如图5所示。

图5 超声波成孔检测

4 结束语

通过对超深基坑地连墙接头钢板变形控制方法试验研究和分析，可以获得下列结论：

第一，本项目地下连续墙开挖深度为56.5m，成槽深度大，钢板由于内侧混凝土浇筑与外侧回填土袋产生的侧压力大，接头钢板易变形。

第二，现场加工钢板接头需对纵向焊缝补强，本项目采用加焊措施，有效抑制工字钢板变形。

第三，混凝土初凝对控制对地连墙完整性、抑制变形非常重要，施工中做好试验，根据结果确定外侧回填速度。

第四，通过将工字钢和钢筋笼补强，在同条件施工工况下没有明显的偏折破坏，具有良好的强度，可以在其他超深基坑围护结构地连墙钢筋设计和施工具有参考价值。