地下连续墙技术在杭州塘北单元项目中的应用

李志伟

（杭州鸿德基础工程有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

地下连续墙是利用特种成槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下开挖出一段特定厚度的深槽，放入制作好的钢筋笼构架，并在其内浇灌混凝土筑成一段钢筋混凝土墙段，然后把这些墙段逐一连接起来而形成的一道具有防渗、挡土和承重功能的连续的地下墙体[1]。地下连续墙技术自20 世纪50 年代起源于欧洲，因其在墙体刚度、抗渗性等方面的优势，在欧洲和日本等地诸多对周围地面沉降和土体位移有特殊要求的地下工程中得到推广应用，其机械设备、工艺工法、墙体材料、检测技术等各个方面也都随之而有很大进步。我国于20 世纪50 年代末开始在大型水利水电项目中引入地下连续墙技术。近年来，随着各个城市地铁工程的开发建设加速，地下连续墙技术在我国民用工程领域的应用也越来越普及[2]。本文对杭州塘北单元B-09-S42 地块商业商务用房项目临地铁基坑围护中地下连续墙技术的应用加以介绍，可为类似项目提供参考。

1 工程概况

杭州塘北单元B-09-S42 地块商业商务用房项目位于杭州市西湖区古墩路与申花路交叉口的西北角，用地面积约76439m2，总建筑面积307860m2，含10 幢8～13 层的公寓楼和商业综合体，配建3 层地下室，基坑深度约为13m。场地东侧距离杭州地铁2 号线最小间距仅为18.4m。

本项目采用钻孔灌注桩作工程桩基，桩基持力层为中风化粉砂岩，基坑围护采用钻孔灌注排桩支护+三道钢筋混凝土支撑，其中临近地铁线路的东侧采用1000mm 厚、29m 深的两墙合一地下连续墙支护+三道钢筋混凝土支撑；支挡结构外侧采用φ850 三轴搅拌桩作止水帷幕；坑内被动区采用三轴搅拌桩加固。整体按地铁保护的要求需要分坑施工。

2 地下连续墙施工前期准备工作

2.1 工程地质和水文地质分析

本项目表层为1.9～6.1m 的杂填土，自上而下分布有淤泥质粉质粘土、粉质黏土、粘质粉土、粉砂、圆砾、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩、中风化粉砂岩等土层。基地上部主要为表层杂填土中的潜水地下水，埋深在地表以下1.0～1.9m，下部分布有孔隙承压水，水位埋深6.0m 左右。

2.2 制定地下连续墙施工方案

依据设计图纸、技术文件以及施工规范，结合工程现场的地质条件、水文条件和环境条件，确定地下连续墙的整体工艺流程以及具体施工涉及的技术问题，包括确定护壁泥浆的性能指标与配比、泥浆的循环方式与工艺流程、挖槽机型的选择与成槽工艺、导墙形式与入土深度、钢筋笼的制作与起吊等。地下连续墙的工艺流程如图1 所示。

图1 地下连续墙的工艺流程

2.3 制定地下连续墙施工组织设计

项目南侧为较繁忙的市政道路，北侧及西侧为已建成建筑物，东侧地下紧邻地铁2 号线，整体施工场地狭小，所以围绕施工界面展开的现场总平面布置是施工组织设计的重中之重。本项目根据地下连续墙的位置及施工流水，重点对钢筋笼制作平台、履带吊行走道路、泥浆池与原材料仓库的搭设、积土坑布设、废土临时堆场安排做了相对最合理的布置，使整个施工过程穿插有序。

3 地下连续墙施工

3.1 导墙的形式与浇筑

导墙虽是地下连续墙挖槽之前的临时施工设施，但它对地下连续墙工程具有极其重要的作用：导墙作为地下连续墙在地表面的参照物和导向槽，可以确定地下连续墙体在现场的准确位置，并有助于在挖槽过程中监测及控制槽段定位偏差；导墙作为地表土体的挡土墙及容纳泥浆的沟槽，可以保护地表土体稳定并防止泥浆流失；导墙还可以作为钢筋笼吊装入槽时的支承支座以及接头管顶拔拆除时的反力支座。同时，导墙施工也可以降低成槽工作中各种失误的发生概率，为地下连续墙施工提供一定程度的数据支持[3]。

本项目导墙形式为对称倒L 形钢筋混凝土导墙，由厚度为20cm 的C25 混凝土现浇而成，配置φ12@200 钢筋网片一层，并为应对后续较大称重而设置每2m 一道的100mm×100mm 方木支撑；两墙净宽为1040mm，高度不少于1.5m 且必须深入原状土不少于20cm。

3.2 护壁泥浆的制备、循环及处理

护壁泥浆是以膨润土为主要原材料，掺入纯碱、CMC 等外加剂并加水混合搅拌均匀后制成的一种半胶体状悬浮液。护壁泥浆是在槽段开挖过程中确保槽壁不会坍塌的关键措施，其作用机制源于泥浆液面高于地下水位而形成水头压力差，泥浆在压力差作用下会向地基土中渗透，但由于地基土颗粒的阻隔，只有其中的水分可以通过，而泥浆中的膨润土等颗粒物则被隔离在槽壁的地基土孔隙中，进而逐渐填塞直至封闭水分渗透的路径，此时槽壁上便会形成一层薄薄的泥皮，填充在地基土孔隙中的膨润土颗粒也与地基土黏结而形成一层半透水的渗透固结层[4]。

本工程现场设一套泥浆池和处理系统，泥浆池设两级沉淀池，搭配一台旋流器用于加速砂石的分离，搭配一台振动筛用于分离块状泥渣，泥浆循环则由输送泵、回收泵和软管共同组成泥浆循环回路。护壁泥浆在施工循环过程中，其中的膨润土和外加剂等成分会不断损耗，且泥浆在与地下水、泥沙、混凝土等接触时也会混入泥沙颗粒、水泥成分以及其他有害离子，从而导致泥浆劣化。因此，在地下连续墙施工过程中，要持续对泥浆指标进行检测并进行分离净化与再生处理，不断调整以使其性能指标相对稳定，维持其优良的护壁性能，尽可能延长其使用寿命。

对于废浆，包括因受污染而产生的劣化泥浆及施工完成后的余浆，则采用固液分离处理，通过添加分离剂并经振动筛机械分离，分离产生的液态水可排入市政污水系统，固体残留物则通过晾晒或掺拌处理作为弃土外运。

3.3 槽段设置与开挖

本工程地下连续墙的标准槽段设定为6m 一幅，共划分为26 幅，自场地东南侧作为首开幅，中间及转角24 幅为连接幅，东北侧最后一幅为闭合幅。每一幅根据本幅宽度综合考虑预留锁口管的宽度以及成槽时的垂直度偏差，以确保锁口管和钢筋笼能在成槽完成后具备合理的空间沉放到位。同时，槽段设置时也应最大程度避免将槽段与槽段的接头设置连续墙的转角处。

目前主要的地下连续墙成槽技术包括抓斗式、冲击式和回转式等成槽方法[5]。本工程根据连续墙厚度选用金泰SG-35A 型成槽机，配液压导板抓斗，最大提升力可达350kN，最大成槽深度可至70m，该设备抓斗在升降过程中都有一定安全保护，当抓斗下放到孔底时，卷扬机会判断钢丝绳拉力减少并通过液压阀自动控制抓斗停止下放，因此降低了抓斗下放过量的发生概率，有助于成槽施工中对垂直度的控制。

对成槽垂直度的控制需多维并举，单元槽段成槽前可先采用“两钻一抓”法，即先用工程钻机在拟挖槽段的两侧端头各钻一只导引孔，成孔后再以成槽机先挖两侧后挖中间，尽可能使抓斗两侧受力均衡[2]。槽段开挖中对成槽机的控制的核心要领是要尽可能让抓斗在两侧阻力均衡的前提下吃土，所以通常先分别开挖槽段两侧的导引孔，继而再开挖两孔之间留下的隔墙部分，便可以令抓斗在开挖导引孔以及开挖隔墙时都能做到两侧受力均衡，有效保证成槽垂直度。当某些槽段存在抓斗无法一次挖完或者无法使抓斗两侧受力均衡的情形时，可在判断清楚情况后在单侧施加外置阻力，在抓斗吃空的一侧垫放特制反力架，防止抓斗因两侧受力不均而破坏槽壁。在挖槽中需同时通过成槽机上的垂直度观测仪监测垂直度数据，适时调整抓斗的垂直度以进行动态纠偏，确保垂直度符合要求。

槽段底侧达到设计标高后，用超声波等方法测量槽段断面，若误差超过规定精度则需进行修槽。然后用偏心吊刷刷壁设备清理先行墙段的半圆形接头面上的杂质，标准以吊刷面无明显泥渣为准，确保接头处的新老混凝土可以紧密结合。最后再操作成槽机抓斗进行细抓扫底以清底，清底完成后须达到槽深满足设计要求，沉渣厚度不大于100mm。

3.4 接头形式与施工工艺

在当前施工槽段开挖成槽后，需要在槽段的两端沉放锁口管，然后吊放钢筋笼以及浇灌混凝土，待混凝土达到初凝后，拔出锁口管，再开挖相邻槽段。相邻槽段的墙体混凝土与当前槽段拔出锁口管后形成的半圆形接头面紧密结合，便形成一条自下至上的纵向接头缝[1]。地下连续墙的接头形式多种多样，有预制桩接头、十字钢板接头、王字钢板接头、圆形锁口管接头等等，本工程结合杭州本地工程经验及经济性考虑选用锁口管接头形式。

锁口管吊装就位后缓慢沉放入槽内，为使锁口管的底部更加稳固，在将锁口管沉放到槽底后必须再贯击锁口管以将其插入槽底原状土内至少50cm。为避免发生混凝土绕灌而导致锁口管起拔困难，沉放锁口管后必须用黏土或石子将锁口管与迎土端的空隙填满。混凝土初凝后用特定顶拔设备将锁口管拔出，需要注意的是每次起拔的高度和每次拆除的节数必须严格按照混凝土浇灌上升曲线表、混凝土初凝时间和锁口管起拔过程中顶拔压力的变化值进行综合考量[1]。

3.5 钢筋笼的制作与吊装工艺

钢筋笼的制作需要按照设计配筋并结合单元槽段的划分幅度进行，通常需要在通长的钢筋加工平台上制作成形。钢筋笼不得用铁丝绑扎，其中主筋采用对焊接头，水平钢筋与主筋采用点焊焊接。钢筋笼施工用筋外，还需设置吊点钢筋、钢板、搁置钢板、保护层钢板以及定位斜拉杆等，以杜绝在吊装过程中因自重和外力可能造成的变形。此外每幅钢筋笼还需预留两只便于后续混凝土导管下放的预留孔。

钢筋笼须采用整体吊装，本工程中1000mm 厚、29m 长钢筋笼的重量约36t，吊车配置必须要同时保证起吊高度和起吊重量的要求，故采用一主一副两台吊车配合起吊，主吊车选用QUY250A 型履带吊车，副吊车选用QUY75A 型履带吊车。钢筋笼的起吊需遵章操作，先由主、副吊机一起将钢筋笼水平吊离至地面30cm左右后悬停，仔细检查钢筋笼有无损坏，是否平衡以及各个吊点是否可靠，确认无误后再继续缓慢同时抬升一段高度，然后放缓副吊机，继续提升主吊机直至将钢筋笼吊升至竖直悬吊状态，进而将钢筋笼吊至已挖好的槽口后缓慢入槽。就位后用特制的钢架担搁在导墙上，并微调钢筋笼水平和垂直定位以确保位置准确性。

3.6 混凝土浇灌

地下连续墙的混凝土浇灌应在钢筋笼入槽就位后的4h 内开始，且需一次性连续浇筑完成。第一车混凝土浇灌前应在导管内先放入隔水球，这样注入的混凝土会在重力作用下将隔水球推向管底，而滞留在管内的泥浆也会从管底被排出。混凝土浇灌过程中需要始终保持导管下口埋在混凝土内且埋置深度控制在1.5～3.0m，混凝土浇灌完成面控制在高出设计标高约50cm。

4 重难点与处理措施

（1）施工准备中的场地平面布置。地下连续墙施工期间的诸多大型机械设备同时作业，以及超长钢筋加工平台、泥浆池等设施相对于狭小的场地现状而言，均对管理者提出了高效组织平面布置的挑战，所以管理者务必准确踏勘现场，合理排布工序，尽量立体利用空间。

（2）槽段开挖中的垂直度控制。选用先进的成槽机，采用“两钻一抓”并遵循抓斗开挖的平衡原则，全过程检测并动态调整垂直度，以满足设计要求。

（3）钢筋笼的吊装。采用一主一副配合起吊并重点关注施工用筋之外的加强筋及加强钢板的实施，并须高度重视全过程的安全管理。

5 结语

本工程所实施的地下连续墙圆满达成了既定的设计围护效果，虽然相对于过去70 年来全球范围内完成的诸多地下连续墙工程而言，其体量及难度不算典型，但仍希望可以为后续越来越多可能用到类似工艺的城市民用建筑项目提供些许借鉴，以助获得更好的社会与经济效益。