课题3.5 地下连续墙施工
地下连续墙的施工是多个单元槽段的重复作业,每个槽段的施工过程大致可分为五步:首先在始终充满泥浆的沟槽中,利用专用挖槽机械进行挖槽;随后在沟槽两端放入接头管;将已制备的钢筋笼下沉到设计高度;然后插入水下灌注混凝土导管,进行混凝土灌注;待混凝土初凝后,拔去接头管,如图3.43所示。
图3.43 地下连续墙施工程序
地下连续墙的施工工艺流程如图3.44所示。其中修筑导墙、配制泥浆、开挖槽段、钢筋笼制作与吊装以及混凝土浇筑是地下连续墙施工中主要的工序。
图3.44 地下连续墙施工工艺流程
3.5.1 修筑导墙
1.导墙形式
如图3.45所示,导墙断面一般为L形、匚形或Γ形,L形和匚形用于土质较差的土层;Γ形用于土质较好的土层。
图3.45 导墙形式
2.导墙施工
导墙一般用钢筋混凝土浇筑而成,采用C20混凝土,配筋较少,多为
12@200,水平钢筋按规定搭接;导墙厚度一般为150～250mm,深度为1.5～2.0m,底部应坐落在原土层上,其顶面高出施工地面50～100mm,并应高出地下水位1.5m以上。两侧墙净距中心线与地下连续墙中心线重合。每个槽段内的导墙应设一个以上的溢浆孔。
现浇钢筋混凝土导墙拆模后,应立即在两片导墙间加支撑,其水平间距为2.0～2.5m,在养护期间,严禁重型机械在附近行走、停置或作业。
导墙的施工允许偏差:①两片导墙的中心线应与地下墙纵向轴线相重合,允许偏差应为±10mm;②导墙内壁面垂直度允许偏差为0.5%;③两导墙间间距应比地下墙设计厚度加宽30～50mm,其允许偏差为±10mm;④导墙顶面应平整。
3.5.2 配制泥浆
1.泥浆制作
(1)泥浆材料。配制泥浆的主要材料有黏土(一般采用酸性陶土粉)、纯碱(Na2CO3)、羧甲基纤维素(CMC)、水(一般采用pH值接近中性的自来水)。此外,可根据需要掺入少量硝基腐植酸碱剂(简称硝腐碱)或铁铬木质素硫酸盐(FCLS,简称铁铬盐)。
(2)泥浆需要量。泥浆的需要量取决于一次同时开挖槽段的大小、泥浆的各种损失、制备和回收处理泥浆的机械能力,一般可参考类似工程的经验决定。
(3)泥浆配比。纯碱液配制浓度为1︰5或1︰10。
CMC液对高黏度泥浆的配制浓度为1.5%,搅拌时先将水加至1/3,再把CMC粉缓慢撒入,然后用软轴搅拌器将大块CMC搅拌成小颗粒,继续加水搅拌。CMC配制后静置6h使用。
硝腐碱液配合比为硝基腐植酸︰烧碱︰水=15︰1︰300,配制时先将烧碱或烧碱液和一半左右水在储液筒里搅拌,待烧碱全部溶解后,放进硝基腐植酸,继续搅拌15min。
泥浆搅拌前先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机,在定量水箱不断加水的同时,加入陶土粉、纯碱液,搅拌3min后,加入CMC液及硝腐碱液继续搅拌。
一般情况下,新拌制的泥浆应存放24h或加分散剂,使之充分水化后方可使用。
2.泥浆处理
当泥浆受水泥污染时,黏度会急剧升高,可用Na2CO3和FCL(铁铬盐)进行稀释。当泥浆过分凝胶化或泥浆pH值大于10.5时,则应废弃。废弃的泥浆不能任意倾倒或排入河流、下水道,必须用密封箱、真空车将其运至专用填埋场进行填埋或进行泥水分离处理。
3.5.3 开挖槽段
成槽时间约占工期的一半,挖槽精度决定了墙体制作精度,所以槽段开挖是决定施工进度和质量的关键工序。
挖槽前,预先将地下墙体划分成许多段,每一段称为地下连续墙的一个槽段(又称为一个单元),一个槽段是一次混凝土灌注单位。
槽段的长度,理论上应取得长一些,这样可减少墙段的接头数量,不但可提高地下连续墙的防水性和整体性,而且也减少了循环作业的次数,提高施工效率;但实际上槽段的长度应根据设计要求、土层性质、地下水情况、钢筋笼的轻重大小、设备起吊能力、混凝土供应能力等条件确定,一般槽段长度为3～7m。
划分单元槽段时应注意合理设置槽段间的接头位置,一般情况下应避免将接头设在转角处、地下连续墙与内部结构的连接处,以保证地下连续墙有较好的整体性。
作为深基坑的支护结构或地下构筑物外墙的地下连续墙,其平面形状一般多为纵向连续一字形。但为了增加地下连续墙的抗挠曲刚度,也可采用工字形、L形、T形、Z形及U形。墙厚根据结构受力计算确定,现浇式一般为600～1000mm,最大为1200mm;预制式受施工条件限制,厚度一般不大于500mm。
挖槽过程中应保持槽内始终充满泥浆,根据挖槽方式的不同确定不同的泥浆使用方式。使用抓斗挖槽时,应采用泥浆静止方式,随着挖槽深度的增大,不断向槽内补充新鲜泥浆,使槽壁保持稳定。使用钻头或切削刀具挖槽时,应采用泥浆循环方式,用泵把泥浆通过管道压送到槽底,土渣随泥浆上浮至槽顶面排出称为正循环;泥浆自然流入槽内,土渣被泵管抽吸到地面上称为反循环,反循环的排渣效率高,宜用于容积大的槽段开挖。
非承重墙的终槽深度必须保证设计深度,同一槽段内,槽底深度必须一致且保持平整。承重墙的槽段深度应根据设计入岩深度要求,参照地质剖面图及槽底岩屑样品等综合确定,同一槽段开挖深度宜一致。
槽段开挖完毕,应检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度,合格后应尽快清底换浆、安装钢筋笼。
3.5.4 钢筋笼的制作和吊放
1.钢筋笼的制作
钢筋笼的制作按设计配筋图和单元槽段的划分来制作,一般每一单元槽段做成一个整体。
钢筋笼宽度应比槽段宽度小300～400mm,钢筋笼端部与接头管或混凝土接头面间应留有150～200mm的空隙。主筋净保护层厚度为70～80mm,为了确保保护层厚度,可用钢筋或钢板定位垫块或预制混凝土垫块焊于钢筋笼上,保护层垫块厚50mm。
制作钢筋笼时要预留插放浇筑混凝土用导管的位置,在导管周围增设箍筋和连接筋进行加固;纵向主筋放在内侧,且其底端距槽底面100～200mm,横向钢筋放在外侧。
为防止钢筋笼在起吊时产生过大变形,要根据钢筋笼重量、尺寸以及起吊方式和吊点布置,在钢筋笼内布置一定数量(一般2～4榀)的纵向桁架及横向架立桁架,对宽度较大的钢筋笼在主筋面上增设ϕ25水平筋和斜拉条。
钢筋绑扎一般用铁丝先临时固定,然后用点焊焊牢,再拆除铁丝。为保证钢筋笼的整体刚度,点焊数不得少于交叉点总数的50%。
2.钢筋笼的吊放
起吊时,用钢丝绳吊住钢筋笼的四个角,为避免在空中晃动,钢筋笼下端可系绳索用人力控制。起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖引,以防造成下端钢筋弯曲变形。
插入钢筋笼时,一定要使钢筋笼和吊点中心都对准槽段中心,徐徐下降,垂直而又准确地插入槽内。此时须注意不要因起重臂摆动或其他影响而使钢筋笼产生横向摆动,造成槽壁坍塌。
钢筋笼插入槽内后,检查其顶端高度是否符合设计要求,然后将其搁置在导墙上。
3.5.5 槽段接头
地下连续墙需承受侧向水压力和土压力,而它又是由若干个槽段连成的,那么各槽段之间的接头就成为连续墙的薄弱部位;此外,地下连续墙与内部主体结构之间的连接接头要承受弯、剪、扭等各种内力,因此接头连接问题就成为了地下连续墙施工中的重点。
地下连续墙的接头形式大致可分为施工接头和结构接头两类。施工接头是浇筑地下连续墙时纵向连接两相邻单元墙段的接头。结构接头是已竣工的地下连续墙在水平方向与其他构件(地下连续墙内部结构的梁、柱、墙、板等)相连接的接头。
3.5.6 水下混凝土浇筑
1.清底工作
槽段开挖到设计标高后,在插放接头管和钢筋笼之前,应及时清除槽底淤泥和沉渣,否则钢筋笼插不到设计位置,地下连续墙的承载力降低。通常将清除沉渣的工作称为清底。
清底可采用沉淀法或置换法进行。沉淀法是在土渣基本沉淀到槽底之后再进行清底;置换法是在挖槽结束之后,对槽底进行认真清理,然后在土渣还没有沉淀之前就用新泥浆把槽内的泥浆置换出来。工程上一般常用置换法。
清除沉渣的方法常用的有砂石吸力泵排泥法、压缩空气升液排泥法、带搅动翼的潜水泥浆泵排泥法、抓斗直接排泥法。
2.混凝土浇筑
地下连续墙的混凝土是在护壁泥浆下浇筑,需按水下混凝土的方法配制和浇筑。