基础工程之地下连续墙

1、5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 地下连续墙的类型地下连续墙的类型5.3 5.3 护壁挖槽使用的泥浆护壁挖槽使用的泥浆5.4 5.4 地下连续墙施工地下连续墙施工5.1 5.1 概述概述应用领域：应用领域：目前地下连续墙已广泛用于大坝坝基防渗、竖井开挖、工业厂房重型设备基础、城市地下铁道、高层建筑深基础、铁道和桥梁工程、船坞、船闸、码头、地下油罐、地下沉碴池等各类永久性工程。 一般地下连续墙可以定义为：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。 1.墙体刚度大、整体性好,防渗截水性能好；

2、 2.施工时振动小、噪声低，对周边的地基无扰动； 3.不用开挖大量的土方量，降低造价，可昼夜施工，缩短工期； 4.施工期间不需降水，不需挡土护坡，不需立模板与支撑，把施工护坡与永久性工程融为一体； 5.适用于多种地质条件，可用作刚性基础代替桩基础、沉井和沉箱基础； 6.结构变形和地基土变形较小，能够紧邻已有建筑物及地下管线开挖深、大基坑，尤其在城市建(构)筑物密集的地区，为防止对邻近建筑物安全稳定的影响，地下连续墙更显示出它的优越性。地下连续墙的主要优点：地下连续墙的缺点： 1.弃土及废泥浆的处理问题，除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境污染； 2.一般用地下连续墙只作围护挡墙时，造

3、价稍高，不够经济； 3.墙面不够光滑，如为“二墙合一”，即同时作为地下结构的外墙时，尚需加工处理或另作衬壁。 地下连续墙在工程中的应用：早在1958 年，地下连续墙已在北京郊区密云大型水库白河主坝中应用，作为大坝地基的防渗墙；密云水库蓄水运行多年，大坝地基不漏水，情况良好。1979 年，上海基础工程公司应用地下连续墙，建造上海港船厂港池试验成功。1980年应用地下连续墙为上海钢铁一厂的一号高炉解决沉碴池工程。虎门大桥是我国第一次设计建造的现代化大跨度悬索桥，其主航道悬索桥跨径880m。此桥西侧锚碇基础采用外径61m、内径59.4m、墙厚80cm 的圆形地下连续墙，1993 年9 月16 日开工

4、，采用了冲击钻成槽，泥浆护壁，仅用3 个月时间就完成了地下连续墙施工。 第一阶段：54幅地下连续墙施工（2004年2月18日4月23日）； 第二阶段：几个槽段的地下连续墙补强（5月5日6月4日）； 第三阶段：基坑开挖（5月18日9月5日）； 第四阶段：桩头处理（9月8日11月25日）； 第五阶段：深坑开挖（11月25日）。 工程施工实践证明：最大变形只有0.03米，仅是同等基坑的3050%，工程整体稳定性良好，对周边环境的影响也在规范规定的限值之内。 北京市西单路口西北角。 占地面积13158平方米，总建筑面积174869平方米，地下4层，局部6层，地上15层，屋顶高57.5m。 工程于200

5、1年4月建成。 大厦由著名建筑大师贝幸铭担任设计顾问，美国贝氏建筑师事务所(PPA)主持设计。 大厦曾获得中国建筑工程总公司科学技术奖一等奖；美国石材协会2001年度最考究建筑奖。第三届詹天佑土木工程大奖获奖工程。 建筑西侧、北侧主楼部分为钢筋混凝土结构，东侧、南侧附楼部分为钢、混凝土结构。 因建筑功能要求，四个区段间没有设缝，全部整体连接，整个结构为板柱框架-剪力墙体系。 地下室墙为800mm厚地下连续墙结构，地下室四周设置预应力锚杆。采用筏基，底板厚1623m。北京地铁复八线工程是北京地铁一号线的中段，西起复兴门，东至八王坟，全长12.7km。其中地下线10余km，地面线近2km。在大北窑

6、车站、热电厂站施工中采用厚0.6m、深约22m、C30钢筋混凝土地下连续墙，有效阻截了地下水及流砂，给施工创造了较好的条件。112001年10月28日，润扬大桥北锚碇地下连续墙顺利合龙，在地下形成1.2米厚的钢筋混凝土矩形墙，为北锚碇超深基坑开挖提供了坚固的围护结构。施工过程中地下连续墙要穿过上部16.5米的原流塑态淤泥、疏松的粉细砂层、着床在花岗岩裂隙发育层。1.第一大跨径: 1490米2.第一大锚碇: 6.8万吨, 3.第一特大深基坑: 69米50米50米4.第一高塔: 215.58米（73层楼高) 5.第一长缆: 缠丝总长度近3200公里 6.第一重钢箱梁: 21000余吨7.第一大面积

7、钢桥面铺装: 70800平方米8.第一座刚柔相济的组合型桥梁润扬长江公路大桥创国内八个第一(世界第三)(缠丝相当于3倍北京至上海的距离。完成的两根主缆每根长2600米，为国内第一长缆，分别由184股、每股127丝、每丝直径5.3毫米的镀锌钢丝组成，所用钢丝总数达23368根，总长度6075万6800米，可以绕地球3圈。)造价:57.8亿元5.2 5.2 地下连续墙的类型地下连续墙的类型 1.按墙的用途可分为临时挡土墙、用作主体结构一部分兼作临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙。 2.按成墙方式可分为桩排式、壁板式、组合式。 3.按挖槽方式大致可分为抓斗式、冲击式、回转式。

8、5.3 5.3 护壁挖槽使用的泥浆护壁挖槽使用的泥浆 泥浆护壁挖槽法就是在充满水和膨润土以及其他外加剂混合液的情况下，在地基中进行钻孔或挖槽的方法，通过泥浆的静水压力防止槽壁坍塌或剥落，并维持挖成的孔形不变。在成槽之后浇筑水下混凝土，把泥浆置换出来，在地下构筑成一段混凝土单元墙段。1. 1. 泥浆的功能泥浆的功能(1)防止槽壁坍塌：泥浆从槽壁表面向土层内渗透到一定范围就粘附在土颗粒上，在槽壁上形成的泥皮(不透水膜)，使得泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上，防止槽壁的剥落和坍塌，如右图所示。(2)悬浮土渣：如果不能迅速排在挖槽过程中形成的土渣，会使泥浆的阻力增大，降低挖槽效果，混凝土质量下降，钢筋

9、笼也难以插入。科学地调制泥浆，可使土渣悬浮，通过泥浆循环将其携带出地面。泥皮(不透水膜)示意图2. 2. 泥浆的材料的选用泥浆的材料的选用 1) 泥浆的种类、组成材料和外加剂泥浆一般有膨润土泥浆、聚合物泥浆、CMC(羧甲基纤维素)泥浆、盐水泥浆。其主要组成材料和外加剂见下表。泥浆的种类、组成材料和外加剂泥浆的种类、组成材料和外加剂 膨润土是由原矿石经加热干燥和粉碎而成，其主要成分是蒙脱石，加入清水混合后，水很快进入蒙脱石晶格层中，膨润土会很快地湿胀。 聚合物泥浆是代替膨润土泥浆的长链有机聚合物和无机硅酸盐组成的人造泥浆。 羧甲基纤维素(Carboxymethyl-Cellulose，CMC)泥

10、浆和盐水泥浆是在海岸附近特殊条件工程中使用的泥浆。 2) 泥浆材料的选择 (1) 膨润土的选择：选用可使泥浆成本比较经济的膨润土。预计施工过程中易受阳离子污染时，选用钙膨润土为宜。 (2) 水的选择：饮用水可直接使用。水质要求：钙离子浓度应不超过100ppm，以防膨润土凝结和沉降分离；钠离子浓度不超过500ppm，以防膨润土湿胀性过多下降；pH 值为中性。超出这个范围时，应考虑在泥浆中掺加分散剂和使用耐盐性的材料，或改用盐水泥浆。 (3) CMC 的选择：泥浆中掺入CMC 之后，提高泥皮的形成性十分明显。当溶解性有问题时，应选易溶的CMC。当有海水混入泥浆时，应选耐盐的CMC。CMC 的粘度分

11、高、中、低三档，粘度越高CMC 的价格也高，但防漏效果很明显。(4) 分散剂的选择：分散剂的作用是提高泥水分离性，防止和处理盐分或水泥对泥浆的污染。被水泥污染的泥浆选用碳酸钠(Na2CO3)和碳酸氢钠(NaHCO3)分散剂，分离效果较好。易被盐分污染的泥浆选用以腐殖酸钠或纸浆废液为原料的铁硼木质素磺酸钠分散剂效果较好。(5) 加重剂的选择：加重剂的作用是增加泥浆密度，提高泥浆的稳定性。目前一般选用重晶石。在地下水位很高、地基非常软弱或土压力非常大时，槽壁稳定受到威胁，作为一种措施应在泥浆中掺入加重剂，增加泥浆的密度。(6) 防漏剂的选择：防漏剂的作用是堵塞地基土中的孔隙，防止泥浆漏失。一般防漏

12、剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径10%15%左右效果最好。5.4 5.4 地下连续墙施工地下连续墙施工现浇地下连续墙施工工艺流程如下图所示。 单元槽段指地下连续墙的施工时，沿着墙体长度方向把地下墙分成某种长度的施工单元。 地下连续墙单元槽段长度取决于以下因素：设计所要求的构造、形状(拐角和端头等)、墙的厚度和深度。施工所要求的挖槽壁面的稳定性、对相邻结构物的影响、挖槽机的最小挖槽长度、混凝土拌和站的供应能力、泥浆储备池的容量、钢筋笼的质量和尺寸、作业场地占用面积和可以连续作业的时间限制。一般情况下以58m 居多，但也可取10m或更大一些的情况。一、单元槽段划分 以下边的一些图为例，说明按结构物形状

13、划分的单元槽段。图(a)单元槽段为挖槽机的最小挖掘长度，它适用于减少对邻近结构物的影响，或必须特别注意槽壁的稳定性等情况。 图(b)单元槽段为地下连续墙与柱子相连的一段，地下墙的接头设在柱和柱的中间。 图(c)单元槽段为直角形拐角，钢筋笼整体插入为佳，但也可将钢筋笼分割开插入槽内。 图(d)单元槽段为间隔布置的槽段，尽量不影响相邻结构物而缩短单元槽段的长度，避免大面积槽壁承受侧向土压力。 图(e)单元槽段为十字形，不宜采用大的单元槽段，由于在这种情况下导墙不易稳定，所以对导墙要进行加固，必须特别注意槽壁的稳定和挖槽精度。 图(f)单元槽段为间隔布置的圆周形式或曲线形式的槽段，如用冲击钻法挖槽，

14、可按曲线形式施工。 修筑导墙是地下连续墙施工的第一道工序，导墙是重要的临时结构物。导墙混凝土等级一般采用C15。(1) 导墙的作用和要求。 控制地下墙的平面位置、墙体厚度和垂直程度。 导墙位于地下连续墙的墙面线两侧，和地下墙中心线平行，深度一般为12m，顶面高于施工地面510cm，内墙面竖直，二导墙的内壁间净距为地下墙的宽度另加46cm。导墙指示挖槽位置，为挖槽起竖直导向作用。导墙的位置、尺寸、竖向的垂直精度直接影响地下墙的平面位置、墙体厚度和垂直程度。导墙顶部应平整，以利导向钢轨的架设和定位。二、导墙 保持地面土体稳定。 由于地基表层比深层土质差，而且经常受到邻近地面荷载的影响，槽壁顶部容易

15、坍塌。导墙相当于挡土墙，且常在导墙之间每隔13m 加添临时木支撑，可有效地支承土压力及施工期间钢筋笼、浇筑混凝土用的导管、钻机等静、动荷载的作用，防止槽壁顶部坍塌，保持地面土体稳定。 维持泥浆液面。 为了保持槽面地基的稳定，需要保持泥浆液面极少变化。在地下水位很高的地段，为了维持稳定液面高出地下水位1m的要求，需使浇筑的导墙顶面高出地面。(2) 导墙的断面形式和适用条件。 钢筋混凝土导墙分为现浇与预制两种，目前使用现场浇筑较多。但预制的导墙比现场浇筑的节省材料用量；在地下水位很高时，预制的导墙比现场浇筑的好。 图(a)、(b)为最简单的断面形状，一般在导墙上的荷载不大，表层地基土良好(如密实的

16、黏土)的工程中采用。 图(c)所示断面形状，一般在地下水位高而又难以用井点排水降低水位的工程中采用；制作顶端高出地面的导墙，确保泥浆液面高于地下水位0.61.0m以上，一般在导墙的周边堆土至导墙的上边缘。 图5.21(d)、5.21(e)所示断面形状，一般在表层地基土强度不够，特别是易坍塌的砂土或回填土地基的工程中采用；需将导墙做成L形或上下两端都向外伸出的“匚”形。 图5.21(f)所示断面形状，一般在防止泥浆溢流的工程中采用，在导墙外侧埋置U形预制块，导墙顶端高出地面510cm，以防地面水流入导沟。 采用蚌式抓斗挖槽时，在地下连续墙的放样轴线位置上，每隔一定距离用冲击钻或回转抓头钻抓成的垂

17、直孔洞，称之为导孔，如图所示。一般孔径与墙厚相同。对坚硬的地基，需钻抓导孔，而软弱地基，可以不钻抓导孔。三、导孔 导孔的作用是保证在坚硬的地基上，采用蚌式抓斗挖槽机挖出槽段的垂直精度，使单元槽段的两端头垂直，便于接头施工。 地下连续墙的挖槽方法虽有很多，但各种方法的施工顺序都基本相同，如图所示。四、槽段开挖深圳地铁5号线头号工程太安站成功浇注地下连续墙第一槽段 槽段式开挖连续墙施工顺序 挖槽方法大致可归纳为以下三种。 方法一是先以一定间隔挖掘导孔，再用抓斗将导孔间的地段挖掉整修成槽形，如图所示。先钻导孔，再用抓斗挖掘成槽形 方法二是先在施工槽段两端钻导孔到设计深度，两导孔间各圆孔只钻0.50.

18、8m，就是说在钻孔到0.50.8m 时，把钻头提到原来位置，把钻机横向移动，一遍一遍重复钻挖直到设计深度，完成第一个槽段开挖，如图5.25 所示。用同样的方法钻挖下一槽段。此法的缺点是钻挖工作重复，效率较低。先钻导孔，再重复钻圆孔成槽形 方法三是从一开始就将沟槽挖到设计深度，并挖成槽形，把钻头提到地面，横向移动钻机，连续钻挖，完成第一个槽段开挖，如图所示。用同样的方法钻挖下一槽段。此法是一次钻挖成槽形。从地下连续墙施工来说，这种方法是最理想的形式。一次钻挖成槽形 挖槽过程中残留在槽内的土渣以及吊放钢筋笼时从槽壁上刮落的泥皮等都要堆积在槽底。挖槽结束后，悬浮在泥浆中的土颗粒也将逐渐沉淀到槽底。浇

19、筑地下连续墙之前，必须清除以沉渣为主的槽底沉淀物，这项工作称为清底。 清底的基本方法有置换法和沉淀法两种。置换法是在挖槽结束之后，立即对槽底进行认真清扫，在土渣还没有沉淀之前就用新泥浆把槽内泥浆置换出槽外。沉淀法在土渣沉淀到槽底之后进行清底，一般是在插入钢筋笼之前或之后清底，但后者受钢筋笼妨碍，不可能完全清理干净。五、清底 清除槽底沉渣的方法有：吸泥泵排泥法；空气升液排泥法；带搅动翼的潜水泥浆泵排泥法；水轮冲射排泥法；抓斗直接排泥法。在这些方法中，前三种是常用的方法，如图所示。清底方法(1) 钢筋笼制作。 根据单元槽段的规格与接头形式等设计钢筋笼的尺寸，按设计图纸要求对钢筋下料加工，并在平台上

20、制作钢筋笼，预留插放混凝土导管的位置，为使水平钢筋不妨碍导管的下入，将纵向钢筋布置在水平筋的内侧。 纵向钢筋采用焊接或用 0.8mm 的退火铁丝绑扎。 在钢筋重叠处要有确保混凝土流动所必需的间隙，并注意不要影响设计要求的保护层。 为保证钢筋保护层的厚度，可采用水泥砂浆滚轮，固定在钢筋笼两面的外侧。六、钢筋笼制作与吊装(2) 钢筋笼的吊入与接长。 钢筋笼在堆放、运输、装卸、吊入作业过程中，易发生变形，为此对钢筋笼要采用有一定刚性的纵向钢筋桁架，并用箍筋、主筋平面内加斜拉筋及连接钢筋等措施补强。使钢筋笼在吊运过程中具有足够的刚度，不致使巨大的钢筋笼变形而影响入槽。 钢筋笼起吊前，要仔细检查起吊架的

21、钢索长度，使之能够水平地吊起。在起吊时使用H型钢或工字钢作为起吊扁担，为防止钢筋笼变形，在钢筋笼的头部及中间部两点进行双索或四索同时起吊，吊离地面后再逐渐转换成垂直状态。钢筋笼的下端不得在地面上拖引或碰撞其它物体。并在钢筋笼下端系上拖绳以人力操纵，防止起吊后在空中摆动或吊入时碰撞槽壁。起吊方法如图所示。起吊钢筋笼的方法 采用连接钢板分段接长钢筋笼。上下段连接时，先制作连接钢板，在加工平台上，将钢筋笼上的纵向钢筋准确地焊接到连接钢板上。由于钢筋笼的端部已有了连接钢板，所以分段吊放时只要将上、下段钢筋笼的连接钢板对齐，用夹板和高强度螺栓将上下段连接起来，用扭矩扳手拧紧高强螺栓，如图所示。采用这种方

22、法无需将钢筋笼搭接也可以制成有足够长度的钢筋笼。虽然必须用连接钢板及夹板等，但因施工时间短，又减少了搭接长度，仍可以降低总造价，提高施工质量。用螺栓联结器连接钢筋笼实例(mm) 地下连续墙墙段长度大多是78m，最大不超过10m。为了使各个墙段连成一个整体，施工中必须采用一定形式的接头(缝)措施。七、墙段接头(缝)八、混凝土浇筑(1) 混凝土配合比要求：水灰比不宜大于0.6；水泥用量不少于370kg/m3；混凝土坍落度宜为1820cm。混凝土的骨料宜选用中砂，粗砂及粒径不大于40mm 的卵石或碎石。海水拌和会损坏含筋混凝土，因此禁用海水配制混凝土。(2) 混凝土浇筑导管。 墙段接头管(构件)就位后，应检查槽底沉渣厚度并在4h 以内浇筑混凝土，浇筑混凝土必须使用导管。一般使用内径为150250mm 的圆形导管，长度有l、1.5、2、3m 不等，根据沟槽深度及浇筑混凝土时的导管提升情况分别选用，依次接长。用起重机吊入槽内，插到槽底。 导管的连接要牢固，并要用橡胶密封圈做到完全