单元2明挖法施工概述及地下连续墙.ppt

1、一、概述单元二 明挖法施工明挖法是指挖开地面，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。 开挖的地铁隧道宽度一般在20米左右，因此，明挖法挖掘隧道将对地面设施产生影响，部分公路将因此封闭通行，一些公交线路也可能改线。明挖法施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。从地面自上而下挖开的基坑中自下而上修筑结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。施工流程：基坑降水及防排水 土方开挖与支撑 结构施工及防水管线恢复及回填围护结构施工 围护桩钢支撑基坑回填明挖法之施工步序明挖顺作法施工步骤(a)基坑围护(b)开挖及第一道撑(c)开挖(d) 结构施工(e) 埋设物放置(g) 恢复路面(f) 回填

2、边坡面不加支护的基坑无围护结构基坑 喷混凝土面和锚杆护坡基坑明挖法基坑类型 有围护结构基坑钢板桩围护基坑 钻孔灌注桩围护基坑人工挖孔桩围护基坑地下连续墙围护基坑深层搅拌桩围护基坑在选择基坑类型时，应根据隧道所处位置、隧道埋深、工程地质和水文地质条件，因地制宜地确定。若基坑所处地面空旷，周围无建筑物或建筑物间距很大，地面有足够空地能满足施工需要，又不影响周围环境，则采用敞口放坡基坑施工。因为这种基坑施工简单、速度快、噪音小、无需作围护结构。如果基坑很深、地质条件差、地下水位高，特别是处于城市繁华的市区、地面建筑物密集、交通繁忙、无足够空地满足施工需要，没有条件采用敞口放坡基坑时，则可采用有围护结

3、构的基坑。 二、围护结构施工地下连续墙深层搅拌桩灌注桩土钉墙地下连续墙围护结构2.1 概述2.2 地下连续墙的类型2.3 护壁挖槽使用的泥浆2.4 地下连续墙施工2.1 概述应用领域：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.施工时振动小、噪声低，

4、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，造价稍高，不够经济； 3.墙面

5、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，采用了冲击钻成槽，泥浆护壁

6、，仅用3 个月时间就完成了地下连续墙施工。上海环球金融中心基础工程第一阶段：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。中国银行总部大厦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2001年4

7、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。中国银行总部大厦建筑西侧、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防水技术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

8、，地面线近2km。在大北窑车站、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。19润扬大桥“神州第一锚”地下连续墙2001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32

9、00公里 6.第一重钢箱梁: 21000余吨7.第一大面积钢桥面铺装: 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2.2 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

10、大致可分为抓斗式、冲击式、回转式。2.3 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. 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，钢筋笼也难以

11、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. 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 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)

12、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 的粘度分高、中、低三档，粘度越高CMC 的价格也高，但防漏效果很明

13、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。一般防漏剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径10%15%左右效果最好。2.

14、4 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。测 量 放 样泥浆系统设置成槽机组装导 墙 制 作槽 段 挖 掘成槽质量检验清沉渣换浆清刷接头，二次清孔新鲜泥浆配制泥浆贮存供应泥浆复制再生土方外运施 工 准 备泥 振 动 筛浆分离 净化 沉 淀 池旋流器浇灌墙体砼接头缝处理拔出砼导管回收槽内泥浆劣化泥浆处理搅拌站砼供应设置砼导管吊装钢筋笼加工钢筋笼连续墙施工工艺流程图 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

15、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

16、，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，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，

17、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 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

18、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

19、；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

20、高出地面510cm，以防地面水流入导沟。2.2导墙施工 1.导墙放线、开挖2.导墙钢筋绑扎及砼浇筑3导墙支撑4.导墙回填土5.施工后导墙图片 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。4 泥浆系统4.1泥浆工艺流程图50泥浆的作用：护壁、携渣、冷却机具和切土润滑。泥浆有一定的密度。在槽内对槽壁有一定的净水压力，相当于一种液体支撑

21、。能深入土壁形成一层透水性很低的泥皮，维护土壁的稳定性。泥浆有较高的粘性，能将土渣悬浮起来，便于排渣。以泥浆做冲洗时，可降低钻具的温度，可减轻钻具磨损消耗泥浆不仅要有良好的固壁性能，而且要便于灌注砼。泥浆护壁4.2 泥浆池及泥浆分离系统4.3膨润土4.4分散剂：纯碱（Na2CO3）槽段式开挖连续墙施工顺序五、槽段施工55槽段开挖是地下连续墙施工中的重要环节，约占工期的一半，挖槽精度又决定了墙体制作的精度，是决定施工进度和质量的关键。地下连续墙是分段施工。每一段称为地下连续墙的一个槽段（一个单元），一个槽段是一次混凝土建筑单位。槽段长度的，从理论上说，槽段长度的选择，除去小于钻机长度的尺寸不能施

22、工外，各种长度均可施工。影响长度的因素地下连续墙所处的地质情况相邻情况工地所备的起重机能力时间单位内供应混凝土的能力工地上所具备的稳定液槽容积成槽 无粘性土、硬土和夹有孤石等较复杂地层可用冲击式钻机粘性土和N20m时宜优先考虑 采用多头钻机开槽，每段槽孔长可取68m，采用抓斗式或冲击式钻机成槽，每段长度可更大。墙体深度可达几十米。图5.24 槽段的连接 槽段的连接 接头应满足受力和防渗要求。国内多用接头管连接非刚性接头。在挖除单元槽段土体后，在一端先吊放接头管，再吊入钢筋笼，浇筑砼后逐渐拔出接头管，形成半圆形接头。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 挖槽方法大致可归纳为以下

23、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0.50.8m，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

24、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。六、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

25、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

26、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。纵筋在内侧，横筋在外侧。纵筋稍向内弯折加工钢筋笼时，根据钢筋笼重量、尺寸及起吊方式和吊点布置，在钢筋笼内布置一定数量的纵向桁架。起吊时，顶部用一根横梁。起吊过程中钢筋笼不产生弯曲变形。为防止钢筋笼晃动，可系绳索人工控制。插入钢筋笼时，使钢筋笼对准单元槽段中心，垂直准确插入槽内。钢筋笼插入槽内后，检查标高是否满足设计要求，然后搁置在导墙上。分段制作钢筋笼时，吊放时需接长，下段钢筋笼要垂直悬挂在导墙上，然后将上段钢筋笼垂直起吊，上下两段钢筋笼成直线连接。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