地铁车站深基坑围护结构地下连续墙施工工艺

地下工程施工与管理xxx大学土木学院

第二章地下连续墙设计与施工

一、概述

地下连续墙是区别于传统施工方法的一种较为先进的地下工程结构形式和施工工艺。它是在地面上用特殊的挖槽设备，沿着深开挖工程的周边(例如地下结构物的边墙)，在泥浆护壁的情况下，开挖一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼并浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段。然后将若干墙段连接成整体，形成一条连续的地下墙体。地下连续墙可供截水、防渗或挡土承重之用。第二章地下连续墙设计与施工上海2号线河南路站施工现场第二章地下连续墙设计与施工地下连续墙施工优点

(1)适用于多种土质情况

(2)施工时振动小、噪声低，有利于城市建设中的环境保护。

(3)能在建筑物、构筑物密集地区施工。

(4)能兼作临时设施和永久的地下主体结构。

(5)可结合“盖作法”施工，缩短施工总工期。地下连续墙施工方法的局限性和缺点

(1)对于岩溶地区含承压水头很高的砂砾层或很软的粘土;(2)施工现场组织管理不善，可能会造成现场潮湿和泥泞，影响施工。

(3)土层条件特殊，易出现不规则超挖和槽壁坍塌；

(4)现浇地下连续墙的墙面较粗糙，墙面平整处理增加了工期和造价；

(5)需有一定数量的专用施工机具和具有一定技术水平的专业施工队伍。第二章地下连续墙设计与施工地下连续墙适用范围(1)处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。(2)既作为土方开挖时的临时基坑围护结构，又可用作主体结构的一部分的地下工程。(3)采用盖作法施工，地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋基础的工程。二、地下连续墙施工工艺

1、地下连续墙的分类

按填筑材料：分为土质墙、混凝土墙、钢筋混凝土墙(现浇和预制)、组合墙(预制和现浇的组合、预制和自凝水泥膨润土泥浆的组合)。

按成墙方式：分为桩排式、壁板式、桩壁组合式；

按使用方式：分为临时挡土墙、防渗墙、主体结构兼临时挡土墙、多边形基础兼作墙体的地下连续墙。

目前，我国建筑工程中应用最多的还是现浇钢筋混凝土壁板式连续墙。其构造型式又可分为四种，二、地下连续墙施工工艺(a)分离壁方式(b)单独壁方式(c)整体壁方式(d)重壁方式地下连续墙的构造形式二、地下连续墙施工工艺2.地下连续墙施工流程地下连续墙采用逐段施工方法，且周而复始地进行。每段的施工过程，大致可分为五步。

地下连续墙施工程序图(a)准备开挖的地下连续墙槽沟(b)用专用机械进行沟槽开挖(c)安放接头管

(d)安放钢筋笼(e)水下混凝土灌注(f)拔除接头管(g)已完工的槽段二、地下连续墙施工工艺a.利用专用挖槽机械开挖地下连续墙槽段，在进行挖槽过程中，沟槽内始终充满泥浆，以保证槽壁的稳定；b.当槽段开挖完成后，在沟槽两端放人接头管(又称锁口管)；c.将事先加工好的钢筋笼插入槽段内，下沉到设计高度。当钢筋笼太长，一次吊沉有困难时，须将钢筋笼分段焊接，逐节下沉；d.待插入用于水下灌筑混凝土的导管后，即可进行混凝土灌筑；e.待混凝土初凝后，及时拔去接头管。这样，便形成一个单元的地下连续墙。二、地下连续墙施工工艺现浇钢筋混凝土地下连续墙的施工工艺过程三、地下连连续墙设设计与计计算1、地下连连续墙受受力特点点入土深、、刚度大大、施工工过程工工况多、、兼作临临时挡墙墙和永久久性主体体结构，，分析施施工与使使用两种种情况的的结构情情况。几种典型施工和使用阶段的工作状态

槽段开挖，内泥浆起到护壁作用，设计计算内容为槽壁的稳定性。

地下连续墙已浇注形成，作为基坑开挖前的初始受力状态

基坑第一层土方开挖，连续墙处于悬臂状态，设计点为悬臂强度和地面侧位移。基坑开挖中有横支撑时连续墙的受力状态，设计内容为结构强度、基坑稳定和变形大小。基坑开挖结束，浇注底板前的工况，设计内容为估算基坑隆起、防止管涌、流砂和整体失稳。工程竣工，连续墙为结构的一部分，验算水土压力、地面荷载共同作用下的强度和变形。三、地下连连续墙设设计与计计算2、地下下连续墙墙挡土结结构体系系破坏形形式结构体系系组成：：墙体、、支撑、、墙前后后土体组组成共同同作用的的受力力体系。。受力变形形状态与与基坑形形状、尺尺寸、墙墙体刚度度、支撑撑刚度、、墙体入入土深度、土体体的力学学性能、、地下水水、施工工程序和和开挖方方法等有有关。其破坏形形式分为为：稳定定性破坏坏、强度度破坏两两类。（1）稳稳定性性破坏下图中三三类。

整体失稳基坑底隆起失稳管涌及流砂失稳三、地下连连续墙设设计与计计算3、地下下连续墙墙的主要要计算内内容根据可能能发生的的破坏形形式来拟拟定计算算内容：：（1）确确定施工工和使用用阶段各各工况荷荷载，即即作用于于地下连连续墙上上的水土压压力、上上部垂直直荷载；；（2）确确定入土土深度，，满足抗抗管涌、、隆起、、整体失失稳、承承载力；；（3）验验算开挖挖槽段槽槽壁稳定定，调整整槽段长长、宽、、深度；；（4）连连续墙结结构体系系（墙体体、支撑撑）内力力分析和和变形验验算；（5）结结构截面面设计（（墙体、、支撑））、配筋筋设计、、强度验验算（接接头、节节点联接接），构构造处理理等；（6）估估算施工工对周围围环境影影响，包包括墙顶顶位移、、地面沉沉降值。。三、地下连连续墙设设计与计计算4、地下下连续墙墙挡土结结构计算算理论相对使用用阶段，，施工阶阶段受力力更为复复杂。其计算理理论和方方法，有有一些地地方法规规，至今今未有全全国性统统一规范范。介绍绍几种工程中中广泛使使用的计计算方法法：按时间划划分：经经典方法法、现代代计算方方法；按手段划划分：经经验法、、解析法法、数值值法。一般认为为可归纳纳四类：：a.荷载载结构法法b.修正正的荷载载结构法法c.地层层结构法法d.有限限单元法法这四类方方法，有有的土力力学、基基础工程程、结构构力学等等讲过，，不在复复述。其其它可参考有有关专著著。四、地下连连续墙主主要施工工工序1、概述述地下连续续墙的施施工过程程复杂，，工序多多。其中中修筑导墙，，泥浆的制制备和处理理，钢筋笼笼的制作和吊装以以及水下混混凝土浇灌灌是主要的工序序。四、地下连续续墙主要施施工工序2、导墙施施工(1)导墙墙的作用导墙作为连连续墙施工工中必不可可少的构筑筑物，具有有以下作用用：1)控制地地下连续墙墙施工精度度导墙与地下下墙中心相相一致，确确定沟槽走走向，是量量测挖槽标标高、垂直度的基基准。2)挡土作作用3)重物支支承台施工期间，，承受钢筋筋笼、灌筑筑混凝土用用的导管、、接头管以以及其它施工机械械的静、动动荷载。4)维持稳稳定液面的的作用导墙内存蓄蓄泥浆，为为保证槽壁壁的稳定，，泥浆液面面始终保持持高于地下水位一一定的高度度。此高度度值的确定定，大多数数规定为1.25～～2.0m。。一般使泥泥浆液面保保持高于地地下水位1.0m，，能满足要要求。四、地下连续续墙主要施施工工序(2)导墙墙的形式导墙一般采采用现浇钢钢筋混凝土土结构。也也有钢制的的或预制钢钢筋混凝土土的装配式式结构，目的是是想能多次次重复使用用。各种形式的的导墙四、地下连续续墙主要施施工工序(a)、(b)断面面最简单，，适用于表表层土质良良好(如密密实的粘性土土等)和导导墙上荷载载较小的情情况。(c)、(d)应用用较多，适适用于表层层土为杂填填土、软粘粘土等承载能力力较弱的土土层。(e)适用用于作用在在导墙上的的荷载很大大的情况，，可根据荷载的大小小计算确定定其伸出部部分的长度度。(f)适用用于邻近建建筑物的情情况，有相相邻建筑物物的一侧应适当加强强。(g)适用用于地下水水位很高又又不采用井井点降水时时，为确保导墙内泥泥浆液面高高于地下水水位lm以以上，需将将导墙上提而高出出地面。在在这种情况况下，需在在导墙周边边填土，可采用用形式的导导墙。四、地下连续续墙主要施施工工序(3)导墙墙施工导墙一般采采用C20混凝土浇浇筑，配筋筋通常为φφ12～φφ14@200。表土较好时时：导墙施工期期保持外侧侧土壁垂直直自立时，，则以土壁壁代替外模模板，避免免回填土和和槽外地表表水渗入槽槽内。表土较差时时：开挖后外侧侧土壁不能能垂直自立立，外侧需需设模板。。导墙外侧侧的回填土土应用粘土土回填密实实，防止地地面水从导导墙背后渗渗入槽内，，引起槽段段塌方。地下墙两侧侧导墙内的的净距：应比地下连连续墙厚度度略宽，一一般为40mm左右右。导墙顶顶面应高于于地面100mm左左右，以防防雨水流人人槽内稀释释及污染泥泥浆。四、地下连续续墙主要施施工工序2.泥浆护护壁(1)泥浆浆的作用作用:护壁、携渣渣、冷却机机具和切土土滑润，其其中护壁为为最重要的的功能。泥浆性能：：a.具有有一定的密密度，渗入入土壁形成成一层透水水性很低的的泥皮，有有助于维护护土壁的稳稳定性。b.具具有较高的的粘性，在在挖槽过程程中将土渣渣悬浮起来来。使钻头头时刻钻进进新鲜土层层。c.降降低钻连续续冲击或回回转而上升升的温度，，减轻钻具具的磨损消消耗。d.有有良好的的固壁性能能，且便于于灌筑混凝凝土。e.有有一定的的稳定性，，保证在一一定时间内内不出现分分层现象。。四、地下连续续墙主要施施工工序(2)沟沟槽开挖临临界深度估估算沟槽开挖深深度与土质质情况、开开槽形状、、长度、宽宽度、施工工方法、泥泥浆性能等等诸多因素素有关。临界深度确确定：经验验、现场实实地试验、、在缺乏经经验的情况况，可采用用公式估算算。（见讲义中中P1-24有关经经验公式））四、地下连续续墙主要施施工工序(3)护壁壁泥浆的成成分地下连续墙墙挖槽护壁壁用的泥浆浆主要成分分和外加剂剂如下表。。我国工程中中使用最多多的是膨润润土泥浆。。泥浆种类主要成分常用的外加剂膨润土泥浆膨润土、水分散剂、增粘剂、加重剂、防漏剂聚合物泥浆聚合物、水CMC泥浆CMC、水膨润土盐水泥浆膨润土、盐水分散剂、特殊粘土四、地下连续续墙主要施施工工序4、在不同地层层中的泥浆浆配合比地层膨润土(%)增粘剂CMC(%)分散剂FCL(%)其他粘性土5～80～0.020～0.5砂5～80～0.050～0.5砂砾8～120.05～0.10～0.5堵漏剂四、地下连续续墙主要施施工工序5、泥浆质质量的控制制指标在施工过程程中，要保保证泥浆的的物理、化化学的稳定定性和合适适的流动特特性。l）泥浆密密度：尽量量低(小于于1.15)2）泥浆粘粘度和切力力：破坏泥泥浆中网状状结构单位位面积上所所需的力，，称为泥浆浆极限静切切力，也简简称泥浆切切力。3）泥浆失失水量和泥泥饼厚度：：泥浆在沟沟槽内受压压差的作用用，部分水水掺入土层层，这种现现象叫泥浆浆的失水。。滤失的多多少叫泥浆浆的失水量量。4）泥浆含含砂量：泥泥浆含砂量量是指泥浆浆中不能通通过200号筛孔，，即直径大大于0.074mm的砂子所所占泥浆体体积的百分分数。5）泥浆pH值；也也叫泥浆酸酸碱值。6）泥浆胶胶体率和稳稳定性四、地下连续续墙主要施施工工序指标名称新制备的泥浆使用过的循环泥浆粘度19～21s19～25s密度<1.05<1.20失水量<10mL/30min<20mL/30min泥皮厚度<1mm<2.5mm稳定性100%pH值8～9<11泥浆质量控控制指标四、地下连续续墙主要施施工工序6、泥浆的的制作和再再生处理（1）泥浆浆的需要量量决定于一次次同时开挖挖槽段的大大小、泥浆浆的各种损损失及制备备和回收处处理泥浆的的机械能力力。一般是是参考类似似工程的经经验决定。。作为参考考可用下列列经验公式式估算：Q—泥浆总需需要量(m3)：V—设计总挖挖土量(m3)；n—单元槽段段数量；K1—浇筑混凝凝土时的泥泥浆回收率率(%)，，一般为60%～805；K2—泥浆消耗耗率(%)，一般为为10%～～20%，，包括泥浆浆循环、排排土、形成成泥皮、漏漏浆等泥浆浆损失。地下连续墙墙四、地下连续续墙主要施施工工序（2）泥浆浆的制作制作基本流流程见下图图。泥浆制作基基本流程图图(1)—泥浆搅拌器器(11)—化学制作处处理搅拌器器(P)—循环用泵四、地下连续续墙主要施施工工序（3）泥浆浆的再生处处理沟槽循环或或混凝土置置换而排出出的泥浆，，由于膨润润土、CMC等主要要成分的消消耗以及土土渣和电解解质离子的的混入，质质量比原泥泥浆显著恶恶化。可根根据泥浆的的恶化程度度，决定舍舍弃或进行行再生处理理。一般采用重力沉降和机械处理等两种方法法。重力沉降处处理：是利利用泥浆和和土渣的密密度差使土土渣沉淀的的方法。机械处理：：使用振振动筛和旋旋流器。振动筛：是是通过强力力振动将土土渣与泥浆浆分离。旋流器：是是使泥浆产产生旋流，，砂粒在离离心力作用用下集聚在在旋流器内内壁，再在在自重作用用下沉落排排渣。无法再回收收使用的废废弃泥浆，，应进行预预处理，通通常是泥水水分离。四、地下连续续墙主要施施工工序7.槽段开开挖连续墙是分分段施工，，每一段称称为一槽段段，一次混混凝土灌筑筑单位。是是连续墙施施工中的重要环节，，约占工期的的一半。精度是施工工进度和质质量的关键键工序。(1)槽段段长度确定定一般而言，，各种长度度均可施工工，且越长长越好。能能减少地下下墙的接头头数，可提提高防水性性能和整体体性。但实实际槽段长长度确定，，是由许多多因素决定定的，一般般应考虑以以下的因素素：地质情况、、环境、、起重机机挖土机能能力、单单位时间内内供应混凝凝土的能力力、所具具备的稳定定液槽容积积、占用用的场地面面积以及能能够连续作作业的时间间等。最大槽段长长度为20m，但通通常一段不不超过10m。从我我国的施工工经验看，，槽段以6～8m长长较合适。。四、地下连续续墙主要施施工工序(2)槽段段平面形状状和接头位位置一般为纵向向连续一字字形。但为为了增加地地下连续墙墙的抗挠曲曲刚度，也也可采用L形、T形形及多边形形，墙身还还可设计成成格栅形。。①为矩形槽槽段；②为为转角L形形槽段；③③为T形槽槽段；④为为U形槽段段。地下连续墙墙的平面形形状以及槽槽段划分四、地下连续续墙主要施施工工序8.钢筋笼加工工和吊放(1)钢筋笼加加工地下连续墙的受受力钢筋一般采采用Ⅱ级钢，直直径不宜小于16mm，构造造筋可采用Ⅰ级级钢筋，直径不不宜小于12mm。最好按单单元槽段做成一一个整体。钢筋笼构造示意意图(a)横剖面图(b)纵向桁架纵剖面面图四、地下连续墙主主要施工工序(2)钢筋笼的吊吊放钢筋笼起吊时，，顶部要用一根根横梁(常用工工字钢)，其长长度要和钢筋笼笼尺寸相适应。。钢丝绳须吊住住四个角。钢筋笼的构造与与起吊方法1、2一吊钩；3、4一滑轮，5一卸甲，6一钢筋笼底端向向内弯折；7一纵向桁架，8一横向架立桁架架四、地下连续墙主主要施工工序9.水下混凝土土灌筑(1)浇灌混凝凝土前的清底工工作槽段开挖到设计计标高后，要测测定槽底残留的的土渣厚度。沉沉渣过多，会使使钢筋笼插不到到设计位置，或或降低地下连续续墙的承载力，，增大墙体的沉沉降。清底的方法：有沉淀法和置换法两种。沉淀法：是在土渣都沉淀淀到槽底后再进进行清底；置换法：是在挖槽结束后后，对槽底进行行清理，在土渣渣还没有沉淀之之前用新泥浆把把槽内的泥浆置置换出来，使泥泥浆的密度在1.05以下。。四、地下连续墙主主要施工工序(2)对混凝土土的要求浇筑具有水下混混凝土浇筑的施施工特点。混凝土强度等级级一般不应低于于C20。级配配除了满足结构构强度要求外，，还要满足水下下混凝土施工的的要求，比如流流态混凝土的坍坍落度宜控制在在15～20cm左右，混凝凝土具有良好的的和易性和流动动性。混凝土配比中水水泥用量一般大大于400kg/m3，水灰比一般须须小于0.6。。四、地下连续墙主主要施工工序(3)混凝土浇筑筑地下连续墙混凝凝土是用导管在在泥浆中灌筑的的。下图为导管管法混凝土浇筑筑的示意图。槽段内混凝土浇浇灌示意图1—导管2—正在浇灌的混凝凝土3—已经浇筑混凝土土的槽段4—泥浆五、地下连连续墙槽段间的的接头处理1.接头型式分分类一般可分为两大大类：施工接头头和结构接头。。2.施工接头是浇筑地下连续续墙时纵向连接接两相邻单元墙墙段的接头；满满足受力和防渗渗的要求，施工工简便、质量可可靠，对下一单单元槽段的成槽槽不会造成困难难。(1)直接连接接构成接头混凝土与未开挖挖土体直接接触触。在开挖下一一单元槽段时，，用冲击锤等将将与土体相接触触的混凝土改造造成凹凸不平的的连接面，再浇浇灌混凝土形成成所谓“直接接接头”五、地下连连续墙槽段间的的接头处理直接接头1—期工程2—二期工程3—钢筋4—接缝五、地下连连续墙槽段间的的接头处理(2)接头管接接头使用接头管(也也称锁口管)形形成槽段间的接接头。下图为各各式接头。各式接头(口)圆形，(6)缺口圆形；(c)带翼形；(d)带凸榫形五、地下连连续墙槽段间的的接头处理(a)待开挖的连续墙墙(b)开挖一期槽段(c)下接头管和钢筋筋笼(d)浇筑一期槽段混混凝土(e)拔起接头管(f)开挖二期槽及下下钢筋笼(g)浇筑二期槽段混混凝土l一已开挖的一期期槽段2一未开挖的二期期槽段3一接头管4一钢筋笼5一期槽段混凝土土6一拔去接头管的的二期槽段7一二期槽段钢筋筋笼8一二期槽段混凝凝土接头管的施工过过程五、地下连连续墙槽段间的的接头处理(3)接头箱接接头接头箱接头可以以使地下连续墙墙形成整体接头头，接头的刚度度较好。和接头头管相似。接头箱接头的施施工过程(a)插入接头箱(b)吊放钢筋笼(c)浇筑混凝土(d)吊出接头箱，(e)吊放后一个槽段段的钢筋笼(f)浇筑后一个槽段段的混凝土形成成整体接头1—接头箱2—焊在钢筋笼端部部的钢板五、地下连连续墙槽段间的的接头处理(4)隔板式接接头隔板式接头按隔隔板的形状分为为平隔板、榫形形隔板和V形隔隔板隔板式接头(a)平隔板(b)榫形隔板(c)V形隔板1—钢筋笼(正在施工地段)2—钢筋笼(完工地段)3—用化纤布铺盖4一钢制隔板5一连接钢筋五、地下连连续墙槽段间的的接头处理(5)预制构件件的接头用预制构件作为为接头的连接件件，按材料可分分为钢筋混凝土土和钢材。波形钢板接头钢钢板桩式式接头五、地下连连续墙槽段间的的接头处理3、结构接头是已竣工的地下下连续墙在水平平向与其它构件件(地下连续墙墙内部结构的梁梁、柱、墙、板板等)相连接的的接头。常用的的有下列几种：：(1)直接连接接接头在浇筑地下连续续墙体以前，在在连接部位预先埋埋设连接钢筋筋。即将该连接筋一端直直接与地下墙墙的主筋连接，另一端弯弯折后与地下下连续墙墙面平行且紧贴贴墙面。预埋埋钢筋的直接接头，施施工容易，受受力可靠，是目前用得最最广泛的结构构接头。预埋连接钢筋筋法1—预埋的连接钢钢筋2—焊接处3—地下连续墙4—后浇结构中受受力钢筋5—后浇结构