地下連續(xù)墻是一種新型的橋梁基礎(chǔ)型式。它是在泥漿護(hù)壁條件下,采用專用的挖
槽(孔)設(shè)備,順序沿著基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的周邊,在地基中開挖出一個具有一定寬度與
深度的槽孔,然后在槽內(nèi)安放鋼筋籠,澆注混凝土,逐步形成的一道連續(xù)的地下
鋼筋混凝土墻。當(dāng)混凝土硬化到一定強(qiáng)度后,即可作為基坑開挖時擋土、防滲,
對鄰近建筑物的支護(hù)以及直接成為承受垂直荷載的基礎(chǔ)的一部分。地下連續(xù)墻施
工工藝最早見于歐洲,50年代在意大利、法國用于土壩中建造防滲墻,或作為施
工措施以代替板樁,后來在墨西哥、美國、日本等國相繼用于地鐵建造中,并因
采用地下連續(xù)墻技術(shù),創(chuàng)造了高速施工的新記錄。70年代日本把地下連續(xù)墻應(yīng)用
于橋梁基礎(chǔ),在結(jié)構(gòu)形式、施工技術(shù)等方面得到了迅速發(fā)展。國內(nèi)最早于1958年
在密云水庫白河主壩中,采用壁板式素混凝土地下連續(xù)墻做防滲芯墻獲得成功,
其后相繼推廣到城建、工業(yè)與民用建筑與橋梁工程等項目。
一、地下連續(xù)墻的分類與特征
1.分類:按槽孔形式,分為壁板式、樁排式和組合式(圖4—50),撩墻體材料分為
鋼筋混凝土、素混凝土、塑性混凝土(由粘土、水泥和級配砂石所合成的一種低強(qiáng)
度混凝土)和粘土等;按挖槽方式分為抓斗、沖擊鉆和回轉(zhuǎn)鉆等;A(chǔ)的平面形狀
能適應(yīng)工程的需要做成矩形、圓形、多角形及井字形等。
2.特征與應(yīng)用范圍
1)地下連續(xù)墻剛度大、強(qiáng)度高,是一種變形較小的剛性基礎(chǔ)。日本曾進(jìn)行沉井與
地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在水平力作用下變形對比的實橋試驗,在平面尺寸、井壁厚度與
下沉深度大體相同的條件下,在12000kN水平力作用下,位移前者為18mm、后者為
4mm,轉(zhuǎn)角前者為16X10—4rad、后者為2X10—4rad,地下連續(xù)墻基礎(chǔ)比沉井基礎(chǔ)
的變形小得多;
2)施工時不擾動圍巖,基礎(chǔ)與地基的密著性好,墻壁的摩擦阻力比沉井井壁的大
,在無明顯堅硬持力層的情況下,地下連續(xù)墻能提供較大的承載力;
3)施工時所占空間較小,對周圍地基和現(xiàn)有建筑物的影響小,可近距離施工,特
別適宜于在建筑群中施工;
4)施工時振動小,噪聲低,無需降低地下水位的設(shè)施,澆注混凝土無需支模和養(yǎng)
護(hù),故可使成本費降低;
5)對地基的適用范圍廣,施工可全盤機(jī)械化,工作效率高,施工速度快。
地下連續(xù)墻具有防滲、截水、抗滑、防爆、擋土和承重等多種功能,應(yīng)用較為廣
泛。但是,其施工工序較多、技術(shù)要求較高,尤其因墻壁是鉆挖成槽后就地灌注
水下混凝土的薄壁結(jié)構(gòu),如果施工不當(dāng),容易因豎直度達(dá)不到要求,不能形成封
閉的地下圍墻,或者出現(xiàn)槽壁坍塌、墻體厚薄不勻、水下澆注混凝土質(zhì)量低劣等
事故。為了保證施工質(zhì)量,工地施工檢測和控制的可靠性是十分重要的。
二、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)施工要點
圖4—51為地下連續(xù)墻基礎(chǔ)施工步驟框圖,其中有的工序、技術(shù)要求等與就地鉆孔
灌注樁類似。施工要點如下:
1.修筑導(dǎo)墻。槽孔施工前,為保證槽壁垂直,防止挖槽機(jī)械碰壞槽壁,必須沿著
設(shè)計軸線開挖導(dǎo)墻,以起導(dǎo)向和防護(hù)作用,同時還可起到容蓄泥漿、吊放鋼筋籠
與混凝土導(dǎo)管等支承點的作用。導(dǎo)墻的厚度、深度和結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)
條件、施工荷載以及選用的挖槽方法確定。導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)型式如圖4—52所示,兩導(dǎo)
墻間,在適當(dāng)距離上、下各加設(shè)一道支撐。導(dǎo)墻厚度一般為0.20~0.50m,深度一
般為2.Om左右,其頂面應(yīng)比施工地面適當(dāng)高些,以防止地表水流入溝槽內(nèi),其底
面應(yīng)盡可能穿過填土層做在基土上。導(dǎo)墻通常采用含筋率較低的現(xiàn)澆鋼筋混凝土
,也有采用預(yù)制鋼筋混凝土或鋼制工具式導(dǎo)墻,以利周轉(zhuǎn)使用。
2.成槽。成槽工藝是施工中最主要的工序,是決定施工方法能否取得高速、優(yōu)質(zhì)
、低耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的主要關(guān)鍵,F(xiàn)澆連續(xù)墻的厚度一般為0.80~1.50m,成槽
機(jī)械常用的有:抓斗式(吊索、導(dǎo)板和導(dǎo)桿式)和鉆頭式(回轉(zhuǎn)式、沖擊式)兩類,
圖4—53為目前使用較為有效的兩種機(jī)械,表4—44、表4—45分別介紹了索萊唐日
(sole’tanche)液壓銑鉆機(jī)的工作性能和BW型連續(xù)墻鉆機(jī)主要技術(shù)性能。索萊唐
日鉆機(jī)可鉆抗壓強(qiáng)度IOOMPa的巖層。鉆50MPa的石灰?guī)r的成槽速度為8m3/h,鉆砂
層和粘土層的成槽速度可達(dá)20m3/h,鉆進(jìn)精度可達(dá)深度的0.5%,鉆進(jìn)深度最大
可達(dá)1OOm。施工時可參考選用。
旋轉(zhuǎn)式挖槽機(jī)可分為獨頭鉆及多頭鉆兩種。采用多頭鉆機(jī)開槽時,需沿墻體的長
度方向把地下墻劃分成許多有一定長度的施工單元,在地質(zhì)與水文條件、施工機(jī)
具、土渣處理以及混凝土供應(yīng)量可能等情況下,宜采用較大的單元槽段長度,這
樣不僅可減少接頭數(shù)量,還可提高墻體連續(xù)性和防滲能力,以及提高施工效率。
一般每段槽孔長度為6~10m。采用抓斗或沖擊鉆機(jī)時,槽段長度可增大。國內(nèi)在
施工地下防滲墻時,槽段長度有達(dá)38m的記錄。用旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)挖槽有“分層平挖”
與“分層直挖”兩種方法;用抓斗挖槽有“分條抓”、“分塊抓”及“兩鉆一抓
”等方法。廣東省虎門大橋西錨碇地下連續(xù)墻基礎(chǔ)施工就是采用先用鉆機(jī)鉆兩個
導(dǎo)孔,再用抓斗抓去兩孔間土體形成槽孔的“兩鉆一抓”施工法。該法適用土層
較硬、孔深較大的工程。挖槽質(zhì)量控制應(yīng)包括:槽位、槽深、槽寬和傾斜度。在
挖槽過程中應(yīng)經(jīng)常檢查單元槽段的垂直度,其偏差一般不應(yīng)超過1/200;槽位允
許偏差為土30mm;槽深不超過設(shè)計深度0.2m;槽寬在任一深度上應(yīng)保證地下墻的
設(shè)計厚度;相鄰兩槽段豎向中心線的偏差在任一深度上不得大于設(shè)計墻厚的1/3
。根據(jù)經(jīng)驗,施工順序規(guī)劃的原則是:先內(nèi)后外,新開挖的單元要盡可能遠(yuǎn)離剛
完成的單元,要盡早灌注待完成接頭的墻壁混凝土。圖4—54為日本青森大橋主塔
地下連續(xù)墻基礎(chǔ)單元施工的順序(該基礎(chǔ)深度為37m)。
3.泥漿護(hù)壁。地下連續(xù)墻在成槽過程中,槽壁保持穩(wěn)定不坍塌的主要原因是由于
槽內(nèi)泥漿起到護(hù)壁作用。泥漿宜選用膨潤土或優(yōu)質(zhì)粘土配制。泥漿的容重大于地
下水的容重,通過保持泥漿的液面高出地下水位0.5~1.0m,使泥漿的液柱壓力足
以平衡地下水、土壓力,成為槽壁土體的一種液態(tài)支撐。此外,泥漿壓力將泥漿
滲入土體孔隙,填充其間并形成一層組織致密、透水性很小的泥皮,維護(hù)槽壁的
穩(wěn)定性。
保證泥漿質(zhì)量,正確選用泥漿性能指標(biāo),是加快施工速度、確保施工安全的重要
環(huán)節(jié)。施工時要經(jīng)常檢查泥漿的各項指標(biāo),必要時需加入適量的化學(xué)劑以改善泥
漿性能。合適的泥漿容重,膨潤土泥漿為10.5~11.5kN/m’,粘土泥漿為11.5~
13.0kN/m’。不同土層對護(hù)壁泥漿的要求是不同的,表4—46所列的不同土層護(hù)
壁泥漿指標(biāo),可供選用時參考。其中:(1)靜切力是指施加外力使靜止的泥漿流動
,當(dāng)泥漿開始流動的一瞬間阻止其流動的內(nèi)在力稱為靜切力。泥漿的靜切力大,
懸浮土渣鉆屑穩(wěn)定,鉆孔阻力也大;靜切力小則土渣鉆屑容易沉淀。(2)漏失層是
指由于土層間隙較大、結(jié)構(gòu)松散,有集中的滲漏通道。為防止泥漿漏失,要求采
用粘度較高、容重小、靜切力大的泥漿。同時,可加配泥球進(jìn)行堵漏。
泥漿由泥漿攪拌機(jī)拌制。由于地下墻對泥漿的需用量很大,在保證泥漿質(zhì)量的前
提下,應(yīng)當(dāng)盡可能地利用就近材料,合理配制,循環(huán)使用,以降低工程成本。
4.槽段的連接。地下連續(xù)墻施工根據(jù)劃分好的墻段逐段進(jìn)行,通過各單元槽段間
接頭連接形成連續(xù)墻體,因此,接頭處理是連續(xù)墻施工的關(guān)鍵,其施工質(zhì)量優(yōu)劣
直接關(guān)系到墻的受力性能與抗?jié)B能力。接頭的設(shè)置既要滿足功能要求,又要施工
簡單。國內(nèi)目前使用最多的是用接頭管連接的非剛性接頭。在單元槽段內(nèi)土體被
挖去后,在槽段的一端先安放接頭管,再吊入鋼筋籠,澆注混凝土后逐漸將接頭
管拔出,形成半圓形接頭,如圖4—55所示。圖4—56為幾項實際工程中應(yīng)用的接
頭型式。
三、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)實例
1.廣東省虎門大橋(主跨888m的單跨懸索橋)西錨碇設(shè)計為重力式錨,每錨承受來
自主纜的強(qiáng)大拉力約2X170000kN。西錨碇位于人工填筑的砂島上,原設(shè)計用沉井
加樁基方案。由于基礎(chǔ)處原為暗·礁區(qū),石筍林立,巖石風(fēng)化腐蝕不一,且沉井
刃腳周邊巖面高差極大(達(dá)10.5m),沉井施工困難很大,經(jīng)方案比較后,最后選定
用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)為一圓形結(jié)構(gòu)(圖4—57),外徑為61.Om,內(nèi)徑為59.4m
,墻厚為0.8m,平均深度約14.Om,嵌入弱風(fēng)化巖的平均深度為1.95m,最大嵌巖
深度達(dá)3.5m。環(huán)形折線墻體分為35個節(jié)段,節(jié)段間采用人字形鋼板接頭,使墻體
互相楔合。墻內(nèi)設(shè)有三道內(nèi)襯圈和一道頂圈梁,以增強(qiáng)連續(xù)墻的整體性和剛度。
基礎(chǔ)施工分三步進(jìn)行:第一步連續(xù)墻施工;第二步抽水干挖基坑土石方,并相應(yīng)
自上而下澆筑內(nèi)襯圈梁混凝土;
第三步,檢驗基底,干處澆筑大體積基礎(chǔ)混凝土。該基礎(chǔ)工程歷時11個月,其中
地下連續(xù)墻施工僅用了3個月,總體完成圬工量約40000m3,在同等規(guī);A(chǔ)工程
施工中,創(chuàng)下了施工速度的新記錄。
2.日本明石海峽大橋1號錨碇。日本從70年代末首次將地下連續(xù)墻基礎(chǔ)用于鐵路橋
梁后,目前已先后在近20座橋梁工程上應(yīng)用。青森預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋(主跨為
240m),塔墩采用了20.5mX30.Om、深度達(dá)42m的地下連續(xù)墻井箱基礎(chǔ);室蘭港白鳥
大橋(三跨公路懸索橋,主跨為720m)的3號主墩,采用了用地下連續(xù)墻構(gòu)筑的圓形
井筒基礎(chǔ),挖深達(dá)106m;明石海峽大橋為960m+1990m+960m的懸索橋,是世界第一
大跨橋,其主纜端部最大拉力達(dá)1200000kN。該橋1號錨墩基礎(chǔ)龐大,持力層在60m
深以下,采用了直徑為85m、深度達(dá)75.5m的圓柱形、以地下連續(xù)墻為殼體、中間
填充輾壓混凝土的實心基礎(chǔ)(圖4—58)。該施工方法的特點是:
1)先用地下連續(xù)墻構(gòu)成圓形井筒,以深井抽水降低筒內(nèi)水位,挖掘筒內(nèi)土體。挖
土?xí)r用逆砌法澆筑側(cè)墻以加固地下連續(xù)墻;挖至基底后,澆筑底板,并用碾壓法
填充井筒素混凝土,收到了效率高、造價低的效果。
2)本法可細(xì)察基底巖層情況,及時清除隱患,得到承載能力大的穩(wěn)定基礎(chǔ)。
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