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1、地下工程施工与管理 西南交通大学土木学院2006年2月 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
2、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
3、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 地下连续墙的构造形式
4、 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
5、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 地下连续墙设计与计算 1 地下连续墙受力特点入土深 刚度大 施工过程工况多 兼作临时挡墙和永久性主体结构 分析施工与使用两种情况的结构情况 三 地下连续墙设计与计算 2 地下连续墙挡土结构体系破坏形式结构体系组成 墙体 支撑 墙前后土体组成共同作用的受力体系 受力变形状态与基坑形状 尺寸 墙体刚度 支撑刚度 墙体入土深度 土体的力学性能 地下水 施工程序和开挖方法等有关 其破坏形式分为 稳定性破坏 强度破坏两类 1 稳
6、定性破坏下图中三类 三 地下连续墙设计与计算 3 地下连续墙的主要计算内容根据可能发生的破坏形式来拟定计算内容 1 确定施工和使用阶段各工况荷载 即作用于地下连续墙上的水土压力 上部垂直荷载 2 确定入土深度 满足抗管涌 隆起 整体失稳 承载力 3 验算开挖槽段槽壁稳定 调整槽段长 宽 深度 4 连续墙结构体系 墙体 支撑 内力分析和变形验算 5 结构截面设计 墙体 支撑 配筋设计 强度验算 接头 节点联接 构造处理等 6 估算施工对周围环境影响 包括墙顶位移 地面沉降值 三 地下连续墙设计与计算 4 地下连续墙挡土结构计算理论相对使用阶段 施工阶段受力更为复杂 其计算理论和方法 有一些地方法
7、规 至今未有全国性统一规范 介绍几种工程中广泛使用的计算方法 按时间划分 经典方法 现代计算方法 按手段划分 经验法 解析法 数值法 一般认为可归纳四类 a 荷载结构法b 修正的荷载结构法c 地层结构法d 有限单元法这四类方法 有的土力学 基础工程 结构力学等讲过 不在复述 其它可参考有关专著 四 地下连续墙主要施工工序 1 概述地下连续墙的施工过程复杂 工序多 其中修筑导墙 泥浆的制备和处理 钢筋笼的制作和吊装以及水下混凝土浇灌是主要的工序 四 地下连续墙主要施工工序 2 导墙施工 1 导墙的作用导墙作为连续墙施工中必不可少的构筑物 具有以下作用 1 控制地下连续墙施工精度导墙与地下墙中心相
8、一致 确定沟槽走向 是量测挖槽标高 垂直度的基准 2 挡土作用3 重物支承台施工期间 承受钢筋笼 灌筑混凝土用的导管 接头管以及其它施工机械的静 动荷载 4 维持稳定液面的作用导墙内存蓄泥浆 为保证槽壁的稳定 泥浆液面始终保持高于地下水位一定的高度 此高度值的确定 大多数规定为1 25 2 0m 一般使泥浆液面保持高于地下水位1 0m 能满足要求 四 地下连续墙主要施工工序 2 导墙的形式导墙一般采用现浇钢筋混凝土结构 也有钢制的或预制钢筋混凝土的装配式结构 目的是想能多次重复使用 各种形式的导墙 四 地下连续墙主要施工工序 a b 断面最简单 适用于表层土质良好 如密实的粘性土等 和导墙上荷
9、载较小的情况 c d 应用较多 适用于表层土为杂填土 软粘土等承载能力较弱的土层 e 适用于作用在导墙上的荷载很大的情况 可根据荷载的大小计算确定其伸出部分的长度 f 适用于邻近建筑物的情况 有相邻建筑物的一侧应适当加强 g 适用于地下水位很高又不采用井点降水时 为确保导墙内泥浆液面高于地下水位lm以上 需将导墙上提而高出地面 在这种情况下 需在导墙周边填土 可采用形式的导墙 四 地下连续墙主要施工工序 3 导墙施工导墙一般采用C20混凝土浇筑 配筋通常为 12 14 200 表土较好时 导墙施工期保持外侧土壁垂直自立时 则以土壁代替外模板 避免回填土和槽外地表水渗入槽内 表土较差时 开挖后外
10、侧土壁不能垂直自立 外侧需设模板 导墙外侧的回填土应用粘土回填密实 防止地面水从导墙背后渗入槽内 引起槽段塌方 地下墙两侧导墙内的净距 应比地下连续墙厚度略宽 一般为40mm左右 导墙顶面应高于地面100mm左右 以防雨水流人槽内稀释及污染泥浆 四 地下连续墙主要施工工序 2 泥浆护壁 1 泥浆的作用作用 护壁 携渣 冷却机具和切土滑润 其中护壁为最重要的功能 泥浆性能 a 具有一定的密度 渗入土壁形成一层透水性很低的泥皮 有助于维护土壁的稳定性 b 具有较高的粘性 在挖槽过程中将土渣悬浮起来 使钻头时刻钻进新鲜土层 c 降低钻连续冲击或回转而上升的温度 减轻钻具的磨损消耗 d 有良好的固壁性
11、能 且便于灌筑混凝土 e 有一定的稳定性 保证在一定时间内不出现分层现象 四 地下连续墙主要施工工序 2 沟槽开挖临界深度估算沟槽开挖深度与土质情况 开槽形状 长度 宽度 施工方法 泥浆性能等诸多因素有关 临界深度确定 经验 现场实地试验 在缺乏经验的情况 可采用公式估算 见讲义中P1 24有关经验公式 四 地下连续墙主要施工工序 3 护壁泥浆的成分地下连续墙挖槽护壁用的泥浆主要成分和外加剂如下表 我国工程中使用最多的是膨润土泥浆 四 地下连续墙主要施工工序 4 在不同地层中的泥浆配合比 四 地下连续墙主要施工工序 5 泥浆质量的控制指标在施工过程中 要保证泥浆的物理 化学的稳定性和合适的流动
12、特性 l 泥浆密度 尽量低 小于1 15 2 泥浆粘度和切力 破坏泥浆中网状结构单位面积上所需的力 称为泥浆极限静切力 也简称泥浆切力 3 泥浆失水量和泥饼厚度 泥浆在沟槽内受压差的作用 部分水掺入土层 这种现象叫泥浆的失水 滤失的多少叫泥浆的失水量 4 泥浆含砂量 泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200号筛孔 即直径大于0 074mm的砂子所占泥浆体积的百分数 5 泥浆pH值 也叫泥浆酸碱值 6 泥浆胶体率和稳定性 四 地下连续墙主要施工工序 泥浆质量控制指标 四 地下连续墙主要施工工序 6 泥浆的制作和再生处理 1 泥浆的需要量决定于一次同时开挖槽段的大小 泥浆的各种损失及制备和回收处理泥浆的
13、机械能力 一般是参考类似工程的经验决定 作为参考可用下列经验公式估算 Q 泥浆总需要量 m3 V 设计总挖土量 m3 n 单元槽段数量 K1 浇筑混凝土时的泥浆回收率 一般为60 805 K2 泥浆消耗率 一般为10 20 包括泥浆循环 排土 形成泥皮 漏浆等泥浆损失 地下连续墙 四 地下连续墙主要施工工序 2 泥浆的制作制作基本流程见下图 泥浆制作基本流程图 1 泥浆搅拌器 11 化学制作处理搅拌器 P 循环用泵 四 地下连续墙主要施工工序 3 泥浆的再生处理沟槽循环或混凝土置换而排出的泥浆 由于膨润土 CMC等主要成分的消耗以及土渣和电解质离子的混入 质量比原泥浆显著恶化 可根据泥浆的恶化
14、程度 决定舍弃或进行再生处理 一般采用重力沉降和机械处理等两种方法 重力沉降处理 是利用泥浆和土渣的密度差使土渣沉淀的方法 机械处理 使用振动筛和旋流器 振动筛 是通过强力振动将土渣与泥浆分离 旋流器 是使泥浆产生旋流 砂粒在离心力作用下集聚在旋流器内壁 再在自重作用下沉落排渣 无法再回收使用的废弃泥浆 应进行预处理 通常是泥水分离 四 地下连续墙主要施工工序 7 槽段开挖连续墙是分段施工 每一段称为一槽段 一次混凝土灌筑单位 是连续墙施工中的重要环节 约占工期的一半 精度是施工进度和质量的关键工序 1 槽段长度确定一般而言 各种长度均可施工 且越长越好 能减少地下墙的接头数 可提高防水性能和
15、整体性 但实际槽段长度确定 是由许多因素决定的 一般应考虑以下的因素 地质情况 环境 起重机挖土机能力 单位时间内供应混凝土的能力 所具备的稳定液槽容积 占用的场地面积以及能够连续作业的时间等 最大槽段长度为20m 但通常一段不超过10m 从我国的施工经验看 槽段以6 8m长较合适 四 地下连续墙主要施工工序 2 槽段平面形状和接头位置一般为纵向连续一字形 但为了增加地下连续墙的抗挠曲刚度 也可采用L形 T形及多边形 墙身还可设计成格栅形 为矩形槽段 为转角L形槽段 为T形槽段 为U形槽段 地下连续墙的平面形状以及槽段划分 四 地下连续墙主要施工工序 8 钢筋笼加工和吊放 1 钢筋笼加工地下连
16、续墙的受力钢筋一般采用 级钢 直径不宜小于16mm 构造筋可采用 级钢筋 直径不宜小于12mm 最好按单元槽段做成一个整体 钢筋笼构造示意图 a 横剖面图 b 纵向桁架纵剖面图 四 地下连续墙主要施工工序 2 钢筋笼的吊放钢筋笼起吊时 顶部要用一根横梁 常用工字钢 其长度要和钢筋笼尺寸相适应 钢丝绳须吊住四个角 钢筋笼的构造与起吊方法1 2一吊钩 3 4一滑轮 5一卸甲 6一钢筋笼底端向内弯折 7一纵向桁架 8一横向架立桁架 四 地下连续墙主要施工工序 9 水下混凝土灌筑 1 浇灌混凝土前的清底工作槽段开挖到设计标高后 要测定槽底残留的土渣厚度 沉渣过多 会使钢筋笼插不到设计位置 或降低地下连续墙的承载力 增大墙体的沉降 清底的方法 有沉淀法和置换法两种 沉淀法 是在土渣都沉淀到槽底后再进行清底 置换法 是在挖槽结束后 对槽底进行清理 在土渣还没有沉淀之前用新泥浆把槽内的泥浆置换出来 使泥浆的密度在1 05以下 四 地下连续墙主要施工工序 2 对混凝土的要求浇筑具有水下混凝土浇筑的施工特点 混凝土强度等级一般不应低于C20 级配除了满足结构强度要求外 还要满足水下混凝土施工的要求 比如
