地下连续墙设计和施工新技术张庆贺 刘宗光 温竹茵 〔摘要〕 展望地下连续墙在地下工程中应用的前景和施工新工艺。 摘要〕 针对沟槽精度、槽壁接头构造、复合衬砌结构的连接等技术难关，提出 了相应对策。对地下连续墙设计的不同方法进行了对比讨论。 关键词〕 〔关键词〕 地下连续墙 刚性接头 防水接头 复合衬砌 1 引言 1950 年首先在意大利米兰采用泥浆护壁的地下连续墙作为沟槽开挖 的围护结构(最初称为米兰法)，后来在意大利全国各地地下工程施工中 得到推广和应用〔1〕。50 年代后期传到日本和法国，60 年代又传入英、 德、美国和前苏联，地下连续墙逐步成为地下深基础工程中安全有效的 施工方法。当今这一施工方法在世界各地地下工程施工中获得了很大的 成功和进展。特别值得一提的是日本，使用旋转式掘削机开槽，可以构 筑厚 0.8～2.4m、深度达 150m、垂直精度达 1/2000 钢筋混凝土地下连续 〔3〕 墙 。这种新技术新工艺不仅适合于软粘土、砂质粉土、砂土、砾石， 而且还适合于软岩。 我国水电部门从 1958 年开始，先后在青岛的月子口水库、北京、云 南、贵州、广东、广西、吉林和江西的多项水利工程中，使用地下连续 墙工法建造了蓄水库大坝的防渗墙，取得了良好的技术和经济效果。70 年代末，地下连续墙技术在上海、天津、广州、福州、台北等沿海城市 地下工程施工中得到应用，不断的发展和完善。上海近年来开挖深度在 10m 以上的深大基坑，绝大数都采用地下连续墙作为围护结构的护墙。 地下连续墙最大深度可达 40m，厚度约为 1.5m，施工垂直精度一般为 1/200。上海电信大楼、上海不夜城、海伦宾馆、国贸中心，地铁车站、 人民广场地下车库、合流污水治理彭越浦泵站等地下基础工程成功地使 用了地下连续墙工法，取得了良好的技术经济和社会效益。 除此之外，地下连续墙还日益广泛用于建造城市地下车库、地下商 业街、高层建筑的地下抗震剪力墙、桥梁的基础和悬索锚定墩、城市共 同沟、盾构法隧道施工工作井等地下设施。因此研究地下连续墙工法的 设计施工新技术是很有意义的。 2 施工技术难题和对策 在地下连续墙施工中遇到的技术难题主要有：(1)清渣不彻底，墙身 夹泥；(2)接头不连续，强度和刚度薄弱；(3)接头渗漏水严重；(4)与内 衬不能整体工作，形成“二层皮”。 由于上述技术难题不能妥善解决，严重影响地下连续墙工程质量， 有时甚至产生工程事故。例如上海昌都大厦、地铁 2 号线人民广场站的 基坑围护结构断裂倒塌，一定程度上与墙身和接头质量有关。为此，针 对上述难题做出科学分析，形成以下相应对策。 2.1 成槽精度和连续墙质量保证 当前由于成槽机精度不高，稳定液品质差，常有塌孔、沉渣堆集、 成槽形状不规则。特别是接头部位夹泥，现有液压抓斗、拖板刮削不净， 造成钢筋混凝土地下连续墙中含有泥浆孔洞，大大降低承载力和防水性 能。现有凭线绳悬吊钢筋、靠手感测沉渣厚度的方法较落后，沉渣未清 彻底，直接影响地下连续墙垂直承载力。日本使用计算机监控的旋转式 掘削机，开槽垂直精度达 1/2000，凭超声波检测仪，绘出孔底的形状和 沉渣的厚度。大功率的射流泵，向槽底喷射比重小的稳定液，把沉底的 沉渣从一侧赶向另一侧。同时开启另一台吸收泵，通过吸管把比重较大 的沉渣从另一侧吸出(图 1)，为了使泥浆顺利地为混凝土挤排出，采用 高流动性、高充填性混凝土，从而保证地下连续墙的工程质量。 图1 沉底的沉渣排出 2.2 地下连续墙的接头构造 地下连续墙承受来自垂直和水平向的自重， 水土压力及地震动荷载， 都要求槽段之间钢筋尽可能贯通，在接头处不使成为刚度和强度薄弱部 位。水平贯通钢筋和水平弯曲钢筋直径、根数、搭接长度，端头钢板的 附着连接螺栓的直径根数，能满足地下连续墙剪切和弯曲强度和刚度， 这种型式的接头称为 H 型钢板刚性接头，如图 2。交叉十字型钢板接头， 也是刚性接头的一种。槽段端头仅靠水平贯通和弯曲贯通钢筋，无接头 钢板，称为柔性接头，如图 3。槽段之间接头型式取决于实用要求，国 内外许多单位大量的模型实验对其承载能力做了验证。 图2 刚性接头 图3 柔性接头 图4 防水接头 2.3 地下连续墙接头防水 由于地下建筑物多种使用功能，对作为地下室外墙的地下连续墙要 有良好的防水性能。地下连续墙槽段接头处是最容易渗漏水的部位。各 种地下连续墙防水接头试验成果正在逐步推广： 先期施工地下连续墙段， 两端头钢板内包裹防水尼龙布，水平钢筋穿过尼龙布和钢板，后继槽段 包裹防水尼龙布与先期施工槽段防水尼龙布互相搭接达到防水要求。上 海宝钢冶金建设公司已形成一整套具有特色的以“液压抓斗”为成槽设 备， 在槽段端头放置嵌有橡胶止水带的防水接头板的防水接头施工方法。 如图 4 所示，橡胶止水带由接头模板固定紧贴槽段端头垂直吊入，钢筋 笼内浇筑混凝土 12h 后，利用“脱模器”对防水接头模板脱模。这种防 水接头模板待相邻槽段成槽且清底之后才拔出，接头模板始终保护已浇 灌混凝土的槽段端头，避免端头被成槽的泥浆污染，不会在端头形成泥 皮，两端混凝土很好的连接，消除接头渗漏的隐患。 2.4 复合墙的连接构造 作为地下街、地铁车站、高层建筑地下室侧墙，单靠地下连续墙支 承施工阶段、使用阶段及偶发荷载，刚度和强度往往不足，因此在内侧 立模现浇一定厚度钢筋混凝土内衬，即所谓复合墙。泥水之中构筑的地 下连续墙，土体开挖之后，很难保证内表面光滑、整洁、无渗水，因此 施做现浇内衬混凝土，从使用角度也是必要的。如何保证地下连续墙与 后浇内衬整体结合共同工作，使设计者颇费脑筋。参考日本和上海地铁 的做法，笔者建议，用螺栓和锚固钢筋作为复合墙的连接构造措施(图 5)。复合墙与楼板连接方式如图 6。只要精心施工，这样施工的复合墙 承载及防水性能不比整体钢筋混凝土地下连续墙逊色。 图5 复合墙与内衬连接 图6 复合墙与楼板连接 3 高精度地下连续墙的施工工艺和技术要求 要使施工完成的地下连续墙有很高的垂直精度和水平精度，垂直和 水平向有连续均匀的抗弯强度和刚度，高的承载力和防水性能，必须有 先进的施工工艺和严格的技术管理。图 7 是地下连续墙施工管理图，代 表当今先进的管理水平。 图7 地下连续墙施工工艺和技术管理要求 4 设计计算方法 地下连续墙作为深基础基坑的围护结构，要有足够的厚度和入土深 度，保证施工阶段基坑底不产生隆起，在坑内外水头差作用下，不会产 生流砂及管涌，在主、被动土压力施工荷载作用下不倾覆、不剪折、不 致产生有害的变形。在建筑物使用阶段，地下连续墙作为复合墙必须满 足使用阶段荷载作用，用作永久基础，满足垂直荷载承受力和沉降的限 制。作为耐震墙，在地震作用下能满足安全要求，地下连续墙在施工阶 段通常看作弹性地基梁，可求出不同工况的内力及变形，无法定量的绘 出四周介质的变形。使用二维三维有限元方法，可以绘出墙体及围岩的 应力及变形，但土体特别是扰动后土体物理力学参数提供不准确，上述 数值分析的结果也只能用作参考。反分析方法，由某时步监测得到的介 质应力和应变，反算结构的内力和变形，预测下几个时步结构体系的变 形，随时改变支护方法，可达到经济合理的目的。在使用阶段地下连续 墙和内衬组成复合墙与箱型地下室，上部结构在不同荷载组合条件下分 别进行共同作用分析。 5 结语 积 5.1 地下连续墙在地下深基础工程设计和施工中将有更广泛的用途。 极开发引进先进的成槽机、泥浆制备分离设施、超声波测孔技术对于推 进我国地下连续墙发展是很有意义的。 5.2 依地层的不同条件选择不同的成槽机、成槽精度，沉渣清除是否干 净是保证地下连续墙质量的关键。根据地下连续墙的不同使用功能，可 以选用柔性、刚性和防水接头。 使用阶段应设计成复合墙的 5.3 施工阶段用作围护结构的地下连续墙， 结构形式，充分发挥地下连续墙的潜在能力。使用连接螺栓或锚固钢筋 是达到两者共同工作的有效构造措施。 5.4 地下连续墙设计计算应分成施工、使用阶段不同工况计算分析比 较。 以监测监控指导下的变形(应力)反分析方法是较有实际意义的方法。 参考文献 1.赵志缙主编.高层建筑施工手册.上海：同济大学出版社，1991， 11.第 1 版。 2.林宗元主编.岩土工程勘察设计手册.辽宁： 辽宁科学技术出版社， 1996，3.第 1 版。 3.日本建筑学会， 出留め设计施工指针， Recommendation for Design and Construction Practice of Earth Retaining for Exacavation. 印刷所，株式会社，技报堂，108 东京都港区芝 5-26-20. 4.Prof.DipL.-ING.johannes Doinbusch,DipL.-Ing.Ulnich Aveiesch,Aachen,Baveifahrens techniken bei des Heistellung von Kombinationsabdichtungen im Deponiebau,Tis 3/96. 张庆贺，同济大学地下工程系，教授， 张庆贺，同济大学地下工程系，教授，上海 200092 收稿日期：1997-11收稿日期：1997-11-05
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