新型地下連續墻接頭的開發與應用

摘要:分析了地下連續墻基坑圍護結構的各種傳統接頭施工工藝的特點,針對在砂層和富含水地層中,地下連續墻段與段的接頭部位易滲漏水的難題,設計開發了一種適宜于此類地層的新型鋼筋混凝土接頭,并在廣州地鐵五號線大坦沙南—中山八站區間明挖段基坑工程中實際應用。實踐證明:鋼筋混凝土接頭不僅較好地解決了基坑圍護結構滲漏水問題,保證了施工質量和進度,而且具有節約資源和有利于環保的優點。

關鍵詞:基坑圍護;連續墻;接頭

隨著我國建筑市場的蓬勃發展,在地鐵、房建等大型深基坑工程中越來越廣泛地采用地下連續墻作為圍護結構。但在廣州地區的砂層和富含水土層中,如果作為基坑圍護結構的地下連續墻發生滲漏水,不但會給基坑開挖和主體結構施工帶來極為不利的影響,而且會導致基坑變形及周圍建筑物沉降過大,嚴重時會發生基坑失穩、垮塌等安全事故,給工程各方帶來極大的經濟損失和社會影響。因此,針對這種地層的特點,開發出適宜的地下連續墻接頭尤為關鍵。

1連續墻接頭傳統施工工藝分析

地下連續墻是由間隔或連續澆注的鋼筋混凝土墻段組成,通常兩墻間的連接件是事先準備的各種形式端頭模板,目前國內所使用的連續墻接頭形式以工字鋼、接頭管為主,最簡單的是接頭管。

接頭管安置在墻段的末端,在墻段混凝土達到一定強度后象滑模一樣撥出,在墻端產生一個凹面,相鄰墻段緊靠此凹面挖槽和澆注混凝土。接頭管應用廣泛,但不能完全保證地下連續墻接頭緊密連接,因為先澆墻段不能為后澆墻段從頂到底提供明確的導向,在槽段澆注混凝土時,需邊澆注本段混凝土邊撥管,在施工中撥管的時間難以較好掌握,撥管時間較早則易損壞已澆槽段接口,撥管時間較晚則會由于混凝土與接頭管粘緊而撥不出管。采用接頭管工藝不允許附設止水裝置如止水板等,因為這些裝置在接頭管撥出時將被破壞,因此,接頭管的止水效果較差。

為了保證基坑開挖時無水作業,使地下連續墻具有較好的防漏水效果,以利于基坑開挖和主體結構的施工,在長期工程實踐中采用了現場焊接工字形鋼板接頭工藝。如圖1所示。

工字鋼接頭具有施工工藝簡單,施工速度快,可現場制作,結構強度與剛度好,接頭的滲水路徑較長等特點,從而具有一定的止水效果,得到了廣泛應用。采用工字鋼接頭工藝時,在地下連續墻(槽段)成槽后,放入“工字鋼接頭”,由于工字鋼的高度要比連續墻槽段的寬度要小,在成槽時泥漿會通過工字鋼與連續墻槽段內壁之間的空隙流到另一側去(見圖2-a),使工字鋼的背面存有泥漿(見圖2-b),一段時間后,泥漿或混凝土會凝固并附在工字鋼的背面形成一層泥膜,如果不能很好地沖刷干凈,當相鄰槽段澆注混凝土時,會使得后澆段混凝土與工字鋼之間的接觸面粘結不夠牢固(見圖2-c),并形成滲水通道,從而導致連續墻接頭漏水。在軟弱砂層和透水性強的土層中施工地下連續墻時,由于連續墻成槽寬度會比設計寬度大,更容易造成滲流現象,很難保證連續墻的止水效果。

為了防止泥漿或混凝土繞過工字鋼兩側滲流到工字鋼背后,常用的處理方法是在工字鋼背后填砂包,填滿半圓形空隙以阻止混凝土入侵(如圖1),但在充滿泥漿的狹窄空隙中填砂包是很難密實的,混凝土仍會繞過工字鋼滲到其背后的空隙中,形成一條混凝土“樁”,在下一個槽段成槽時首先要沖除該“樁”,由于該“樁”一側緊貼工字鋼,另一側靠土層,造成一邊硬一邊軟,即使在混凝土澆注前對工字鋼的表面進行沖刷,也很難沖刷掉。由于沖刷工序繁瑣而且耗時較長,嚴重影響了施工進度、大大增加了施工的成本,影響了接頭質量。

2新型鋼筋混凝土接頭的開發

根據有關防水理論,結合對“工字鋼接頭”眾多滲漏水實例的分析,設計開發出一種“鋼筋混凝土接頭”。該接頭最大的優點是能夠較好的防止泥漿滲流粘附在接頭背面,保證接頭與后澆段連續墻混凝土密實連接,在接頭部位增加了鋼板止水帶后,進一步延長了滲水路徑,從而達到較好的防水效果。鋼筋混凝土接頭的具體形式見圖3。

由圖3可看出,鋼筋混凝土接頭與工字鋼接頭相比有以下特點:

(1)鋼筋混凝土接頭的設計尺寸與連續墻的槽寬相同,能有效的阻止泥漿的滲流,而且成槽后該接頭構件直接埋在連續墻里,不再回收利用,減少了拔出工序,接頭中的鋼筋可與連續墻的配筋相同,不影響圍護結構本身的抗彎強度等受力條件。

(2)在連續墻與接頭的交界處,增加1道鋼板止水帶,可延長滲水路徑,以達到較好的防水效果。

(3)預先在靠鋼板止水帶一側裝上1個保護器(見圖4),然后再將混凝土接頭放入槽內,待相鄰槽段成槽后再把保護器取出(保護器可多次重復使用)。這不僅可以保護止水帶,還可以免除對接觸面的沖刷。即使有滲流的混凝土也是在保護器的背面,從而保證了接頭與后澆段連續墻混凝土的密實連接,以避免產生漏水情況。

(4)鋼筋混凝土接頭為預制件,它的生產并不影響工程的整體進度,相反,由于取消了對交界面的沖刷工作,該接頭不用拔出回收,反而節省了大量的施工時間,為按時完成工程提供了有利的保障。

(5)考慮到鋼筋混凝土接頭的質量較大,可根據工程需要設計成中空的,或增加接頭混凝土的強度,以滿足接頭部位的結構受力即可。

3鋼筋混凝土接頭施工工藝

(1)鋼筋混凝土連續墻接頭和接頭保護器通過預埋鋼板和插銷進行連接,吊入前把接頭和保護器連接固定,成槽后把插銷拔除后即可吊出接頭保護器(見圖5)。

(2)由于連續墻接頭和接頭保護器的總質量較大(約重29～31t),因此,在起吊放入時,需要用80t和35t兩臺履帶起重機(利用吊鋼筋籠的器械)進行起吊,故設計時,該接頭構件必須考慮起吊時的工況。

(3)為了保養好接頭板和重復使用時更容易起拔,在拔保護器時需要一邊拔一邊用水沖洗干凈,拔出后還要涂上潤滑油(黃油),以便下一個槽段重復使用,節約鋼材。

(4)由于接頭保護器比較輕,起拔也比接頭管容易,所以接頭保護器只需用小噸位吊機起拔即可。

4質量保證措施

(1)成槽施工要經常檢測槽壁垂直度,一旦發現偏孔要及時糾偏,鋼筋接頭構件的垂直度應滿足地下連續墻規范和設計的要求。

(2)接頭構件起吊放入時不可強行沖放,當放入困難時,要起吊接頭構件,重新修孔、清孔后才可再次放入。

(3)清孔后泥漿指標滿足要求后,才可拔出接頭保護器,并盡快灌注后澆段混凝土,以免泥漿在接觸面形成泥膜,影響防水效果。

5經濟、環境效益分析

從經濟角度分析,由于該鋼筋混凝土接頭為預制件,需事先制作好相應的模板及保護器等,因此,成本比工字鋼接頭相對較大,但是由于該接頭為800mm寬,實際上取代了一部分的連續墻結構,從而使得連續墻本身的工程量減少,費用降低;鋼筋混凝土接頭可節省大量鋼材,每個接頭節省鋼板%。綜合考慮計算,使用鋼筋混凝土接頭比使用工字鋼接頭還要節省。

鋼筋混凝土接頭可減少對環境的污染。采用工字鋼接頭現場施焊量大,會釋放出大量的有害氣體,對操作人員身體和環境造成不良影響。同時,使用傳統工藝為防止一期槽段施工時混凝土進入二期槽段內,施工中需使用大量泡沫板,這種泡沫板難以降解,對環境造成“白色污染”,而新型接頭可以消除這種污染。

更關鍵的是在砂層或富含水土層的情況下,基坑圍護結構如果滲漏水嚴重,則對基坑開挖和結構施工產生諸多不利,對施工質量和進度會造成相當大的影響,甚至會導致基坑失