超深地下连续墙大体积混凝土水下灌注技术研究

摘要：随着城市化进程的不断加快，城市地下空间也逐步向大尺寸、超深的方向发展，地下连续墙技术也随之向超深的方向发展，但超深地下连续墙大体积混凝土的水下灌注问题出现了一系列的技术难题。本文结合昆明市地铁交通枢纽站东风广场站地质特点和地下连续墙的施工技术要求，对超深地下连续墙大体积混凝土水下灌注难题提出了有效的施工方法和质量预防措施，在工程实际中取得了良好的应用效果。

关键词：超深地下连续墙；水下灌注；大体积混凝土

0 前言

随着城市进程化飞速发展，土地资源越来越稀缺，城市地下空间的开发和利用越来越成为城市发展的主流和方向，如高层建筑，城市地铁，防空设施等。城市地下空间也逐步向大尺寸、超深的方向发展，地下连续墙技术也随之向超深的方向发展。与此同时，由于各地地质条件的差异，不同工程的要求，以及周边环境的影响，超深地下连续墙施工中出现了很多技术难题，如大体积混凝土水下灌注技术，需要借鉴成功的施工经验，不断学习新技术，确保经济性和安全性的有机统一。

本文结合昆明市地铁交通枢纽站东风广场站地质特点和地下连续墙的施工技术要求，对超深地下连续墙大体积混凝土水下灌注难题提出了有效的施工方法和质量预防措施，以期在工程实际中取得了良好的应用效果。

1 地下连续墙的定义

地下连续墙，指用专用的挖槽（孔）设备，沿着深基础或地下构筑物周边，采用泥浆护壁，开挖出具有一定宽度（或直径）与深度的沟槽（或孔），在槽（或孔）内设置钢筋笼，采用导管法浇筑混凝土，筑成一个单元墙（或桩柱）段，依次施工，以某种接头方式连接成一道连续的地下钢筋混凝土墙，作为基坑开挖时的防渗、挡土、邻近建筑物基础的支护以及直接作为承受垂直荷载的基础结构物的一部分。

2 实例分析

2.1 工程概况

东风广场站地下连续墙槽段平均深度60m，标准槽宽5.5m，平均槽段混凝土灌注量360m3左右，数量大，烧筑时间长，对灌注工艺要求高。

2.2 工程地质条件

2.3 水文地质条件

场地地下水属第四系松散层孔隙水，具有微承压性。主要含水层为：粉砂、粉土及圆砾，其中粉土、粉砂富水性中等，圆砾富水性强，圆砾是场地内的主要含水层，其余粘性土为相对隔水层。

3 大体积混凝土水下灌注混凝土技术

在钢筋笼下放到位，防绕流措施布设完后，4h内进行水下混凝土灌注，灌注采用双导管法施工，混凝土采用商品混凝土，混凝土罐车运输混凝土。

图1 双导管布置示意图

c、混凝土初灌量确定。漏斗内混凝土的初灌注量必须满足初灌时导管底部一次性埋入沪宁图中1.0～1.5m。初灌量过小会造成脱管现象、底管口混凝土离析，造成断桩等事故，影响成桩质量。开始灌注时尽量准备足够的混凝土，混凝土下降产生的巨大冲击力可将孔底泥浆泛起，从而带动孔底沉渣返出，减少墙底沉渣厚度，提高墙的承载力，根据岩土有关理论说明：孔底的沉渣厚度少许的减少，则桩承载力将大幅度的提高。

在灌注首批混凝土之前，先在料斗内放入0.1～0.3m3与混凝土标号一致的水泥砂浆，然后再放入混凝土，水泥砂浆起润滑导管的作用，在首批混凝土顺利下滑至孔底后，立即检测导管内外的混凝土高度，检查导管是否埋入混凝土中，合格后应继续向漏斗加入混凝土，转入中期灌注，要确保混凝土灌注的连续作业，使混凝土和泥浆一直保持流动状态。

图2 混凝土初灌量计算简图

混凝土初灌量计算：

V――首批轮灌注所需量（m3）；

h1――孔内混凝土面高度达到Hc时导管内混凝土柱需要的高度（m）；

h2――导管埋入混凝土深度，h2≥1.0m；

h3――导管底端到孔底的距离，h3=0.5m；

Hc――灌注首批混凝土所需孔内混凝土面至孔底的高度；Hc=h2+h3=1.5m；

Hw ――井孔内混凝土面以上泥浆深度，Hw =65-1.0-0.5=63.5m；

B――连续墙厚度，B=lm；

L――连续墙幅长，L=5.5m；

d――导管内径，d=0.25m；

――混凝土容重（kN/m3）， =2.4 kN/m3；

――泥浆容重（kN/m3）， =1.1 kN/m3； 经计算，首批混凝土初灌量为

采用混凝土罐车首次初灌19.7 m3，满足封底要求。

d、混凝土开始浇筑时，先在导管内放置隔水球以便混凝土浇筑时能将管内泥浆从管底排出。混凝土浇筑采用将混凝土车直接浇筑的方法，初灌时保证每根导管有7m3混凝土的备用量。

e、混凝土浇筑中要保持混凝土连续均匀下料，混凝土面上升速度不低于2m/h，导管埋置深度控制在2～6m，在浇筑过程中随时观察、测量混凝土面标高和导管的埋深，严防将导管口提出混凝土面。同时通过测量掌握混凝土面上升情况，推算有无坍方现象，因故中断浇筑时间不得超过30min。

f、两根混凝土导管进行混凝土浇灌，要注意浇灌的同步进行，保持混凝土面呈水平状态上升，其混凝土面高差不得大于500mm，以防止因混凝土面高差过大而产生夹层现象。

g、混凝土浇筑时严防混凝土从漏斗溢出流入槽内污染泥浆，影响混凝土浇筑质量。混凝土浇筑面应高出设计标高30～50crn，对混凝土浇筑过程作好详细记录。

h、每幅地下连续墙混凝土到场后先检查混凝土原材质保单、混凝土配比单等资料是否齐备，并做坍落度试验，检查合格后方可进行混凝土的灌注。混凝土浇筑时在前、中、后应做三次坍落度试验。

i、每幅墙的混凝土应按规范要求做试块取样做混凝土的抗压、抗渗试验。所做试块放入恒温池养护，7天后送试验站标养池中养护，到龄期后作抗压、抗渗试验。

4 混凝土浇筑过程中遇到的问题及处理方法

本地下连续墙身很深，混凝土数量大，混凝土浇筑施工存在导管断裂、卡死无法继续使用，堵管、钢筋笼上浮，接头卡死无法顶拔，混凝土供应不连续，灌注混凝土出现夹层等风险。

a、导管断裂、卡死

（1）原因分析：

由于导管长度达到60m左右，自重较大，且混凝土浇筑过程中，起拔导管时，可能发生导管的法兰接头被钢筋卡死，起拔力过大，造成导管断裂，使混凝土浇筑中断。

（2）预防措施：

加工三套60m长全新的导管，壁厚加强至6mm，另外每节导管连接的法兰也进行加强，以确保导管自身的刚度，防止起拔时发生导管断裂的情况；在先行幅钢筋笼制作时，设置备用导管仓，同正常的导管仓制作一样焊烧导向钢筋，以便在紧急情况下可投入使用；采用100t履带吊进行提升、拔出导管作业；

（3）应急措施：

一旦发生导管无法正常使用的情况下，立即在备用导管仓内下放另一根导管到达混凝土面。利用损坏的导管继续浇灌一定方量的混凝土，以保证备用导管的埋管深度达到规范要求，通过导杆式泥浆泵将备用导管中的泥浆吸出，再通过备用导管继续完成剩余的混凝土浇筑施工。

b、堵管

（1）原因分析：

混凝土和易性不好，混凝土中夹有卵石；或导管埋得过深；或绕筑不连续，导管内混凝土初凝。

（2）预防措施：

加强拌合站配料的监督，保证混凝土中不夹杂大块碎石或卵石；适当掺加外加剂，改善混凝土和易性，提高混凝土流动性；加强混凝土运输管理，确保混凝土连续绕筑；导管埋置深度严格按照设计计算和规范要求及时提升；可提动导管，将导管上下振动，使混凝土下落，但振动的幅度应控制在30～40cm以内。

（3）应急措施

当导管堵塞，用上述方法处理后，混凝土仍无法灌入时，就需要将导管拔出进行疏通。并及时换用备用导管。重下导管灌注时（由于处理时间较长，其它导管应继续灌注，不得停顿），可先将导管底端插入到混凝土面以下1m左右。然后用直径小于导管，而长度较大的导杆式泥浆泵将导管内泥浆抽出。再将储料仓内存满的混凝土，以较大的冲力贯入导管。

c、筋笼上浮

（1）原因分析：

清孔不彻底，孔内沉渣过厚，在浇筑水下混凝土时，混凝土将沉渣、泥块一起向上顶起，共同形成顶托力，造成钢筋笼子的上浮；混凝土坍落度偏小或和易性差；混凝土浇筑速度过快。

（2）预防措施：

采用二次清孔工艺，使沉渣厚度符合规范要求。开始浇筑混凝土时，要放缓浇筑速度，当混凝土包裹钢筋笼2～3m时，再适当加快浇筑速度；在钢筋笼正面和背面焊接几道“倒刺”，每一道焊接4个“倒刺”，防止钢筋笼上浮；应严格控制混凝土配制、坍落度，坚决禁止使用不合格的混凝土。

（3）应急措施：

在现场施工中，没有发生钢筋笼上浮现象，主要原因是钢筋笼太长太重（73t）。若真发生钢筋笼上浮，则立即准确计算导管埋深和已浇标高，在导管提升的最大在限度内，快速提升，缓慢下放，反复几次，上升的钢筋笼可恢复原标高。或在外力的作用下反复压顶钢筋笼顶端，钢筋笼复位后立即用型钢固定。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇筑标高及导管埋深。切不可因浮笼问题而把导管拨出混凝土面。

d、灌注混凝土出现夹层

地下连续墙位水下混凝土灌注施工，存在混凝土出现夹层的风险。

（1）原因分析：

地下连续墙在混凝土浇筑过程中，因导管接头不严密、首批下混凝土量不足、混凝土浇筑时造成间断使首批混凝土失去流动性以及混凝土浇筑时局部塌孔等多种因素，都会造成地下连续墙混凝土夹层。

（2）预防措施：

槽段浇筑时，设2个浇筑管同时浇筑。导管使用前必须做水密性试验，导管埋入混凝土深度为2.0～6.0m。首批灌入混凝土量要足够充分，使其有一定的冲击量，能把泥浆从导管中挤出，同时始终保持快速连续进行，中途停歇时间不超过30min，槽内混凝土上升速度不低于2m/h，导管上升速度不要过猛，采取快速浇筑，防止时间过长造成塌孔。两根导管要均匀对称浇筑，其混凝土面高差不得过50cm。遇塌孔，可将沉积在混凝土上的泥土吸出，继续浇筑，同时应采取加大水头压力等措施。如混凝土凝固，可将导管提出，将混凝土清除，重新下导管，浇筑混凝土。

（3）应急措施：

混凝土凝固以后出现夹层，在连续墙槽壁外侧进行旋喷加固，利用旋喷体形成止水帷幕。

5 结论

昆明地铁东风广场站成功解决了平均深度60m，厚度lm，在富水砂层复杂地质情况下地下连续墙水下灌注混凝土的难题，通过相应的技术措施和质量控制预防措施，成功的保证了地下连续墙的质量，确保了工程的安全，为同行业工程技术人员提供了一定的参考价值。