同步切割浇筑混凝土连续墙施工技术

文/ 中建三局集团有限公司

张  琨，王  辉，王开强，周环宇，魏  倩，巴  鑫，邓  雷

1  同步切割浇筑混凝土地下连续墙施工装备及流程原理

?? 施工装备

SCP工法机尺寸为13.3m×6.4m×17.4m（长×宽×高），成墙厚1 000mm，设计成墙深度>50m，切削力>600kN，掘进速度0.6m/h，额定功率600kW。由主机和地下作业装置2部分组成，如图1所示。主机包括行走底盘，切割箱升降系统，切削动力单元，链张紧机构，桅杆调垂机构及接、排土机构；地下作业装置包括切削-提土机构、地下纠偏机构及隔离-顶推机构。

 图1 SCP工法机组成

?? 施工工艺原理

同步切割浇筑混凝土连续墙工法施工原理如图2所示。

图2 SCP工法施工原理 

1)采用链刀及斗提机构沿成墙方向横向切割并排土，向前掘进成槽。

2)链刀附着于切割箱体，切割箱由若干节标准长度的钢箱体连接而成，沿槽深方向垂直布置，切割箱沿槽宽方向尺寸较刀具最大切削宽度内缩约100mm，因此切割箱侧壁与槽壁存在50mm的理论超挖间隙，用于减小切割箱横移及升降时与槽壁土体的侧摩擦阻力。

3)随掘进同步向后方槽段内浇筑超缓凝混凝土，维持混凝土液面在一定高度，对槽壁形成静压支撑，防止槽壁塌缩。

4)混凝土浇筑区间与挖掘区间采用隔离装置进行干-湿分离，且隔离装置紧贴槽壁密封处具有一定的弹性和密封比压。

5)后方槽段内的混凝土通过隔离装置对切割箱施加静压推力，作为掘进推进力的组成部分。

6)掘进一段距离后，将钢筋笼或劲性钢骨架以后置方式插入未凝固的超缓凝混凝土中，待混凝土凝固并达到设计强度后，形成钢筋混凝土连续墙。

2  同步切割浇筑混凝土地下连续墙施工工艺

同步切割浇筑混凝土地下连续墙施工工艺流程为：场地平整→垫层及基础施工→测量放线→开挖导槽→导墙浇筑、养护→设备安装、调试→锯割成槽、连续排土、随同浇筑→后置骨架。其中地下混凝土连续墙“锯割成槽、连续排土、随同浇筑、土-混凝土隔离、后置骨架”为关键施工工艺。

 SCP工法具有以下优点。

1)采用无泥浆（少泥浆）介入的干作业挖掘方式， 掘进及出渣效率高，现场无需泥浆沉淀设施，污染小，施工现场文明程度高。

2)连续掘进浇筑成墙，不存在固定模数施工缝，成墙具有良好的防渗性能及整体刚度。

3)挖掘成槽后，直接用混凝土浇筑护壁，相较于泥浆护壁，混凝土静压支承力更大，防止塌槽和控制土体变形效果更好。

4)相对于三轴搅拌桩机采用的钻杆、抓斗和双轮铣采用的钢丝绳，本工法装备采用的切割箱刚度更大、自身尺寸精度更高，且切割箱全长内置有测斜传感器，可对切削姿态进行实时监控，理论上能达到更高的成墙尺寸精度。

5)综合效率高，省去了泥浆置换、清底等工序，简化了施工工艺，综合工效可达6~7m/d。

3  施工关键技术及措施

??锯割成槽

1)切割箱升降  通过切割箱升降系统、切削动力单元驱动链锯式切割箱，锯割成槽至设计深度。

2)横移顶推  通过横移顶推机构实现切割箱水平横向挖掘推进。

3)成槽垂直度控制  切割箱主体内部设方管、测斜仪、连接处设密封接头，可同时监测x，y正交双向倾斜度及倾斜量，对地下连续墙轴向及垂直轴向进行实时可视化监测、报警及调垂。成槽垂直度能达到1/300以上。

4)减阻设计  为减小地下作业过程中切削阻力及侧壁摩阻力，采用切割箱切割面及两侧面分标高注浆减阻法，切割箱切割面及两侧设注浆出口，每节切割箱内部均设注浆管（见图3），注浆管路通过切割箱间快插接头连接；切割箱内部设分流阀块，每根注浆管均可与注浆出口灵活连接与调整，由地面注浆设备通过切割箱内部注浆管路，将水或水膨润土配制成的悬浮液通过高压注入槽内。

a正剖面

b侧剖面

图3 注浆管布置

??连续排土

在锯割排土段利用附着于链锯式切割箱链条上的切削刀头切割土层，附着于链条上的螺旋排土斗随着链条的运动将切割松散的土体通过链条循环转动带出地面。螺旋排土斗如图4所以。

排土斗将渣土带出地面后，在顶部主动轮处进行卸渣，渣土依靠自重下落到下方的接、排渣区域进行集中和二次运输。接、排渣区域采用有一定倾角的螺旋输送机溜槽渣土向高点运动，泥浆向低点流动，起初步渣土分离的目的，提高排渣效率。

图4 螺旋排土斗

??随同浇筑

3.3.1混凝土配制要求

为保证随同浇筑及后置钢筋笼骨架，设计开发C30水下超缓凝混凝土材料。该材料在不影响混凝土出机和易性的前提下，可显著延长混凝土的凝结时间，并在相当长时间（50h内）内保持混凝土一定程度的工作性能，达到所需的混凝土和易性、凝结时间及后期强度发展指标。

通过大量的混凝土复配试验，采用高减水型、和易型、长时缓释保坍型、降黏型功能型聚羧酸减水剂母液按一定比例复配而成，并附加一定引气剂和消泡剂，使制备的混凝土拌合物流动性、黏聚性和保水性达到技术要求。混凝土性能设计指标如表1所示。

表1 混凝土性能设计指标

3.3.2现场混凝土浇筑参数

为满足现有设备和工艺技术的实际需求，建立标准段内超缓凝混凝土浇筑工艺参数计算模型，如图5所示。超缓凝混凝土的浇筑工艺参数及所需性能与整个施工工艺密切相关。主要影响因素包括掘进速度v、全深范围内完全流动态混凝土长度L ₀ 、完全流动状态混凝土影响范围L _f 、混凝土流动分布倾角α、地下连续墙设计深度h ₀ 、安全高度h ₁ 和地下连续墙宽度d ₀ 等。

a初始状态

b掘进状态

图5超缓凝混凝土浇筑工艺参数计算模型

??土-混凝土隔离

为保证地下连续墙成墙质量，通过在前段切割后的松散土体与后端流态混凝土间设置隔离箱进行有效隔离，如图6所示。隔离箱需具有双向隔离效果，既不能使混凝土大量进入挖掘槽段，影响切削及排渣；也不能使挖掘槽段内的渣土进入浇筑槽段，造成墙体质量缺陷。

a立面

b剖面

图6 隔离箱

??后置骨架

采用连续成槽、随同浇筑、无缝成墙技术，传统地下连续墙钢筋笼结构及接头形式不再适用，因此提出后置骨架采用型钢+钢筋的组合钢骨架形式，相邻幅段间采用公母接头结构，方便定位和插入超缓凝混凝土，如图7所示。该骨架结构与传统地下连续墙钢筋结构相比，具有加工便利、吊装方便、接头刚度大、止水效果好等优势。

图7 后置骨架

4 试验工程应用

??工程概况

拟建湖北广播电视传媒基地产业主体功能区项目位于武汉市东湖高新技术开发区高新大道以南、光谷三路以东、光谷四路以西。勘察钻探揭露深度范围内，场地岩土层自上而下主要有7层：①杂填土层、耕植土层；②第四系全新统冲积黏性土层；③第四系上更新统冲洪积黏性土层、碎石土层；④残积土层；⑤二叠系龙潭组泥岩、灰岩层；⑥二叠系孤峰组硅质岩、泥岩、硅质泥岩层；⑦二叠系栖霞组灰岩、硅质泥岩层。

??试验方案

目前SCP设备施工工艺尚无先例可循，需通过成墙试验进一步验证工艺在特定地层条件下的施工能力，以确定成墙质量、强度、隔水性能及墙体施工对周边环境的影响。本次试验段长度为12m，厚1m，试验成墙深度为17m。

依据JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》，检测地下连续墙的墙身完整性，现场开展声波测试及钻芯检测。由检测结果可知，该地下连续墙成墙质量达到I类。

??试验结果分析

1)SCP施工参数  切割箱以17m深度向前顶推，链条正转（掌子面链条向上运动），链条速度0.2m/s。最大总切削力约为370kN，掘进速度约为1.5m /s。

2)施工功效  在工期安排上未考虑切割箱及隔离箱打入和拔出所需时间，根据成墙试验的施工工效统计，采用SCP工法成墙施工工艺，墙体的施工效率可达6～7m/d。