地下连续墙H型钢接头施工技术改进实践

引言　　

　　随着我国地下工程建设的快速发展，在地铁、房地产等大型深基坑工程中越来越多地采用地下连续墙作为围护结构。而随着基坑开挖深度越来越深，基坑周边环境越来越复杂，地下连续墙施工质量的好坏将对工程安全产生重大影响。地下连续墙接头作为地下连续墙的薄弱环节，其处理的好坏直接影响整个地下连续墙防渗漏效果，进而影响整个基坑的安全。因此必须妥善处理好地下连续墙接头施工。
　　随着地下连续墙施工技术的发展，地下连续墙接头形式也呈现出多样化趋势。地下连续墙H型钢接头技术作为一种隔板式刚性接头，具有受力好等优点，因此得到越来越广泛的应用。
1　地下连续墙H型钢接头
　　地下连续墙H型钢接头属于刚性接头，能有效传递基坑外土、水压力和竖向力，整体性好，在地下连续墙设计尤其是当地下连续墙作为结构一部分时，在受力及防水方面均有较大安全性。因此，H型钢接头得到了广泛应用。H型钢接头与其他接头相比具有如下优点:
　　1)施工工艺简单，施工速度快，可现场制作。
　　2)整体性好，结构强度与刚度好。
　　3)防渗路径长，防水、防渗效果好。
　　4)施工安全，没有接头管、接头箱，无起拔管危险，同时也减少了较庞大的拔管设备及较复杂的拔管工序。
　　2H型钢接头施工技术存在的问题虽然H型钢接头在全国各地都得到了广泛应用，但不同地区、不同单位在H型钢接头处理的具体技术措施应用上存在较大差异。不同的技术处理方案在具体的应用实践中，出现了不同问题。分析研究这些问题的原因并找出对策，对于改进H型钢接头施工技术方案、提高接头施工质量具有重要意义。
　　1)“锁口管+黏土”方式有些单位在施工H型钢接头时采用的技术方案是在H型钢后侧空腔内插入锁口管，并回填黏性土。但施工中由于H型钢与锁口管之间的空隙回填的黏土难以密实，以及锁口管可能的侧向移动，在混凝土浇筑的巨大压力之下，H型钢会产生较大变形，混凝土也会从底部及侧面绕过H型钢，附着在H型钢二期槽段侧。这种施工方案，不但未能避免提拔锁口管的工序，而且事实上使接头形成了一种质量较差的柔性锁口管接头，未能发挥出H型钢应有的各种优点。
　　2)“泡沫板+砂包”方式H型钢后侧空腔内绑扎泡沫板加充填砂包方案。这种方案在施工中由于充填的砂包不够密实，泡沫塑料块没有绑牢，在较大的泥浆浮力作用下冲出水面或有向上位移，槽段接头部位有较大面积塌方时，混凝土从H型钢侧面或底部绕过，充填缝隙，固结后形成强度较高的障碍物，影响二期槽段的施工。针对此问题，有人提出采用较小的砂包充填接头使其尽量密实，同时在泡沫塑料外包一层无纺布，以防止混凝土从H型钢侧面缝隙的绕流。
　　通过实践，该方案一定程度上减少了混凝土的绕流。但由于H型钢后侧空腔内的填充柔性，导致H型钢会产生较大变形，同时无纺布的安装工序较繁，影响了钢筋笼的下放速度，容易引起槽段塌方。
　　3)“接头钢塞+砂包”方式这种改进主要是用接头钢塞代替上述方案中的泡沫板。当一期槽段混凝土浇筑初凝后可拔掉接头钢塞，二期施工时可省去劈打泡沫及残积混凝土块，其防渗效果远比传统方式好，如图1所示。

图1 “接头钢塞+砂包”方式

　　这种方式明显的缺点是受槽段深度限制，当槽孔深度＜15m时应用较为成熟，而当槽孔深度＞15m时应慎用，因为有接头拔不上来的危险。
　　4)“散装碎石+止浆铁皮”方式上海世博会500kV地下变电站工程地下连续墙接头形式采用了H型钢接头。施工单位对接头施工工艺进行了深入的研究和尝试，分别从几个方面采取了防绕流措施:①将H型钢底端接长500mm，以阻挡混凝土从槽底流向相邻槽幅。②把原设计比钢筋笼顶低1200mm的先施工槽幅两侧H型钢以变截面形式接长，至－1.000m处，导墙面至－1.000m处范围采用可拆式挡板，这样就可以阻挡混凝土翻浆从顶部向两侧溢出，如图2所示。③采取在接头H型钢上焊接0.5mm厚、30cm宽的外包白铁皮，以防止混凝土侧向绕流。

图2　防绕流措施

　　同时，成槽后吊放钢筋笼，在H型钢后侧空腔内填碎石，然后浇筑混凝土，碎石面始终高于混凝土面5m以上。这样既可以防止混凝土从侧面绕流，又可以保持H型钢外侧的压力，有利于控制H型钢变形，如图3所示。

图3 填碎石示意

　　上海世博会500kV地下变电站项目H型钢接头施工技术措施在施工中取得了不错效果，但也有个别槽段出现混凝土绕流，个别槽段出现碎石绕流，个别槽段出现较大H型钢变形，影响后续槽段施工。
3　昆明地铁文化宫站H型钢接头施工技术改进方案
　　昆明市轨道交通首期工程2号线与3号线工程换乘车站文化宫站位于北京路与东风东路十字路口下。车站围护结构采用地下连续墙，开挖采用局部盖挖施工，最大开挖深度达25.3m。由于半盖挖区域在开挖阶段须用于社会道路通行，在开挖阶段如果出现较大渗漏情况，将对周边环境造成巨大影响，因此设计在盖挖部分地下连续墙采用了H型钢接头，其余部分采用柔性接头锁口管接头。
　　以上海世博会500kV地下变电站项目H型钢接头施工技术措施为基础，针对其施工中出现的问题，结合文化宫站项目的具体情况，采取了部分上述技术措施，也对上述部分技术措施进行了改进尝试，具体改进措施如下:
　　1)H型钢底部插入槽底深度减少为300mm
　　由于文化宫站地下连续墙深度较上海世博会500kV项目浅很多，其混凝土浇筑时的侧压力也相对较小，且文化宫站墙底所在地层为粉砂，强度相对较高，因此将原H型钢底端接长500mm改为300mm，以阻挡混凝土从槽底流向相邻槽幅。同时，考虑到粉砂层硬度较大，为确保H型钢能够顺利插入，因此将H型钢下端割成尖状，如图4所示，这在一定程度上节约了施工成本。

图4 H型钢插入示意

　　2)为了更好地提高侧向防绕流的效果，将原朝向后施工槽段侧的止浆铁皮改为朝向钢筋笼侧，厚度改为0.2mm，同时宽度增加至50cm，这样在浇筑混凝土过程中，止浆铁皮更容易张开，且张开后将更好地起到防绕流效果。同时在H型钢两侧焊接止浆角钢，可以对绕过止浆铁皮的部分混凝土起到二次阻挡作用，如图5所示。

图5　止浆角钢焊接

　　3)H型钢后侧空腔改为用袋装碎石和袋装黏土填充
　　为避免出现散装石子绕流现象，决定采用袋装碎石填充H型钢后侧空腔下部，上部由于混凝土浇筑侧压力较小，决定采用袋装黏土填充，用定做的压实工具进行压实。这样不但有效防止了碎石的反向绕流，还减少了碎石用量，节约了成本。同时，由于上部采用袋装黏土填充，与水泥浆或混凝土混合后，不会形成混凝土块而影响后期槽段成槽，对减小上部混凝土绕流影响起到了较好作用。混凝土浇筑时，保持袋装碎石或袋装黏土与混凝土面高差为4～5m，以控制H型钢变形，如图6所示。
　　施工中，由于H型钢未接至地面，填袋装碎石和袋装黏土时必须采取措施并加强操作过程的控制，避免出现袋装碎石或袋装黏土被填至槽段内的情况。

图6　袋装碎石与袋装黏土填充示意

4　改进措施实践效果分析
　　施工中通过采用H型钢接头施工技术改进措施，以及加强施工过程的管理控制，文化宫站项目地下连续墙的H型钢接头防绕流取得了很好的效果，混凝土浇筑的充盈系数在合理范围内。后期施工槽段未出现绕流导致的成槽困难现象，说明H型钢侧向变形得到了有效控制。同时改进措施还在一定程度上节约了工程成本。
　　根据基坑开挖后H型钢接头实际情况分析，止浆铁皮方案调整后，止浆铁皮更容易张开，起到了很好的防绕流效果。通过这些措施，本工程H型钢接头绝大部分未出现渗水现象，只有极个别出现轻微渗水。
5　结语
　　1)通过对改进措施的应用实践，验证了改进措施在防止H型钢接头施工容易发生的混凝土绕流及H型钢变形方面是有效的。
　　2)施工中，确实发生了事先担心的袋装碎石或黏土被填入槽段的情况，今后施工中必须完善其防护措施，并加强施工管理。
　　3)施工中，极个别槽段H型钢接头出现轻微渗水现象，应该是由于刷壁不良引起。改进措施一方面有利于提高二期槽段的刷壁质量，但无论如何改进技术措施，二期槽段的刷壁工作都必须引起足够重视，最大限度防止渗漏水现象发生。