地下連續(xù)墻鋼筋籠安放困難原因分析與處理

0 引言

國家發(fā)改委于2021年6月印發(fā)了《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》，旨在加快共同建設(shè)軌道上的長三角。在城市市區(qū)內(nèi)，為充分利用土地資源，城際鐵路、市域（郊）鐵路和城市軌道交通一般采用地下車站。長三角地區(qū)的地下車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻是在地面上采用挖槽機(jī)械，沿基坑開挖工程周邊軸線，在泥漿護(hù)壁條件下，開挖出狹長的深槽，清槽后，在槽內(nèi)吊放鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法灌筑水下混凝土筑成一個單元槽段，形成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，作為截水、防滲、承重、擋水結(jié)構(gòu)[1]。槽段在清孔后，泥漿指標(biāo)偏低，按規(guī)范要求，吊放鋼筋籠～混凝土澆筑之間不宜超過4h，吊裝安放過程中如出現(xiàn)鋼筋籠下放困難則會增大槽段塌孔的風(fēng)險。本文結(jié)合長三角地區(qū)地下連續(xù)墻施工，分析地下連續(xù)墻鋼筋籠安放困難的原因，提出預(yù)防及解決措施，保證車站的施工質(zhì)量。

1 地下連續(xù)墻設(shè)計

1.1 常規(guī)地下連續(xù)墻設(shè)計

車站地下連續(xù)墻采用C30～C40水下混凝土，抗?jié)B等級為P6～P12，采用HPB300、HRB400級熱軋鋼筋，地下兩層車站的地下連續(xù)墻深一般為30～40m，多層地下車站墻深一般超過40m，區(qū)間風(fēng)井地連墻墻深將達(dá)到60～100m。地下連續(xù)墻一般幅寬為800mm，端頭井幅寬為1000mm，風(fēng)井幅寬常為1200mm。相鄰兩幅間采取工字鋼接頭，為隔斷基坑內(nèi)外地下承壓水，地下連續(xù)墻槽底一般嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖層1～2m。

1.2 長三角區(qū)域地質(zhì)情況

長江三角洲區(qū)域?yàn)楹涌谌侵奁皆孛?，地形平坦，以上海和江蘇為例，參照上海市工程建設(shè)規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》附錄中地基土層次名稱表，自上而下劃分主要有：①素（雜）填土；②粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)黏性土；③粉砂、中粗砂夾礫石；④全～弱風(fēng)化砂巖。

2 鋼筋籠安放困難原因分析

在地下連續(xù)墻施工過程中，影響鋼筋籠安放的原因多種多樣，本文僅從易被忽視、難于控制的角度分析鋼筋籠安放困難的原因，總結(jié)歸納為以下七點(diǎn)：

2.1 泥漿指標(biāo)偏低

地下連續(xù)墻泥漿護(hù)壁的基本原理是：膨潤土泥漿在土的孔隙中凝膠化。泥漿侵入土的孔隙成為靜止的凝膠，形成泥皮，泥漿從槽壁表面向地層內(nèi)滲透，在滲透到一定范圍內(nèi)就黏附在土顆粒上[2]，這些凝膠化的泥漿固定了土顆粒的相互位置，在槽壁面附近形成沿垂直方向穩(wěn)定的土層，可減少槽壁坍塌性和透水性。

設(shè)計圖紙和地下連續(xù)墻檢測規(guī)范和規(guī)程往往要求槽底沉渣厚度控制在100mm以內(nèi)。為此，在施工過程中采取掏渣效果好的抽漿法清孔。在施工中采取氣舉反循環(huán)法抽漿，通過壓縮空氣，利用負(fù)壓把槽底含渣量較大的泥漿通過篩分機(jī)械分離沉渣，同時注入新鮮漿液作為補(bǔ)充。在施工單位自檢過程中，作業(yè)人員往往注重槽底沉渣的清理效果，而忽視了置換后槽內(nèi)的泥漿指標(biāo)，經(jīng)常出現(xiàn)沉渣厚度減小的同時，粘度也同時下降，從而導(dǎo)致槽壁穩(wěn)定性降低。同時，由于地連墻施工范圍內(nèi)存在透水性較強(qiáng)的砂層及礫層，因此施工中泥漿指標(biāo)控制不當(dāng)，槽壁會產(chǎn)生塌孔甚至頸縮現(xiàn)象，從而影響鋼筋籠安放。

2.2 加工臺座變形傾斜

為方便地下連續(xù)墻鋼筋籠起吊及加工、安裝精度，鋼筋籠制作是在由槽鋼拼裝焊接好的臺座上進(jìn)行的，臺座本身是由于槽鋼之間的剛性連接，具備良好的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性（如圖1），能夠承受幾十噸重的鋼筋籠的均布荷載。然而在施工過程中，卸放、轉(zhuǎn)移鋼筋，起吊鋼筋籠等都會導(dǎo)致加工平臺移位傾斜甚至變形。由于加工平臺本身是根據(jù)地面坡度調(diào)整的，加工平臺的移位會導(dǎo)致平臺的不平整，從而影響鋼筋籠的加工精度，影響鋼筋籠的入槽，造成鋼筋籠安放困難。鋼筋工在加工鋼筋籠時也會因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，將連接上下兩層鋼筋的拉筋碰到加工臺座，在起吊時會造成鋼筋臺座的整體移位和變形。

圖1 鋼筋籠加工臺座圖

2.3 焊接質(zhì)量不高，澆筑速度過快

地下連續(xù)墻因分幅需要，常常采取工字鋼作為兩個相鄰槽段之間的剛性接頭。按照設(shè)計圖紙，工字鋼與鋼筋籠水平筋采取滿焊，形成具有剛度的有效連接（如圖2）。鋼筋籠上層的水平筋（圖2黑框區(qū)域）因焊接時需仰焊，然而主筋密布，進(jìn)入籠內(nèi)無操作空間，仰焊變得不切實(shí)際。在實(shí)際施工過程中，焊工因操作難度大，往往只是象征性地點(diǎn)焊，因此該處的焊接質(zhì)量便不高。[3]

圖2 工字鋼連接大樣圖

澆筑混凝土?xí)r，在混凝土側(cè)壓力作用下（如圖3），先行幅鋼筋籠便可能與工字鋼脫開，造成籠底部的工字鋼傾斜和變形，影響后行幅鋼筋籠下放。

圖3 混凝土側(cè)壓力作用圖

由于澆筑水下混凝土?xí)r，兩邊的工字鋼會對混凝土有約束作用，因此可以假設(shè)鋼筋籠兩側(cè)工字鋼相當(dāng)于模板，混凝土澆筑過程中側(cè)壓力計算公式如下（取以下兩式的較小值）：

對于②式，混凝土初凝時間T0取8h，外加劑修正系數(shù)β1取1.2，塌落度修正系數(shù)β2取1.15，混凝土澆筑速度取8.3m/h。則F=0.22*24*8*1.2*1.15*2.88=167.9kN

根據(jù)施工現(xiàn)場超聲波測量數(shù)據(jù)和圖表反饋，工字鋼變形一般發(fā)生在槽底以上7～11m位置。因此，混凝土澆筑速度過快將影響工字鋼變形，從而影響下一幅鋼筋籠的安放。

2.4 沖擊鉆沖孔偏位

地下連續(xù)墻單元槽段成槽采用“三抓”開挖，先挖兩端再挖中間，使抓斗兩側(cè)受力均勻。在轉(zhuǎn)角處部分槽段因一斗無法完全挖盡時，或一斗能挖盡但無法保證兩側(cè)受力均勻時，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況在抓斗一側(cè)下放特制鋼支架平衡另一側(cè)阻力，防止抓斗因受力不均導(dǎo)致槽壁左右傾斜。在穿過巖層時采用沖擊鉆排孔沖擊成槽，用?850圓錐形鉆頭分“主孔、副孔”二序沖擊（如圖4所示），沖擊后再用方形沖錘整修槽段。兩側(cè)主孔沖孔時，鉆頭的中心線沿著工字鋼腹板軸線進(jìn)行沖擊。

圖4 沖孔施工平立面圖

液壓成槽機(jī)抓斗“三抓”抓完圓礫層后，因設(shè)備自身原因通常無法將墻趾部分抓除干凈，所以會在底部殘留部分圓礫。沖擊鉆沖擊時，因兩層地質(zhì)松軟不均，墻趾部分圓礫和巖層給予沖擊鉆的反作用力不盡相同，成槽后弧形的圓礫面也會給沖錘以導(dǎo)向作用，致使沖擊鉆向槽段內(nèi)方向偏斜，從而使得先行幅鋼筋籠無法安放到位。

2.5 回填沙袋不密實(shí)，先行幅地下連續(xù)墻混凝土繞流

先行幅地下連續(xù)墻在成槽時，為保證開挖徹底，開槽時往往沿槽段水平方向兩側(cè)各超挖0.5m，超挖部分采取特制接頭箱+沙袋回填，以此保證接頭工字鋼背后空隙填充密實(shí)，便于混凝土澆筑時不饒流，不影響后一幅施工。在施工過程中偶爾會出現(xiàn)施工人員一次性填入很多沙袋的情況，造成沙袋卡在工字鋼與未開挖墻體之間，因未及時發(fā)現(xiàn)，采取接頭箱插搗埋入時，也無法將沙袋搗至底部，從而在沙袋與沙袋間形成了受力薄弱空洞?；炷翝仓r，工字鋼可能會因?yàn)榛炷羵?cè)壓力作用而崩裂，形成混凝土繞流通道，崩裂錯臺后的工字鋼也會影響后一幅鋼筋籠下放。

2.6 吊點(diǎn)設(shè)置不合理

鋼筋籠在吊裝時采取雙機(jī)抬吊，采用一臺起重能力強(qiáng)的履帶吊作為主吊，另一臺作為副吊，由兩臺吊共同將分節(jié)鋼筋籠水平起吊。一般先將鋼筋籠吊離地面30cm左右，停機(jī)檢查吊點(diǎn)的可靠性及鋼筋籠的平衡情況，確認(rèn)正常后開始緩慢移動主吊及輔吊。鋼筋籠的主副起吊點(diǎn)是根據(jù)吊機(jī)的起吊能力以及鋼筋籠本身抵抗負(fù)彎矩的能力等因素共同設(shè)置的。根據(jù)彎矩平衡原理，正負(fù)彎矩相等是所受彎矩變形影響最小的原理，鋼筋籠吊點(diǎn)位置如圖5所示。

圖5 鋼筋吊點(diǎn)布置圖

如果主副吊點(diǎn)之間的距離越大，則該區(qū)域抵抗負(fù)彎矩的能力越小，變形越大，整個鋼筋籠籠寬因變形而比槽寬要寬，從而導(dǎo)致鋼筋籠安放困難。

2.7 封口筋間距密，剛度大

地下連續(xù)墻鋼筋籠在設(shè)計時，考慮了“雌雄接頭”，雌接頭設(shè)計為工字鋼，雄接頭設(shè)計為封口筋。雄接頭鋼筋籠安放時，封口筋嵌入工字鋼，沿工字鋼形成的“導(dǎo)軌”緩緩下落。常規(guī)設(shè)計的封口筋密布為15～20cm，導(dǎo)致整個雄接頭的封口筋形成一個剛度較強(qiáng)的整體，在下放過程中難以“柔性”的姿態(tài)沿著“導(dǎo)軌”下放，而是剛性的擠壓，給鋼筋籠安放帶來不少困難。

3 預(yù)防措施

如前所述，鋼筋籠安放困難對于整個地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量影響是巨大的，因此重在預(yù)防。在鋼筋籠下設(shè)前要對槽形進(jìn)行加密測試，分析槽形，確保槽形滿足要求后方可鋼筋籠下設(shè)，避免鋼筋籠出現(xiàn)無法下設(shè)或刮槽現(xiàn)象。在孔口時，副吊抬起后逐步前送，通過滑輪組保持吊點(diǎn)的平衡，直至豎起后重量全部轉(zhuǎn)移到主吊車上。在鋼筋籠下設(shè)時，對準(zhǔn)槽段中心軸線，吊直扶穩(wěn)，緩緩下沉，避免碰撞孔壁。

在鋼筋籠接近至預(yù)定高程時，檢查籠體平面位置，如超出標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)鋼筋籠下設(shè)到預(yù)定高程時，用槽鋼將鋼筋籠架立在導(dǎo)墻上，并用水準(zhǔn)儀校準(zhǔn)槽鋼的頂面高程，確保在同一個水平面上。針對前文提到的7個問題，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，可采取以下措施。

3.1 檢查泥漿指標(biāo)

①清孔前，通過泥漿三組套工具檢查新注入泥漿的指標(biāo)，尤其是粘度指標(biāo)；②清孔時，實(shí)時監(jiān)控槽內(nèi)泥漿變化，著重關(guān)注透水地層中泥漿是否劣化，嚴(yán)防塌孔、頸縮，核查泥漿比重有無超出規(guī)范要求；③清孔完畢后，立即用超聲波測量槽壁垂直度，測量完畢滿足條件后及時起吊安放鋼筋籠。

3.2 定期復(fù)核檢查鋼筋籠加工臺座

①鋼筋籠起吊前派專人檢查籠體鋼筋是否與臺座有粘連；②履帶吊起吊半成品鋼筋時要安排司索專門指揮，小心卸放鋼筋，避免對鋼筋籠臺座造成沖擊變形；③嚴(yán)禁焊工在鋼筋與臺座結(jié)合部位起弧，避免粘連；對鋼筋籠上下主筋之間的拉筋進(jìn)行可靠固定，防止脫落，勾到加工臺座。

3.3 加強(qiáng)焊接、放緩澆筑速度

①對于上層水平筋與工字鋼之間不宜焊接的部位采取“L”型鋼筋對鋼筋籠水平筋及工字鋼翼板進(jìn)行幫條焊，尤其是鋼筋籠尾以上11m部位加強(qiáng)焊接質(zhì)量；②在確保首罐混凝土導(dǎo)管埋深后，隨即放緩混凝土澆筑速度。

3.4 及時糾偏

①成槽機(jī)挖至墻趾圓礫層時，首先張開抓斗刮至巖層，抓斗從上至下以高速下放，靠近巖面時晃動抓斗，利用晃動的沖擊力沖刷出一部分墻趾的圓礫；②在抓斗外側(cè)焊接鋼板特制的“刮刀”，在沖刷與刮刀的共同作用下清理墻趾部位；③沖擊錘沖擊巖層時，安排技術(shù)人員定期檢查槽段內(nèi)工字鋼部位處的槽深及巖面沖擊情況，如遇沖偏及時采取方錘糾偏。

3.5 分層回填

安放先行幅鋼筋籠后，回填沙袋時，要求工人有序、分層拋填，嚴(yán)禁采取挖機(jī)傾倒和隨意拋放的形式，每拋填3～5m時用接頭箱插搗密實(shí)，確保沙袋間不形成工字鋼背后的受力薄弱點(diǎn)。

3.6 嚴(yán)格按方案起吊

嚴(yán)格按照經(jīng)評審后的專項方案施工，嚴(yán)格復(fù)核受力鋼筋的布置以及吊點(diǎn)設(shè)置主副吊吊點(diǎn)位置，起吊前先平吊3～5分鐘，檢查鋼筋籠無變形后方可入槽。

3.7 優(yōu)化設(shè)計

與設(shè)計保持有效溝通，及時進(jìn)行信息交換，共同優(yōu)化設(shè)計方案，在保證受力滿足要求的情況下，減少封口筋數(shù)量，一般可優(yōu)化至25～35cm的間距。

4 處理方法

實(shí)際施工中常常遇到起吊前未全方位檢查而造成在安放過程中發(fā)現(xiàn)鋼筋籠無法下放到位的情況。遇到此類情況，要通過成槽記錄、超聲波檢測圖像迅速分析原因，根據(jù)現(xiàn)場條件檢查鋼筋籠是否有條件可以重新從槽內(nèi)提起。對于先行幅鋼筋籠，由于存在工字鋼，剛度及整體穩(wěn)定性較好，可從槽段內(nèi)緩緩提起；而對于后行幅鋼筋籠，安放鋼筋籠時，由于導(dǎo)管位置的橫向桁架筋全部割除，強(qiáng)行起吊有很大的風(fēng)險，可采取[18槽鋼沿整個籠寬方向每隔2～4m焊接加固檢查后緩緩提起鋼筋籠，然后及時迅速采取措施，使得鋼筋籠能夠重新安放，減少風(fēng)險。

5 結(jié)語

地下連續(xù)墻鋼筋籠的起重吊裝是具有較大風(fēng)險的，要盡量縮短吊裝安放的時間。在施工過程中，提前采取預(yù)防鋼筋籠下發(fā)困難的措施，避免出現(xiàn)下放后重新提起的情況，在吊裝安放過程中保證應(yīng)急機(jī)制的有效運(yùn)行。以上方法均是在實(shí)踐中總結(jié)出來的，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，希望給地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝安放施工提供一些借鑒。