摘 要: 分析 了地下连续墙基坑围护结构的各种传统接头施工工艺的特点, 针对在砂层和富含水地层中, 地下连续墙段与段的接头部位易渗漏水的难题, 设计开发了一种适宜于此类地层的新型钢筋混凝土接头, 并在广州地铁五号线大坦沙南—中山八站区间明挖段基坑工程中实际 应用 。实践证明: 钢筋混凝土接头不仅较好地解决了基坑围护结构渗漏水 问题 , 保证了施工质量和进度, 而且具有节约资源和有利于环保的优点。关键词: 基坑围护; 连续墙; 接头
随着我国建筑市场的蓬勃 发展 , 在地铁、房建等大型深基坑工程中越来越广泛地采用地下连续墙作为围护结构。但在广州地区的砂层和富含水土层中,如果作为基坑围护结构的地下连续墙发生渗漏水, 不但会给基坑开挖和主体结构施工带来极为不利的 影响 , 而且会导致基坑变形及周围建筑物沉降过大, 严重时会发生基坑失稳、垮塌等安全事故, 给工程各方带来极大的 经济 损失和 社会 影响。因此, 针对这种地层的特点, 开发出适宜的地下连续墙接头尤为关键。
1 连续墙接头传统施工工艺分析
地下连续墙是由间隔或连续浇注的钢筋混凝土墙段组成, 通常两墙间的连接件是事先准备的各种形式端头模板, 目前 国内所使用的连续墙接头形式以工字钢、接头管为主, 最简单的是接头管。
接头管安置在墙段的末端, 在墙段混凝土达到一定强度后象滑模一样拨出, 在墙端产生一个凹面, 相邻墙段紧靠此凹面挖槽和浇注混凝土。接头管应用广泛, 但不能完全保证地下连续墙接头紧密连接, 因为先浇墙段不能为后浇墙段从顶到底提供明确的导向,在槽段浇注混凝土时, 需边浇注本段混凝土边拨管, 在施工中拨管的时间难以较好掌握, 拨管时间较早则易损坏已浇槽段接口, 拨管时间较晚则会由于混凝土与接头管粘紧而拨不出管。采用接头管工艺不允许附设止水装置如止水板等, 因为这些装置在接头管拨出时将被破坏, 因此, 接头管的止水效果较差。
为了保证基坑开挖时无水作业, 使地下连续墙具有较好的防漏水效果, 以利于基坑开挖和主体结构的施工, 在长期工程实践中采用了现场焊接工字形钢板接头工艺。如图 1 所示。工字钢接头具有施工工艺简单, 施工速度快, 可现场制作, 结构强度与刚度好, 接头的渗水路径较长等特点, 从而具有一定的止水效果, 得到了广泛应用。采用工字钢接头工艺时, 在地下连续墙( 槽段) 成槽后, 放入“工字钢接头”, 由于工字钢的高度要比连续墙槽段的宽度要小, 在成槽时泥浆会通过工字钢与连续墙槽段内壁之间的空隙流到另一侧去( 见图 2- a),使工字钢的背面存有泥浆( 见图 2- b), 一段时间后, 泥浆或混凝土会凝固并附在工字钢的背面形成一层泥膜, 如果不能很好地冲刷干净, 当相邻槽段浇注混凝土时, 会使得后浇段混凝土与工字钢之间的接触面粘结不够牢固( 见图 2- c), 并形成渗水通道, 从而导致连续墙接头漏水。在软弱砂层和透水性强的土层中施工地下连续墙时, 由于连续墙成槽宽度会比设计宽度大, 更容易造成渗流现象, 很难保证连续墙的止水效果。为了防止泥浆或混凝土绕过工字钢两侧渗流到工字钢背后, 常用的处理 方法 是在工字钢背后填砂包, 填满半圆形空隙以阻止混凝土入侵( 如图 1), 但在充满泥浆的狭窄空隙中填砂包是很难密实的, 混凝土仍会绕过工字钢渗到其背后的空隙中, 形成一条混凝土“桩”, 在下一个槽段成槽时首先要冲除该“桩”,由于该“桩”一侧紧贴工字钢, 另一侧靠土层, 造成一边硬一边软, 即使在混凝土浇注前对工字钢的表面进行冲刷, 也很难冲刷掉。由于冲刷工序繁琐而且耗时较长, 严重影响了施工进度、大大增加了施工的成本,影响了接头质量。
2 新型钢筋混凝土接头的开发
根据有关防水 理论 , 结合对“工字钢接头”众多渗漏水实例的分析, 设计开发出一种“钢筋混凝土接头”。该接头最大的优点是能够较好的防止泥浆渗流粘附在接头背面, 保证接头与后浇段连续墙混凝土密实连接, 在接头部位增加了钢板止水带后, 进一步延长了渗水路径, 从而达到较好的防水效果。钢筋混凝土接头的具体形式见图 3。由图 3 可看出, 钢筋混凝土接头与工字钢接头相比有以下特点:
(1)钢筋混凝土接头的设计尺寸与连续墙的槽宽相同, 能有效的阻止泥浆的渗流, 而且成槽后该接头构件直接埋在连续墙里, 不再回收利用, 减少了拔出工序, 接头中的钢筋可与连续墙的配筋相同, 不 影响 围护结构本身的抗弯强度等受力条件。
(2) 在连续墙与接头的交界处, 增加 1 道钢板止水带, 可延长渗水路径, 以达到较好的防水效果。
(3)预先在靠钢板止水带一侧装上 1 个保护器( 见图 4), 然后再将混凝土接头放入槽内, 待相邻槽段成槽后再把保护器取出(保护器可多次重复使用)。这不仅可以保护止水带, 还可以免除对接触面的冲刷。即使有渗流的混凝土也是在保护器的背面, 从而保证了接头与后浇段连续墙混凝土的密实连接, 以避免产生漏水情况。(4) 钢筋混凝土接头为预制件, 它的生产并不影响工程的整体进度, 相反, 由于取消了对交界面的冲刷工作, 该接头不用拔出回收, 反而节省了大量的施工时间, 为按时完成工程提供了有利的保障。
(5) 考虑到钢筋混凝土接头的质量较大, 可根据工程需要设计成中空的, 或增加接头混凝土的强度,以满足接头部位的结构受力即可。
3 钢筋混凝土接头施工工艺
(1)钢筋混凝土连续墙接头和接头保护器通过预埋钢板和插销进行连接, 吊入前把接头和保护器连接固定, 成槽后把插销拔除后即可吊出接头保护器( 见图 5)。(2)由于连续墙接头和接头保护器的总质量较大( 约重 29～31 t), 因此, 在起吊放入时, 需要用 80 t 和35 t 两台履带起重机( 利用吊钢筋笼的器械) 进行起吊, 故设计时, 该接头构件必须考虑起吊时的工况。
(3)为了保养好接头板和重复使用时更容易起拔,在拔保护器时需要一边拔一边用水冲洗干净, 拔出后还要涂上润滑油( 黄油), 以便下一个槽段重复使用,节约钢材。
(4) 由于接头保护器比较轻, 起拔也比接头管容易, 所以接头保护器只需用小吨位吊机起拔即可。
4 质量保证措施
(1) 成槽施工要经常检测槽壁垂直度, 一旦发现偏孔要及时纠偏, 钢筋接头构件的垂直度应满足地下连续墙规范和设计的要求。
(2) 接头构件起吊放入时不可强行冲放, 当放入困难时, 要起吊接头构件, 重新修孔、清孔后才可再次放入。
(3) 清孔后泥浆指标满足要求后, 才可拔出接头保护器, 并尽快灌注后浇段混凝土, 以免泥浆在接触面形成泥膜, 影响防水效果。
5 经济 、环境效益 分析
从经济角度分析, 由于该钢筋混凝土接头为预制件, 需事先制作好相应的模板及保护器等, 因此, 成本比工字钢接头相对较大, 但是由于该接头为 800 mm宽, 实际上取代了一部分的连续墙结构, 从而使得连续墙本身的工程量减少, 费用降低; 钢筋混凝土接头可节省大量钢材, 每个接头节省钢板 59.45%。综合考虑 计算 , 使用钢筋混凝土接头比使用工字钢接头还要节省。
钢筋混凝土接头可减少对环境的污染。采用工字钢接头现场施焊量大, 会释放出大量的有害气体, 对操作人员身体和环境造成不良影响。同时, 使用传统工艺为防止一期槽段施工时混凝土进入二期槽段内,施工中需使用大量泡沫板, 这种泡沫板难以降解, 对环境造成“白色污染”, 而新型接头可以消除这种污染。
更关键的是在砂层或富含水土层的情况下, 基坑围护结构如果渗漏水严重, 则对基坑开挖和结构施工产生诸多不利, 对施工质量和进度会造成相当大的影响, 甚至会导致基坑失稳、坍塌。因此, 无论是从地层的实际情况出发, 还是从安全角度考虑, 使用该钢筋混凝土接头都是十分必要和可行的。
6 结语
钢筋混凝土接头在广州地铁五号线大坦沙南—中山八站区间明挖段地下连续墙施工中进行试验 应用 , 实践证明, 钢筋混凝土接头能较好地防止基坑开挖过程中的大量渗漏水, 保证了工程的安全, 提高了施工工艺水平和施工进度。