本工程位于合肥市传统商业区域, 东临花园街、南临省总工会、北临安庆路及市中心广场, 占地约17.59亩 (1亩=666.67m²) , 规划总建筑面积约16万m², 其中主楼地上45层、辅楼16层、裙房9层, 地下5层, 主楼为人工挖孔桩基础, 辅楼及裙房为钻孔灌注桩基础。地下室采用逆作法施工, 开挖深度约22m, 地下连续墙外侧周长约410m, 厚度1m, 共分为77个槽段, 墙顶标高为-3.200m, 此标高以下深度25.75m。基坑平面及周边环境分布如图1所示。

场地属于第四纪地貌形态为南淝河一级阶地地貌单元, 其地面吴淞高程为16.190~17.290m, 最大高差1.10m。场地地层构成从上至下为: (1) 杂填土、 (2) 黏土、 (3) 粉质黏土 (黏土) 、 (4) ₁粉土夹砂、 (4) ₂粉土夹砂、 (5) ₁强风化泥质砂岩、 (5) ₂中风化泥质砂岩, 场地各土层主要物理力学指标如表1所示。

场地 (1) 杂填土中埋藏有上层滞水; (4) ₁, (4) ₂粉土夹砂层中埋藏有承压水, 水量较大; (5) ₁, (5) ₂层中埋藏有裂隙水。其补给来源主要由大气降水及地表水渗入补给, 其水位在不同季节略有变化。勘察时测得混合静止水位埋深0.90~1.50m, 水面标高为15.420~15.630m。

本工程基坑开挖深约22m, 地下连续墙外侧周长约410m, 墙趾位于 (5) ₁强风化泥质砂岩中7m, 属于深大基坑工程, 地质条件及周围环境复杂, 地下水量充沛, 施工过程存在如何保证槽壁稳定、成槽垂直度等一系列施工的重点、难点, 具体分析如下。

1) 由表1可知, (5) ₁强风化泥质砂岩和 (5) ₂中风化泥质砂岩泥质密实坚硬, 给成槽带来较大难度, 如何保证成槽垂直度、提高成槽效率、保证工期成为施工的一大难点。

2) (1) 杂填土中埋藏有上层滞水; (4) ₁, (4) ₂粉土夹砂层中埋藏有承压水, 水量较大, 极易产生流砂现象; (5) ₁, (5) ₂层中埋藏有裂隙水, 其补给来源主要由大气降水及地表水渗入补给。根据合肥市同期雨量统计, 施工期间雨量较大, 对成槽过程中槽壁的稳定性带来不利因素, 如何保持槽壁稳定, 防止流砂、塌方成为难点之一。

3) 场地周围环境复杂, 基坑南侧邻近18层招商大厦净距约5.3m、西侧邻近多层居民住宅楼最近处约3.6m、东北角距恒达大厦最近处7m、北邻安庆路、东邻花园街, 周围管线密布, 对沉降均较为敏感, 如何采取措施, 减少对周边道路、管道以及建筑物的影响是施工的重点之一。

4) 地下连续墙分为W-1型 (一字型) 和W-2型 (L形) , 共77幅, 槽段宽度6m左右, 深度为25.75m, 钢筋用量大, 钢筋笼最大质量达28.7t, 在起吊、下放过程中, 对钢筋笼的稳定性、起吊过程的安全性要求较高。

5) 接头采用十字钢板刚性接头, 在混凝土浇筑过程中如何采取有效措施解决混凝土绕流问题, 保证地下连续墙之间的接头质量是施工面临的另一难点。

成槽垂直度要求达到1/500, 结合地下连续墙成槽的要求以及考虑到 (5) ₁, (5) ₂土层密实坚硬的特点、工期要求, 采用上部直接抓土成槽, 下部先由旋挖钻引孔再由成槽机成槽相结合的施工工艺, 因此, 选择施工速度较快的抓斗式成槽机。

选用的液压抓斗式成槽机本身具有一定的纠偏功能, 能够保证垂直度达到1/300 (小于设计标准1/500) , 在成槽过程中利用成槽机显示仪对垂直度进行跟踪监测, 实时调整, 成槽之后, 利用超声波测壁仪对槽壁进行监测, 有效控制了槽壁的质量和垂直度。

成槽工艺和成槽顺序是成槽垂直度的重要影响因素, 关键在于控制抓斗取土的过程, 保证抓斗在阻力均衡状态下成槽抓土。因此, 确定单元槽段的成槽顺序为:一字型槽段先挖两边后挖中间, 转角L形槽段先挖短边再挖长边, 保证成槽过程中抓斗的阻力平衡, 使成槽垂直度控制在有效范围内, 成槽流程如图2所示。

地下连续墙成槽深度28.5m, 穿越两层承压水层, 且 (4) ₁, (4) ₂层间夹多层粉细砂, 极易产生流砂现象, 必须采取有效措施保证槽壁稳定。

1) 考虑到 (1) 杂填土埋藏有上层滞水, 含少量碎砖、石块、腐烂物及建筑垃圾等, 局部可见淤泥质土, 因此采用“┐┌”形整体式钢筋混凝土结构, 导墙翼缘宽600mm, 厚为300mm, 肋厚300mm, 深1.6m, 采用C25混凝土, 并配有双层双向钢筋, 以此来提高导墙的刚度, 保证槽壁稳定, 导墙形式及配筋如图3所示。

2) 地下连续墙成槽之前, 在两侧采取φ650mm@450mm水泥搅拌桩作为加固止水帷幕, 外侧深22m、水泥掺量为22%, 内侧深18m、水泥掺量为18%, 隔断地下承压水, 保证槽壁稳定, 同时对减少周边沉降有利。

3) 泥浆护壁是地下连续墙施工中槽壁稳定的关键因素, 主要原理是利用泥浆从槽壁表面向土层内渗透到一定范围就黏附在土颗粒上, 在槽壁上形成泥皮 (不透水膜) , 在泥浆柱液面与地下水液面形成压力差的作用下, 抵消失稳作用力从而保证槽壁稳定。根据实际试槽情况, 对槽壁进行稳定性验算, 最终确定施工过程中, 泥浆液面不低于导墙0.5m, 相对密度控制在1.10~1.15, 黏度控制在25~30s, 及时对泥浆各性能指标进行检测。

4) 槽段施工时, 严格控制槽壁附近的堆载≤20k Pa, 起吊机械及载重车辆的轮缘离槽边>3.5m, 确保槽壁稳定。

钢筋笼笼长26.45m, 最大质量约28.8t, 故对钢筋笼采用一次吊装入槽。钢筋笼有一字型和转角L形两种形状, 其中L形钢筋笼为减小其质量、保证吊放时的稳定性, 考虑接头一雌一雄布置。因此, 选定2台履带式起重机 (180t作为主吊, 130t作为副吊) , 通过BIM技术模拟钢筋笼起吊、下放过程, 结合安全性验算, 确定10点吊方案, 主吊起吊角度控制在55°、副吊起吊角度控制在45°~55°。同时设置φ25桁架筋、φ18剪刀撑加强钢筋笼起吊过程的稳定性, 减少钢筋变形, 在顶部吊点附近加焊2根φ32横向加强筋, 保证吊点的可靠性, 桁架及吊点加强筋布置如图4所示。

基坑逆作法在上海、北京、天津等地应用广泛、施工技术成熟, 但在合肥地区运用较为罕见, 因此, 在各地区施工经验的基础上, 针对合肥地区的实际情况, 对地下连续墙的施工工艺进行了优化, 保证地下连续墙施工质量的同时, 降低了工程造价。

施工场地位于市中心, 场地狭小, 施工期内大型设备较多, 为了保证在工期内完成施工任务, 引入2台抓斗成槽机、1台旋挖钻, 2台成槽机隔开一段距离进行成槽, 减少了槽段之间的相互影响, 减少集中变形, 大大提高了成槽效率, 缩短了每幅地下连续墙的施工时间。

设计采用十字钢板刚性接头, 其具有传递槽段之间的竖向剪力、协调槽段之间的不均匀沉降以及良好的止水功能, 由此, 接头的处理尤为重要。一般情况下, 采用马蹄形接头箱来保证十字钢板的接头质量, 然而由于各种因素, 接头箱不能及时运到施工现场。经业主、设计、监理、施工单位协商一致采用砂石袋代替接头箱, 具体做法为:通过试验, 选用级配合适的砂石放入编织袋, 施工时, 将砂石袋沿着十字钢板壁放入槽中, 每隔2~4m用重锤将其夯实, 使其与十字钢板之间密实, 砂石袋代替接头箱如图5所示。这一做法避免了接头箱施工复杂、拔起振动影响接头质量等问题, 有效解决了浇筑过程中混凝土绕流, 利于十字钢板接头的清刷, 保证接头止水效果。实际施工证明, 此法提高了施工速度, 降低了工程造价。

设计采用φ650mm@450mm三轴水泥搅拌桩加固地下连续墙两侧土体, 外侧为双排、内侧为单排。考虑到基坑西侧为多层砖混结构住宅, 对施工过程产生的振动、沉降敏感, 而三轴水泥搅拌桩在提升中会产生负压, 易造成周边土体扰动, 故采用φ700mm@500mm五轴水泥搅拌桩新技术代替原来的三轴水泥搅拌桩, 如图6所示。这一优化取得了良好效果:节省造价25%, 施工速度快, 缩短水泥搅拌桩工期40%, 对土体形成稳定的约束作用, 降低土体的渗透系数, 减少了周边建筑物、管道的沉降, 根据监测显示, 水泥搅拌桩施工期间西侧建筑物最大沉降仅为1.33mm。

设计在未施工水泥搅拌桩的地下连续墙接头处设置φ800mm@600mm高压旋喷桩, 与地下连续墙外侧咬合200mm。试钻之后发现, 导墙两侧土质为杂填土, 由于未施工水泥搅拌桩导致开挖后施工的导墙厚度约为350mm, 深1.6m, 且配有双层双向钢筋, 钻孔机难以通过。提出两种解决方案: (1) 考虑将其向外移动200mm, 避开导墙, 通过试钻及计算, 调整输浆压力35~40MPa, 输浆量85~90L/min, 旋喷桩直径可达1.2m以上, 在水泥掺量不变的情况下可达到咬合200mm, 但水泥用量为9.15t/根, 增大1倍多; (2) 采用破碎机将高压旋喷桩处导墙破碎之后再做高压旋喷桩, 同样能达到设计效果。通过对经济方面的比较, 采用方案2。

在地下连续墙施工阶段, 通过采取各项措施、优化工艺, 取得了高效、经济的效果。

1) 五轴水泥搅拌桩的运用, 加速施工速度, 提升过程中不会产生负压, 避免土体扰动对周边环境的影响, 施工期间, 未发生一例塌方、流砂事故, 表明五轴水泥搅拌桩有效控制了槽壁稳定。

2) 砂石袋代替接头箱技术, 操作简便, 行之有效, 避免了使用接头箱施工复杂、混凝土绕流影响接头止水效果等问题。

3) 地下连续墙施工完毕, 监测结果表明, 地表累计沉降最大为6.67mm, 建筑物累计沉降最大为5.20mm, 均在可控范围之内。

4) 后期对水泥搅拌桩、高压旋喷桩取芯抽检, 28d无侧限抗压代表值分别在1.61~1.71MPa和1.58~1.59MPa, 满足设计>1.4MPa的要求;地下连续墙声波透射检测表明, 混凝土参数无异常, 接收波形正常, 符合完整性要求。

总体来说, 本文所采用的技术手段对此类深基坑逆作法地下连续墙施工有一定的指导、借鉴意义。