一种变截面井筒式地下连续墙基础及其施工方法与流程

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种变截面井筒式地下连续墙基础及其施工方法。

背景技术：

近年来，地下连续墙作为集挡土、承重和防水“三合一”的基础结构，被大量应用于建筑工程、桥梁工程和铁路工程中。值得注意的是，由于采用机械化快速施工，变截面井筒式地下连续墙基础具有工效高、成本低、地基适用范围广、噪声小等特点，而强大的刚性和与地基密着性好的特性也使其特别适用于大跨度桥梁基础。

目前，就国外而言，地下连续墙作为大跨度桥梁深基础的工程实例已不少见，尤其在日本得到了工程界的高度重视和开发应用，其中“井筒式地下连续墙”(国内亦称为“矩形闭合墙”，如图1所示)与“多壁基础”(如图2所示)是采用较多的两种基础形式，已在大量的城市高架、铁道与跨海桥梁的基础结构中取得了应用。然而，除了用作锚碇基础外，在我国变截面井筒式地下连续墙基础桥梁基础工程中的应用还不多见，在大型或超大型桥梁基础工程中的应用更是凤毛麟角。因为井筒式变截面井筒式地下连续墙基础施工成本较之桩基础偏高，而多壁式基础的整体性较之井筒式地下连续墙偏弱，尤其是井筒式地下连续墙桥梁基础对施工机械和施工工艺要求较高。据统计，同等混凝土方量下，其施工成本和造价要比普通桩基础高约10％～15％，因此这也成为限制地下连续墙桥梁基础应用的一个重要原因。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种吸收了井筒式和多壁式地下连续墙桥梁基础长处的变截面井筒式地下连续墙基础以及该基础的施工方法。

一种变截面井筒式地下连续墙基础，包括：上部闭合段墙体结构和下部开放段板桩结构，所述上部闭合段墙体结构和下部开放段板桩结构为一体结构。

进一步地，如上所述的变截面井筒式地下连续墙基础，所述上部闭合段墙体结构由刚性接头将相邻的地下连续墙墙体连接形成闭合的矩形框架并在其上方设置承台构成。

进一步地，如上所述的变截面井筒式地下连续墙基础，下部开放段板桩结构采用与多壁基础相同的复壁式板桩结构。

进一步地，如上所述的变截面井筒式地下连续墙基础，所述上部闭合段墙体结构的墙高在整体墙体深度的50％-60％，下部开放段板桩结构的墙宽在地连墙内边长的60％-70％。

如上所述的变截面井筒式地下连续墙基础的施工方法，包括以下步骤：

(1)导墙施工：平整场地、测量放线、沟槽开挖和处理弃土、绑扎导墙钢筋、支模板、浇筑混凝土、拆模并设置横撑和导墙外侧回填土；

(2)泥浆准备：现场开挖泥浆搅拌池和储浆池,先在搅拌池中注入清水，然后向清水中加入一定分量的膨润土和聚丙烯醯胺，泥浆在搅拌池搅拌均匀后泵入储浆池储存，新浆只需稳定1小时就可使用，泥浆的相对密度控制在1.2g/cm³-1.3g/cm³，泥浆准备完成后，用彩色测试对照板对泥浆进行现场测试，同时，在任何情况下，必须保证槽内泥浆液面高于地下水位，也不应低于导墙顶面；

(3)成槽施工：连续墙施工前，预先沿墙体长度方向将地下连续墙划分为若干单元槽段，按单元槽段进行挖掘，成槽机在保证稳定的前提下，以最小角度定位，先对所挖槽段进行清槽，清除废土及余浆，然后放入根据设计要求配制的泥浆，以后边取土边放浆，在成槽过程中轻提慢放，要始终保持泥浆液面高度，液面离导墙顶面距离不少于300mm；在成槽过程中，应根据成槽设备对液压导板抓斗用经纬仪测试x、y轴方向垂直度，跟踪纠偏，使垂直度控制在1/300以下，成槽结束由成槽机自行扫孔一次，并采用专用钢丝刷的刷壁器进行刷壁，己达到刷壁器钢丝刷上无淤泥为标准来保证槽幅段接的连接质量，再用高压旋转泵来清洗接头范围内钢筋、封头钢板；

(4)钢筋笼制作：钢筋笼应根据地下连续墙墙体设计配筋和单元槽段的划分来制作；所有纵横向钢筋相应部位点焊，连续墙主筋每幅槽段两端各加密一根，采用增设纵、横向钢筋析架及主筋平面上的斜拉条的措施，所有钢筋连接处均焊接牢固，保证钢筋笼的起吊刚度；

(5)施工接头：新型地下连续墙各槽段的接头采用锁口管接头形式，施工接头应能承受混凝土的侧压力，倾斜度应不得妨碍下一槽段的开挖，且能有效地防止混凝土绕过接头管外流；在混凝土浇灌前，下放锁口管于钢筋笼两端，之后下放混凝土导管；同时，锁口管必须安放到底，各节组装好后全长的垂直度偏差应不大于1％，锁扣管上的各种插孔必须堵住；

(6)安放钢筋笼：计算整个钢筋笼重量，合理配制起调设备和制定起吊方法，起吊地下连续墙钢筋笼下到设计位置，并定位在导墙上，在钢筋笼起吊前必须重新检查吊点和搁置板的焊接情况，确保焊接质量满足起吊要求后方可开始起吊；

(7)浇筑混凝土：混凝土浇筑采用两根导管灌注，导管提升应保持位置居中，根据导管埋深准确控制提升高度；在钢筋笼入槽后的4小时之内开始浇灌混凝土，隔水塞采用直径与导管内径相同的球胆，导管底口距槽底为300-500mm；浇灌混凝土过程中，采用混凝土泵车同时、同速、连续往支腿浇注水下混凝土，保证水下混凝土同时溢出槽底，之后连续往地下连续墙灌注水下混凝土；混凝土浇注实际标高应比设计标高高出50cm，以保证墙顶质量；

(8)顶拔接头管：在混凝土浇注结束后，初凝后，锁口管采用液压千斤顶顶拔，使用时将一对传力铁扁担传入槽口内，并搁于横梁上，然后开动油泵，利用千斤顶将下横梁顶升，则锁口管随同拔起；

(9)混凝土养护及墙底注浆：混凝土按照规范要求进行养护，在地下连续墙墙体混凝土强度达到100％后，进行墙底注浆，注浆时相邻的地下连续墙应同时进行，并按设计要求的压力注浆量进行控制。

有益效果：

(1)具有一般的地下连续墙桥梁基础的优良工程特性，即：施工场地因地而宜，可用于场地窄小，邻近有建筑物的场地条件；施工噪音低，振动小，对周围环境影响较小。

(2)与大直径桩基比较，本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础整体刚度大，水平承载力大，抗震能力强。因为桩在承台以下是一个个独立受力的构件，而本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础在承台下适宜的深度范围内为一个整体，地下连续墙成为土中“骨架”并和基础内外土体共同受力。

(3)与井筒式地下连续墙比较，由于下部采用了非闭合的壁板桩结构，本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础下部土芯不再是封闭的“土柱”，承台土反力及墙内摩阻力会得到极大提升，同时基础的“群墙效应”^[将大幅降低，这必然使得相同混凝土使用方量下，本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础的承载力将大于井筒式变截面井筒式地下连续墙基础。此外，由于下部结构未采用接头形式连接，而接头往往是地下连续墙施工的技术难点，相对于井筒式地下连续墙而言，其工序及工程量将大幅度的减少，施工难度及造价均可得到明显的降低。

(4)与多壁基础相比，由于上部刚性闭合墙体的存在，本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础整体的刚度增加，其抵抗水平荷载及抗震能力获得有效提升。值得注意的是，桥梁基础受水平荷载时，最大水平位移点及最大弯矩值点的位置往往位于基础的上部，通过适当选取上部闭合墙体的埋深，可使本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础取得与上下全封闭的井筒式变截面井筒式地下连续墙基础相近的抵抗水平荷载的能力。

综上所述，本发明提供的新型变截面井筒式地下连续墙基础，采用上部刚性闭合墙体，下部开放段板桩结构，使墙身受力更加的合理，材料的利用率更高，工程造价和施工难度明显降低。

2007年6月，交通部专家委员会主任凤懋润在第24届国际桥梁技术大会上的报告中指出，截止到2020年，我国预计将建设大约20万座大中小桥梁，总长度超过1万千米。同时，我国《中长期铁路网规划》^[15]提出：到2020年，中国铁路营运里程达到12万千米以上，其中，高速铁路营运里程达1.6万千米以上。在高速铁路中，桥梁的总长在线路总长度中占有较大的比重，在部分路段，桥梁总长甚至占线路总长的80％以上。可见，我国桥梁建设的规模是巨大的。

相对于普通铁路，高速铁路更强调列车运行的平顺性和舒适性，桥梁基础的水平位移控制已经成为高速铁路桥梁设计关键技术之一。普通铁路桥梁一般比路基的位移变形小的多，所以普通桥梁的位移变形一直未收到重视。对于高速铁路而言，桥涵基础不均匀的位移变形会造成线路的平顺性较差，从而引起列车的振动，使列车的平稳、舒适、安全性指标下降。本发明提供的变截面井筒式地下连续墙基础是一种新型的桥梁基础形式，具有良好的工程特性和应用前景，为处理上诉问题提供了新的思路和途径。

附图说明

图1为现有技术中井筒式地下连续墙结构示意图；

图2为现有技术中多壁基础结构示意图；

图3为本发明变截面井筒式地下连续墙基础结构示意图；

图4为本发明变截面井筒式地下连续墙基础爆炸结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种新型变截面井筒式地下连续墙基础，如图3和图4所示，该基础为变截面井筒式变截面井筒式地下连续墙基础，该基础包括上部闭合段墙体结构和下部开放段板桩结构，两者为一体结构。

具体为：所述上部闭合段墙体结构由刚性接头21将相邻的地下连续墙墙体连接形成闭合的矩形框架2并在其上方设置承台1构成。下部开放段板桩结构3采用与多壁基础相同的复壁式板桩结构。

所述上部闭合段墙体结构的墙高在整体墙体深度的50％-60％，下部开放段板桩结构的墙宽在地连墙内边长的60％-70％。

本发明提供的新型变截面井筒式地下连续墙基础按以下施工步骤施工：

(1)导墙施工：按照现有的施工方法施工地下连续墙的导墙，导墙为现浇钢筋混凝土导墙，设置在主墙体两侧，截面呈倒“l”型。导墙的施工步骤：平整场地、测量定位、沟槽开挖和处理弃土、绑扎导墙钢筋、支模板、浇筑混凝土、拆模并设置横撑和导墙外侧回填土。测量放线是按照施工图纸进行测量定位，然后用石灰粉放线。导墙钢筋按设计要求布置于导墙内外侧；转角处理，为保证地下连续墙成槽时能顺利进行一级转角断面完整，转角处导墙需沿轴线外放一定距离；模板拆除，拆除后，应立即架设木支撑，支撑上下各一道，同时在导墙顶翼面上做好分幅线，导墙在未达到设计强度要求禁止重型设备接近，确保导墙垂直精度。导墙底必须铺垫高塑性指数的粘土并夯实，墙内的泥浆水头基本与导墙顶面平齐。对范围小深度浅的障碍物采用深导墙施工，对范围大深度深的障碍物采用三合土回填，然后再做深导墙。

(2)泥浆准备：现场开挖泥浆搅拌池和储浆池,先在搅拌池中注入清水，然后向清水中加入一定分量的膨润土和聚丙烯醯胺，泥浆在搅拌池搅拌均匀后泵入储浆池储存，新浆只需稳定1小时就可使用，具体配合比可根据施工实际情况做相应调整，泥浆的相对密度控制在1.2g/cm³-1.3g/cm³，泥浆准备完成后，用彩色测试对照板对泥浆进行现场测试。同时，在任何情况下，必须保证槽内泥浆液面高于地下水位，也不应低于导墙顶面。

(3)成槽施工：连续墙施工前，预先沿墙体长度方向将地下连续墙划分为若干单元槽段，按单元槽段进行挖掘。本发明中使用液压抓斗成槽施工。成槽机在保证稳定的前提下，以最小角度定位，先对所挖槽段进行清槽，清除废土及余浆，然后放入根据设计要求配制的泥浆，以后边取土边放浆，在成槽过程中轻提慢放，减少对槽壁的影响，要始终保持泥浆液面高度，液面离导墙顶面距离不少于300mm。在成槽过程中，应根据成槽设备对液压导板抓斗用经纬仪测试x、y轴方向垂直度，跟踪纠偏，使垂直度控制在1/300以下。成槽结束由成槽机自行扫孔一次，以清除淤泥，并采用专用钢丝刷的刷壁器进行刷壁，己达到刷壁器钢丝刷上无淤泥为标准来保证槽幅段接的连接质量，再用高压旋转泵来清洗接头范围内钢筋、封头钢板。同时要注意的是，施工的标准槽段采用“三抓法”开挖成槽，即每幅连续墙施工时，先抓两侧土体，后抓中心土体，如此反复开挖直至设计槽底标高为止。

(4)钢筋笼制作：钢筋笼应根据地下连续墙墙体设计配筋和单元槽段的划分来制作。通过专用钢筋笼制作平台，精细放样与定位进行钢筋笼制作与预埋件安装，确保其制作质量和预埋件就位正确。所有纵横向钢筋相应部位点焊，增加钢筋笼整体刚度，连续墙主筋每幅槽段两端各加密一根为保证钢筋笼在起吊过程中具有足够的刚度，采用增设纵、横向钢筋析架及主筋平面上的斜拉条等措施，所有钢筋连接处均焊接牢固，保证钢筋笼的起吊刚度。

(5)施工接头：新型地下连续墙各槽段的接头采用锁口管接头形式，施工接头应能承受混凝土的侧压力，倾斜度应不得妨碍下一槽段的开挖，且能有效地防止混凝土绕过接头管外流。在混凝土浇灌前，下放锁口管于钢筋笼两端，之后下放混凝土导管。同时，要注意的是，锁口管必须安放到底，各节组装好后全长的垂直度偏差应不大于1％，锁扣管上的各种插孔必须堵住。

(6)安放钢筋笼：计算整个钢筋笼重量，合理配制起调设备和制定起吊方法，起吊地下连续墙钢筋笼下到设计位置，并定位在导墙上，在钢筋笼起吊前必须重新检查吊点和搁置板的焊接情况，确保焊接质量满足起吊要求后方可开始起吊，钢筋笼起吊、安装应由专人负责指挥。

(7)浇筑混凝土：混凝土浇筑采用两根导管灌注，导管提升应保持位置居中，根据导管埋深准确控制提升高度。在钢筋笼入槽后的4小时之内开始浇灌混凝土，隔水塞采用直径与导管内径相同的球胆，导管底口距槽底约为300～500mm。浇灌混凝土过程中，采用混凝土泵车同时、同速、连续往支腿浇注水下混凝土，保证水下混凝土同时溢出槽底，之后连续往地下连续墙灌注水下混凝土。混凝土浇注实际标高应比设计标高高出50cm，以保证墙顶质量。

(8)顶拔接头管：在混凝土浇注结束后，初凝后，锁口管采用液压千斤顶顶拔，使用时将一对传力铁扁担传入槽口内，并搁于横梁上，然后开动油泵，利用千斤顶将下横梁顶升，则锁口管随同拔起。

(9)混凝土养护及墙底注浆：混凝土按照规范要求进行养护，在地下连续墙墙体混凝土强度达到100％后，进行墙底注浆，注浆时相邻的地下连续墙应同时进行，并按设计要求的压力注浆量进行控制，注浆管根据工程实际情况布置。

本发明所提供的新型变截面井筒式地下连续墙基础施工方法工艺简单，可有效缩短整体施工工期和节省工程造价，比传统井筒式变截面井筒式地下连续墙基础节省施工工期达10％以上，节省混凝土、钢筋量达15％以上，同时降低了施工难度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。