地下连续墙

地下连续墙

摘要：本文阐述了地下连续墙形式和施工各工序，并对地下连续墙的破坏形式及设计计算的主要内容以及地下连续墙的接头形式进行说明。

关键词：地下连续墙施工工序计算理论接头形式

一）地下连续墙的定义

由于目前挖槽机械发展很快，与之相适应的挖槽工法层出不穷；有不少新的工法已经不再使用膨润土泥浆；墙体材料已经由过去以混凝土为主而向多样化发展；不再单纯用于防渗或挡土支护，越来越多地作为建筑物的基础，所以很难给地下连续墙一个确切的定义。

一般地下连续墙可以定义为：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。地下连续墙已是一种科学先进的选择方案。地下连续墙施工工艺由于对周围环境影响小, 墙体刚度大, 止水性能好, 是深基坑工程常用的围护方法之一。所谓地下连续墙施工工艺, 即是在土方开挖之前,用特制的成槽机械, 在泥浆护壁的作用下, 每次开挖一定长度的沟槽, 直至开挖到设计深度, 然后清除槽段内沉淀的沉渣,将钢筋笼放入充满泥浆的槽段内, 并用导管向槽段内浇筑混凝土, 使混凝土充满整个槽段。地下连续墙主要应用在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁, 作为截水、防渗、承重和挡土结构。地下连续墙既可作施工阶段的围护结构, 亦可作结构正式复合墙体的一部分。

二）地下连续墙的发展

经过几十年的发展，地下连续墙技术已经相当成熟，其中以日本在此技术上最为发达，已经累计建成了1500万平方米以上，目前地下连续墙的最大开挖深度为140m，最薄的地下连续墙厚度为20cm。1958年，我国水电部门首先在青岛丹子口水库用此技术修建了水坝防渗墙，到目前为止，全国绝大多数省份都先后应用了此项技术，估计已建成地下连续墙120万~140万平方米。地下连续墙已经并且正在代替很多传统的施工方法，而被用于基础工程的很多方面。在它的初期阶段，基本上都是用作防渗墙或临时挡土墙。通过开发使用许多新技术、新设备和新材料，现在已经越来越多地用作结构物的一部分或用作主体结构，最近十年更被用于大型的深基坑工程中。

三）地下连续墙的分类

（1）按成墙方式可分为：

①桩排式；

②槽板式；

③组合式。

（2）按墙的用途可分为：

①防渗墙；

②临时挡土墙；

③永久挡土（承重）墙；

④作为基础用的地下连续墙。

（3）按墙体材料可分为：

①钢筋混凝土墙；

②塑性混凝土墙；

③固化灰浆墙；

④自硬泥浆墙；

⑤预制墙；

⑥泥浆槽墙（回填砾石、粘土和水泥三合土）；

⑦后张预应力地下连续墙；

⑧钢制地下连续墙。

（4）按开挖情况可分为：

①地下连续墙（开挖）；

②地下防渗墙（不开挖）。

四）地下连续墙的适用范围和主要用处

地下连续墙施工震动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基无扰动，可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙代替桩基础、沉井基础或沉箱基础。对土壤的适应范围很广，在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。初期用于坝体防渗，水库地下截流，后发展为挡土墙、地下结构的一部分或全部。房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用。

主要用处：

1. 水利水电、露天矿山和尾矿坝（池）和环保工程的防渗墙

2. 建筑物地下室（基坑）

3. 地下构筑物（如地下铁道、地下道路、地下停车场和地下街道、商店以及地下变电站等）

4. 市政管沟和涵洞

5. 盾构等工程的竖井

6. 泵站、水池

7. 码头、护案和干船坞

8. 地下油库和仓库

9. 各种深基础和桩基

五）地下连续墙的优缺点

地下连续墙之所以能得到如此广泛的应用和其具有的优点是分不开的，地下连续墙具有以下一些优点：

1.施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工。

2. 墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉

降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构。

3. 防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。

4. 可以贴近施工。由于具有上述几项优点，使我们可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙。

5. 可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋设件，很适合于逆做法施工。

6. 适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层，各种软岩和硬岩等所有的地基都可以建造地下连续墙。

7. 可用作刚性基础。目前地下连续墙不再单纯作为防渗防水、深基坑围护墙，而且越来越多地用地下连续墙代替桩基础、沉井或沉箱基础，承受更大荷载。

8. 用地下连续墙作为土坝、尾矿坝和水闸等水工建筑物的垂直防渗结构，是非常安全和经济的。

9. 占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。

10. 工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。

缺点：

1. 在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大。

2. 如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题。

3. 地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些。

4.在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。

六）施工工艺

在挖基槽前先作保护基槽上口的导墙，用泥浆护壁，按设计的墙宽与深分段挖槽，放置钢筋骨架，用导管灌注混凝土置换出护壁泥浆，形成一段钢筋混凝土墙。逐段连续施工成为连续墙。施工主要工艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。

地下连续墙采用逐段施工方法，周而复始的进行。每段分六步：

（1）开挖导槽，修筑导墙

（2）在始终充满泥浆的沟槽中，利用专业挖槽机械进行挖槽

（3）两端放入接头管

（4）将已制备的钢筋笼下沉到设计高度

（5）插入水下灌注混凝土导管后，进行混凝土灌注

（6）待砼初凝后，拔出导管

1）导墙

导墙通常为就地灌注的钢筋混凝土结构。

导墙的作用

a）控制地下连续墙施工精度：

导墙与地下墙中心相一致，规定了构造的位置走向，可作为量测挖槽标高、垂直

度的基准，导墙顶面又作为机架式挖土机械导向钢轨的架设定位。

b）挡土作用：

地表土层受到底面超载的影响，容易塌陷，导墙起挡土的作用，每隔1~2m加设c）上下两道木支撑。

重物支撑台：施工期间承受钢筋笼、灌注混凝土用的导管、接头管及其他施工机械的静、动荷载。

d）维持稳定液面的作用：导墙内蓄泥浆，保证槽壁的稳定，要使泥浆液面始终保持高于地下水位一定的高度。一般为1.25~2m

2）泥浆护壁

泥浆的作用：

护壁、携渣、冷却机具和切土润滑。

.泥浆有一定的密度。在槽内对槽壁有一定的净水压力，相当于一种液体支撑。能深入土壁形成一层透水性很低的泥皮，维护土壁的稳定性。

.泥浆有较高的粘性，能将土渣悬浮起来，便于排渣。

.以泥浆做冲洗时，可降低钻具的温度，可减轻钻具磨损消耗

.泥浆不仅要有良好的固壁性能，而且要便于灌注砼。

通过泥浆对槽壁施加压力以保护挖成的深槽形状不变，灌注混凝土把泥浆置换出来。泥浆材料通常由膨润土、水、化学处理剂和一些惰性物质组成。泥浆的作用是在槽壁上形成不透水的泥皮，从而使泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上，防止地下水的渗水和槽壁的剥落，保持壁面的稳定，同时泥浆还有悬浮土渣和将土渣携带出地面的功能。

在砂砾层中成槽必要时可采用木屑、蛭石等挤塞剂防止漏浆。泥浆使用方法分静止式和循环式两种。泥浆在循环式使用时，应用振动筛、旋流器等净化装置。在指标恶化后要考虑采用化学方法处理或废弃旧浆，换用新浆。

3）成槽施工

中国使用成槽的专用机械有：旋转切削多头钻、导板抓斗、冲击钻等。施

工时应视地质条件和筑墙深度选用。一般土质较软，深度在15米左右时，可选用普通导板抓斗；对密实的砂层或含砾土层可选用多头钻或加重型液压导板抓斗；在含有大颗粒卵砾石或岩基中成槽，以选用冲击钻为宜。槽段的单元长度一般为6～8米，通常结合土质情况、钢筋骨架重量及结构尺寸、划分段落等决定。成槽后需静置4小时,并使槽内泥浆比重小于1.3。

4）水下灌注混凝土

采用导管法按水下混凝土灌注法进行，但在用导管开始灌注混凝土前为防止泥浆混入混凝土，可在导管内吊放一管塞，依靠灌入的混凝土压力将管内泥浆挤出。混凝土要连续灌注并测量混凝土灌注量及上升高度。所溢出的泥浆送回泥浆沉淀池。

5）墙段接头处理

地下连续墙是由许多墙段拼组而成，为保持墙段之间连续施工，接头采用锁口管工艺，即在灌注槽段混凝土前，在槽段的端部预插一根直径和槽宽相等的钢管，即锁口管，待混凝土初凝后将钢管徐徐拔出,使端部形成半凹榫状接状。也有根据墙体结构受力需要而设置刚性接头的，以使先后两个墙段联成整体。

七）地下连续墙挡土体系的破坏形式

稳定性破坏：

1. 整体失稳

支撑强度问题、稳定问题导致墙体位移过大；

地下连续墙入土深度过小，导致坑外土体大滑坡或塌方

2.基坑底隆起

墙体插入深度不足，坑外土体挤向坑内，坑内土体隆起、坑外沉陷

3.管涌及流砂

强度破坏

1.支撑强度不足或压屈

2.墙体强度不足

变形过大

地下连续墙刚度不足，变形过大或者由于墙体渗水漏泥引起地层损失，导致基坑外的地表位移或水平位移过大，从而引起周围管线和地面建筑物的破坏。

八）地下连续墙的计算内容和计算理论

1.确定施工过程及使用阶段各工况的荷载—水、土压力、结构传来荷载；

2. 确定入土深度—抗管涌、抗隆起、防整体失稳、地基承载力；

3.验算开挖槽段的槽壁稳定，调整长、宽、深度尺寸；

4.墙体和支撑体系的内力分析和变形验算；

5. 地下连续墙结构设计；

6.估算基坑施工对周围环境的影响程度—墙后地面沉降及水平位移。

地下连续墙的计算理论

荷载结构法属于传统的经典方法，将水土压力视为作用于结构上的外荷载，结构的变形不引起荷载变化，在外荷载作用下求结构的内力。荷载结构法中有等值梁法、1/2分割法、太沙基法及山肩绑男法等。

（1）悬臂墙阶段

图1 悬臂墙计算示意图

通过静力平衡条件00X M ==∑∑和可求解墙身的弯矩和剪力。

（2）等值梁法

基本思想：找到基坑底面下连续墙弯矩为零的某一点，以该点假想为一个铰，以假想铰为板桩入土面点。一旦假想铰的位置确定，即可将梁划分为两段，上段相当于多跨连续梁，下段为一次超静定梁，见图2。

图2 多支撑工况的等值梁法计算简图

（3）泰沙基法

泰沙基法的主要观点是除第一道支点之外的所有横撑支点以及在开挖面处形成的塑性铰，由于塑性铰的存在，所以该支点无负弯矩，均为正弯矩（图3）。泰氏方法与1/2分割法相比，横撑轴力变化不大，弯矩图相差较多。

图3 泰沙基法与1/2分割法比较弯矩图

（4）山肩邦男法

主要思想：考虑不同阶段施工的挡土墙随施工支护变化而发生的受力状况，在土

压力已知条件下，根据实测资料又引入一些基本假定。山肩邦男法的计算简图见图23.10（a），为简化运算，山肩邦男法提出了近似解法，见图4（b）。

图4 山肩邦男法计算简图

九）地下连续墙的接头设计

分类：施工接头和结构接头

施工接头是指地下连续墙槽段和槽段之间的接头，施工接头连接两相邻单元槽段结构结构是指地下连续墙与主体结构构件（底板、楼板、墙、梁、柱等）相邻的接头，通过结构接头的连接，墙下连续墙与主体基础结构共同承担上部结构的垂直荷载

施工接头

柔性接头：圆心锁口管接头、波形管（双波、三波）接头、预制接头和橡胶止水带接头。抗剪、抗弯能力差、一般不用做主体结构的地下连续墙结构，当地下连续墙仅作为地下室外墙，不承担上部结构的垂直荷载或分担荷载较小，通过采取一些结构措施，可采用柔性接头。

图5 柔性接头

刚性接头：穿孔钢板和钢筋搭接接头

穿孔钢板接头：在工程中大量应用，该接头可承受地下连续梁垂直接缝上的剪力，使相邻地下连续墙槽段共同承担上部结构的垂直荷载，协调槽段的不均匀沉降，同时穿孔钢板接头具备较好的防水性。

图6 刚性接头

钢筋搭接接头：采用相邻阶段槽段水平钢筋凹凸搭接，先行施工槽段钢筋笼两面伸出搭接部分，通过施工措施，现浇砼时可留下钢筋搭接部分空间，先槽段浇注，再接头钢筋搭接，后槽段浇注。

图7 钢筋搭接接头

结构接头

刚性接头：若地下连续墙与结构板在接头处共同承受较大的弯矩，且两种构件抗弯刚度相近，同时板厚足以允许确保刚性连接的钢筋时，采用刚性连接。常见的有预埋式钢筋接驳器连接（锥螺纹、直螺纹）和预埋钢筋连接。结构底板与地下连续梁通常采用钢筋接驳器连接。

图8 预埋钢筋接头

图9 钢筋接驳器连接

铰接接头：结构板相对于地下连续墙厚度较小（地下室楼板），接头板处所承受的弯矩较小，可以认为该节点不承受弯矩，仅起竖向支座的作用，采用铰接连接。常用的有预埋钢筋连接和预埋剪力连接件连接。地下室楼板也可以通过边环梁与地下连续墙连接，楼板钢筋伸入边环梁。

图10 预埋插筋连接

图11 剪力连接件连接

不完全刚接：结构板相对于地下连续墙厚度较小，可在板内布置一定数量的钢筋，以承受一定的弯矩，但在板内钢筋不能配置很多以形成刚接，宜采用不完全刚接形式。

首先假定为刚接，计算M1、M2、M3，对于不完全刚接的接头来说，板承受的弯矩是M2的一部分，即()2'01M M ηη=<<

接头处释放的弯矩由地下连续墙按线形刚度重新分配。对结构板来说，端部弯矩折减后，板跨中的弯矩将增大。

参考文献：

黄辉. 地下连续墙接头形式及其渗漏的防治措施广东土木与建筑，2004.10

陈玲，陈坚荣作为地下室外墙、止水和挡土支护结构的地下连续墙的施工建筑技术，2005