第四讲 地下连续墙

第四讲: 地下连续墙

主要内容 (4课时)

第一节概述 (2课时)

第二节地下连续墙施工

第三节逆作法 (2课时)

教学目的与要求:

1. 掌握地下连续墙施工的特点及适用范围；

2. 掌握导墙的作用与形式;

3. 熟悉工程泥浆的配比及要求；

4. 了解清底的重要性及方法；

5. 掌握单元槽段的划分要求;

6. 熟悉水下浇筑混凝土的材料要求及施工要点。

7. 掌握逆作法的原理与特点。

8. 熟悉逆作法的施工工艺。

授课内容：(2课时)

第一节概述

引言:

地下连续墙起源于欧洲，1950年于意大利米兰工程中最早用于大坝或贮水池的防渗墙，1959年日本引进，我国1958年用于修筑水坝，70年代用于建筑工程。1977年至1996年，仅上海完成60个约25万平方米的地下连续墙，以后应用更为广泛。

地下连续墙厚度常为0.45~1.3m(上海环球贸易大厦为1.0~1.2m,国外最大已达2.8m), 我国目前最在施工深度为65m(国外最深达131m),当放坡开挖受限,地下水位难以降低,周围环境不允许,其它支护结构不能满足要求时,地下连续墙是一种非常有效的方法,但造价昂贵,因其具有挡土、挡水防渗、承重多种功能，在高层建筑中应用广泛。

一、工艺原理

即在工程开挖之前，用特制的挖槽机械在泥浆护壁的情况下每次开挖一定长度（一个单元槽段）的沟槽，待开挖至设计深度并清除泥渣后，将钢筋骨架吊放入充满泥浆的

沟槽内，用导管浇筑混凝土，待混凝土浇至设计标高后，一个单元槽段即施工完毕。各个单元槽段之间用特制的接头连接，形成连续的地下钢筋混凝土墙。

二、适用范围

1.挖深>10m,或基坑周围变形需要严格控制时;

2.土层软弱或土层性质较复杂时;

3.周围建筑物,地下管线布置较密集时;

4.围护结构作为主体结构一部分,且抗渗性有严格要求时

三、特点

（一）优点：

1.刚度大；可做成各种形状；适用与各种土层；

2.施工时振动小、噪音低，适于城市施工；

3.抗渗性好；

4.可在复杂条件下作业；

5.可用于逆作法施工;

6.占地少,可以充分利用红线内有限的地面与空间施工

（二）缺点：

1.泥浆的处理尚不完善；

2.墙面的平整度和光滑度不够理想；

3.仅作支护结构时，造价比较高。

第二节地下连续墙施工

引言:

随着生产的发展与城市建设和改造规模的扩大，深基础工程愈来愈多，施工条件也愈来愈受到限制。这些深基础工程有时难以用传统的方法进行施工，或者施工会给周围邻近的建筑物、道路、管线等带来危害，因而不得不寻求更有效的施工方法，地下连续墙工艺就是施工深基础工程有效的方法之一。但地下连续墙的施工工艺非常复杂,必须加强科研、设计、施工之间的联系，才能使这一技术不断发展与成熟。

一、施工前的准备工作

1．现场情况的调查

2．水文地质情况的调查

二、制订施工方案

1．工程概况及施工条件等的说明

2．挖掘机械等施工设备的选择

3．导墙的设计

4．单元槽段划分及其施工顺序的确定、接头设计

5．护壁泥浆的配合比设计

6．废泥浆和土碴的处理

7．钢筋笼绑扎、运输和吊放的方法和设备 8．施工平面图布置

9．工程进度计划及物资、劳动力等供应计划 10.各项措施的编制

三、 施工工艺(见动画)

（一）、 修筑导墙

导墙是地下连续墙挖槽之前修筑的临时结构。对挖槽起重要作用。 1.导墙作用

（1）挡土作用。在挖掘地下连续墙沟槽时，接近地表的土极不稳定，容易坍陷，而泥浆也不能起到护壁的作用，因此在单元槽段挖完之前，导墙就起挡土墙作用。

（2）作为测量的基准。它规定了沟槽的位置，表明单元槽段的划分，同时亦作为测量挖槽标高、垂直度和精度的基准。

（3）作为重物的支承。它既是挖槽机械轨道的支承，又是钢筋笼、接头管等搁置的支点，有时还承受其他施工设备的荷载。

（4）存蓄泥浆。导墙可存蓄泥浆，稳定槽内泥浆液面。泥浆液面应始终保持在导墙面以下20cm ，并高于地下水位1.0m ，以稳定槽壁。 （5）防止泥浆漏失；防止雨水等地面水流人槽内。 2.导墙形式

导墙一般为现浇的钢筋混凝土结构。但亦可为钢制的或预制钢筋混凝土的装配式结

制备泥浆

构，可多次重复使用。但都应具有必要的强度、刚度和精度，而且一定要满足挖槽机械的施工要求。

3.导墙施工要点

1）导墙的厚度一般为0.15~0.20m，墙趾不宜小于0.20m，深度一般为1.0~2.Om，导墙面应高于地面约10cm;

2）导墙的混凝土强度等级多为C20，配筋多为?12@200;

3）导墙的内墙面应平行于地下连续墙轴线，对轴线距离的最大允许偏差为±lOmm；内外导墙面的净距，应为地下连续墙名义墙厚加40mm，净距的允许误差为±5mm，墙面应垂直；导墙顶面应水平，全长范围内的高差应小于±10mm，局部高差应小于5mm;

4）现浇钢筋混凝土导墙拆模以后，应沿其纵向每隔lm左右加设上、下两道木支撑（常用规格为5cm×l0cm和10cm×l0cm），将两片导墙支撑起来，在导墙的混凝土达到设计强度之前，禁止任何重型机械和运输设备在旁边行驶，以防导墙受压变形。

（二）、工程泥浆

1.泥浆类型：制备泥浆、自成泥浆、半自成泥浆

2.泥浆作用：护壁作用；携碴作用；冷却和滑润作用

3.泥浆成分及配比

1）膨润土：膨润土和水混合后，由于其湿胀性而使泥浆的粘度增大。当膨润土湿胀之后，变成亲水胶体，并能保持胶体稳定。陶土粉掺量为10～12% 2）水：应采用PH值接近中性的纯净自来水

3）外加剂：分散剂；增粘剂；加重剂；防漏剂。

A.纯碱---- 属于分散剂, 使土颗粒水化作用加强,加速粘土分散,提高造浆率。掺量为0.5%

B.CMC ---- 属于增粘剂,溶于水中能增加泥浆粘度。掺量为0.3%

4.

5.对泥浆的要求

①有较高的稳定性；

②具有良好的泥皮形成性能；

③有适当的粘度和凝胶强度；

④具有适当的比重。

（三）、挖槽

1.挖槽机械简介

2.单元槽段划分

地下连续墙施工时，预先沿墙体长度方向把地下墙划分为某种长度的施工单元称为“单元槽段”。在一个单元槽段内，挖土机械挖土时可以是一个或几个挖掘段。划分单元槽段就是将各种单元槽段的形状和长度表明在墙体平面图上，它是地下连续墙施工组织设计中的一个重要内容。

单元槽段的最小长度不得小于一个挖掘段（挖土机械的挖土工作装置的一次挖土长度）。从理论上讲单元槽段愈长愈好，因为这样可以减少槽段的接头数量，增加地下连续墙的整体性，又可提高其防水性能和施工效率。单元槽段划分应考虑下述各因素： （1）地质条件。当土层不稳定时，应减少单元槽段的长度

（2）地面荷载。附近有高大建筑物、构筑物，在挖槽期间会增大侧向压力，影响槽壁的稳定性。

（3）起重机的起重能力。由于一个单元槽段的钢筋笼多为整体吊装，所以要根据施工单位现有起重机械的起重能力估算钢筋笼的重量和尺寸，以此推算单元槽段的长度； （4）单位时间内混凝土的供应能力。 （5）工地上具备的泥浆池（罐）的容积。

（四）、 清 底

1.清底的重要性

挖槽结束后，悬浮在泥浆中的土颗粒将逐渐沉淀到槽底，此外，在挖槽过程中未被排出而残留在槽内的土碴，以及吊放钢筋笼时从槽壁上刮落的泥皮等都堆积在槽底。在挖槽结束后清除以沉渣为代表的槽底沉淀物的工作称为清底。清底是地下连续墙施工中的一项重要工作，必须做好。

1）沉碴留于槽底将使地下墙承载力下降 2）会影响钢筋笼插入位置

3）沉碴混入混凝土后严重影响质量 4）沉碴集中于接头处影响防渗性能

蚌式抓斗

铲 斗

钻头冲击式

凿刨式

单头钻

多头钻

5）造成钢筋笼上浮

2.清底方法

清底的方法，一般有沉淀法和置换法两大类。沉淀法是在土渣基本都沉淀到槽底之后再进行清底；置换法是在挖槽结束之后，对槽底进行认真清理，然后在土渣还没有再沉淀之前就用新泥浆把槽内的泥浆置换出来，使槽内泥浆的相对密度在1.15以下。我国多用后者的置换法进行清底。具体有吸泥泵排泥法，压缩空气升液法，潜水泵排泥法。如下图所示。

（五）、接头连接

地下连续墙的槽段间的接头一般分为止水接头、刚性接头和柔性接头。

止水接头在一般情况下可以使用锁口管和V型钢板等接头形式，也可以取得一定截水防渗的效果。

刚性接头是一种整体式接头，它能传递或部分传递内力，如接头箱接头、十字型穿孔钢板式刚性接头、钢筋搭接式刚性接头等。十字型穿孔钢板式，能承受剪拉状态。在较多情况下可以使用，如格式、重力式地下连续墙结构的剪力墙上，各墙段间接头就同时承受剪力和拉力，这种型式的接头，在构造上又有端头板和无端头板之分。当接头要求传递平面剪力或弯矩时，可采用带端板的钢筋搭接接头，将地下连续墙连成整体。

柔性接头是一种非整体式接头，它不传递内力，主要为了方便施工，所以又称施工接头，如接头管接头、V型钢板接头、预制钢筋混凝土接头等。为了适应这种接头的特点，在构造上主要处理好钢筋笼的设计，使钢筋笼在凸凹缝之间、拐角墙、折线墙、十字交叉墙、丁字墙等处的钢筋笼端部能紧贴接头缝，同时又不影响施工为宜。

接头管接头的施工程序：

开挖槽段——→吊放接头管和钢筋笼——→浇筑砼——→

拔出接头管——→形成接头

授课内容：(2课时)

（六）、钢筋笼加工与吊放

（1）一个单元槽段制作一个钢筋笼。

（2）在钢筋笼中应预先确定浇注砼的导管的位置。

（3）在钢筋笼中应增加纵向、横向加劲架。

（4）钢筋笼周边的交叉点需全部电焊，中间的交叉点可间隔电焊。

（5）钢筋笼吊放地应防止其变形。

（6）插入钢筋笼时，应对准槽段中心，徐徐下降，不可碰撞槽壁。

[小资料]：上海环球中心大厦地下连续墙中心线总延长为614.1米，厚度1.0－1.2米，共分105段，每段宽度约5.85米，入土深度达34米。钢筋笼整体制作、整体吊装，每套钢筋笼高达30米，由30余名工人历时24小时，用了40吨钢材焊接而成。对这个约10层楼高的巨大钢筋笼吊装采用一台200吨履带吊车和一台50吨的汽车吊配合起吊，把钢筋笼放进已开挖好的一个厚1.0－1.2米、深约34米的地下垂直槽中。

（七）、水下浇筑混凝土

地下连续墙的混凝土是靠导管内混凝土面与导管外泥浆面之间的压力差和混凝土本身的良好和易性与流动性，不断填满原来被泥浆占据的空间，而形成连续墙体的。

1. 材料要求

1)细骨料宜为级配良好的中砂;

2)粗骨料宜用5-25mm 河卵石或5-40mm碎石;

3)水泥为425-525#普通硅酸盐水泥，单位用量不少于370kg/m3,水灰比不大于06，

蹋落度为18-20cm。

2. 浇筑要点

1）导管距离两端小于等于1.5m,间距不应大于3m，可取8- 10 d;扦入深度不小于1.5m,不大于6m；

2）接头管与钢筋笼就位后4h内灌注砼，否则重新清底；

3）砼表面上升速度小于2m/h,且各导管处高差小于300mm；

4）浇砼时，顶面标高宜高出设计标高300-500mm,后凿出与泥浆接触层；

5）灌注至顶部时，由于导管内砼压力小，砼不易流出，则应减慢速度，减小扦入深度或抽动导管；

6）砼应连续浇筑，中断时间不超过30min；

7）混凝土应按照比结构设计规定的强度等级提高5MPa进行配合比设计。

四、质量保证措施

1.合理设计槽的形式，根据地质情况决定槽段长短，以防塌方（工字形较T形好，T 形较U形好，钝角比锐角好，槽段长易塌方）；

2.槽段开挖结束至砼浇筑的时间越短越好,不超过8h；

3.采用“两钻一抓”成槽工艺；

4.减少槽边荷载，以减少对槽壁侧压力；

5.控制泥浆的物理力学指标；

6.控制地下水位，保持槽壁稳定；

7.选择接头连接形式，防渗效果好；

8.确保钢筋笼垂直吊入槽内。

9.确保连续施工

第三节逆作法

引言:

随着城市的建设发展，建筑密度日益增加，开发利用地下空间越来越被人们重视，多层地下室建筑、地铁站、污水处理池等多为多层地下室结构，在经济发达国家已经广泛使用。采用传统的支护结构施工方法，为了保护环境，控制变形，常需花费数千万元，且工期较长，支撑拆除麻烦。

实践证明，“逆作法”是施工高层或超高层建筑多层地下结构的有效施工方法，地

下层数越多，效果越好，尤其在软土地区、建筑物密集的闹市中心采用逆作法效果更为明显。它能够提高地下工程的安全性，可以大大节约工程造价，缩短施工工期，防止周围地基出现下沉，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。

一、逆作法的工艺发展

1935年日本首次提出逆作法的概念，随后试用于地下工程，日本、美国、英国虽然历经60多年的研究与发展，目前仍未普及，我国80年代开始运用，仅用于一些特殊情况下。

逆作法典型工程：

1.日本读者新闻社大楼-------地上9层，地下6层，总工期22个月，与传统方法施工相比缩短6个月。

2.美国芝加哥水塔广场大厦--------高203m，75层，地下室4层，该地下室结构完成时，主体已经施工至32层。

3.法国巴黎百货大楼--------6层地下室结构，采用逆作法施工，工期缩短1/3

4.上海基础科研楼---------我国第一栋“封闭式逆作法”施工工程，地下2层，墙厚600mm。

二、逆作法工艺原理(见动画)

以基坑围护墙和工程桩及受力柱作为垂直承重构件，将主体结构的顶板、楼板作为支撑系统（必要时加临时支撑），采取地上与地下结构同时施工，或地下结构由上而下的施工方法称为逆作法施工。

三、逆作法分类

1.封闭式逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼盖混凝土整体浇筑，然后在其下掏土，地下工程与上部结构同时施工,适用于工期较紧时。

2.敞开式逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后（可选用大型机械）再自下而上浇

筑底板与各层楼板，地下结构与地上结构不能同时施工，适用于工期不紧，地下纵横墙较多时。

3.半逆作法：先开挖基坑中间部分的土体和顺作施工中间部分的地下结构，待顶板完成形成水平支撑后再逆作施工周边部分的地下结构。适用于基坑土质好，面积大，深度不大的工程。

四、逆作法特点

1．能缩短施工的总工期；

2．能减少基坑变形和临近地面的沉降；

3．使结构设计更为合理,可减少基础底板配筋;

4．可节省支护结构的支撑费用,较为经济;

5．最大限度利用地下空间,扩大地下建筑面积。

五、逆作法施工工艺

一). 地下连续墙施工

二). 中间支承柱施工

作为施工期间在基础底板未做之前承受上部自重和施工荷载的支撑中间支承柱通常上部为钢柱（钢管砼柱或H型钢柱），下部为砼柱。

1. 用泥浆护壁灌注桩成孔施工方法

2. 用套管灌注桩成孔施工方法

3.用挖孔桩施工方法。

三). 地下室结构浇筑

1.利用土模浇筑梁板

2.利用支模方法浇筑梁板。

四). 垂直运输孔洞的留设

五). 节点处理

课堂练习与思考:

1.填空: 地下连续墙的厚度常为;一般具有以下三重功

能: 、、。

2.判断: 当周围建筑物,地下管线布置较密集时,不宜选用地下连续墙施工方法。

3.选择: 以下哪个不属于泥浆配比的测定指标（）

A 相对密度；

B 粘度；

C PH值；

D 稠度

4.判断: CMC 是一种增粘剂,溶于水中能增加泥浆粘度。

5.判断: 沉淀法是在土渣沉淀到槽底后再进行清底的方法。

6.判断: 接头箱连接是属于一种刚性连接。

7.判断: 对于槽段的形式,工字形比U形要好。

8.判断: 半逆作法主要适用于基坑面积大,但深度不大时。

9.判断: 逆作法与顺作法相比,能减少基坑变形和临近地面的沉降,但基础底板配筋量却

变大了。

10.选择: 以下关于逆作法说法错误的是( )

A 机械化程度不高;

B 适用于地下室多于四层时;

C 对周围环境影响大;

D 节点连接较传统方法可靠。

11.判断: 因敞开式逆作法施工时, 地下结构与地上结构能同时施工，故适用于工期要求

很紧时。

课后复习思考题

1. 地下连续墙的适用范围如何?

2. 试述地下连续墙的优点?

3. 简述地下连续墙的施工工艺?

4. 导墙有哪些作用?

5. 单元槽段划分应考虑哪些因素?

6. 试述清底的重要性?

7. 水下浇筑混凝土应注意哪些问题?

8. 工程泥浆由哪些成分组成?

9. 试述逆作法的分类与特点？

10. 逆作法的原理是怎么样的？