寧文祥

（上海遠方基礎工程有限公司，上海市 200436）

0 引言

城市建設地下空間設計開發(fā)和施工的技術不斷發(fā)展，深基坑施工技術已經(jīng)成為特殊地形下施工不可或缺的重要手段。地連墻等地下結構更是得以廣泛地推廣和應用，水下大體積混凝土澆筑的要求也逐步增加。對于大體積混凝土澆筑的研究仍然不足。鄭思明[1]針對建筑施工中大體積混凝土澆筑施工技術進行分析，介紹了大體積混凝土澆筑施工的概念，探討了該項技術的應用，并提出裂縫問題具體的防治策略；在高層建筑領域內，田鑫柳與蔡傳遠[2]對大體積混凝土澆筑技術應用過程中產生混凝土裂縫的原因進行分析，提出大體積混凝土澆筑技術應用的優(yōu)化措施；黃澤勇[3]針對大體積混凝土澆筑的幾點不足以及相應解決措施進行闡述，強調了大體積混凝土澆筑的全過程管理；趙波[4]、劉方啟等[5]依托實際工程項目對橋梁高墩大體積混凝土澆筑中的施工工藝控制進行了研究。然而，鮮有對于超深地下連續(xù)墻大體積水下混凝土澆筑方法的研究。本文依托昆明某超深基坑圍護結構工程，對超過96 m 深的地下連續(xù)墻水下混凝土澆筑技術進行研究，填補國內在該方向上的遺漏。

1 項目概況

該項目建基高程為1 886.700 m，地面高程為1 964.000 m，地連墻頂高程為1 961.400 m，基坑開挖深度77 m?；訃o結構為R=10 m 圓形結構，是國內最深小半徑圓井，尚無相關施工經(jīng)驗借鑒，不可控因素多。

圍護結構采用1.5 m 厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻墻深94 m，分Ⅰ期槽和Ⅱ期槽施工，一期槽、二期槽寬度皆為2.8 m，搭接0.51 m，且Ⅰ、Ⅱ期槽段各7個，共計14 幅。接頭型式為銑接頭，連續(xù)墻嵌入基巖。Ⅰ期槽澆筑方量超1 000 m3，大方量水下混凝土澆筑質量控制要求高，屬于工程重點、難點。

1.1 地質條件

根據(jù)勘測結果，擬建場地地層主要為<1>素填土、<2>粉質黏土、<2-1>黏土、<2-2>粉土、<3>粉質黏土、<3-1>黏土、<3-2>粉土、<3-3>泥炭質土、<4>強風化白云質灰?guī)r，基坑開挖范圍內分布有軟土，軟土天然含水量較大，滲透性弱，抗剪強度很低，屬于靈敏度較高土層，受擾動后強度將大幅降低，應對基底軟土、軟弱土層進行處理。<2-2>粉土及<3-2>粉土在擾動及基坑水力梯度作用下易產生流土、流砂現(xiàn)象，因此土層開挖后穩(wěn)定性差，基坑必須采取支護措施。具體土層信息見表1。

表1 土層信息表

1.2 水文條件

擬建場地地勢較高，屬地表水的徑流補給區(qū)，地形地貌較單一。場地及周邊無地表水分布，本區(qū)地下水主要為上層滯水及巖溶裂隙水類型，地下水埋藏深淺不一，其動態(tài)特征主要接受 大氣降水、地表水下滲補給。

2 澆筑前準備工作

2.1 混凝土性能指標相關

（1）根據(jù)每方混凝土配合比設計參數(shù)，試拌80 L混凝土拌和物，進行棍度、含砂、析水性、和易性、坍落度、容重、擴散度、含氣量、壓力泌水率等性能指標的試驗檢測。根據(jù)試拌檢測結果，對混凝土配合比參數(shù)進行調整，以滿足設計和施工要求。混凝土拌和物性能試驗成果見表2。

表2 設計參數(shù)表

（2）外加劑的使用：根據(jù)配合比設計進行混凝土試拌的初凝時間為3 h，終凝時間為6 h，不滿足超深地連墻澆筑要求，增加緩凝劑后的初凝時間不小于12 h，終凝時間不小于20 h，滿足超深地連墻澆筑要求。

（3）攪拌站試拌：發(fā)料前，在攪拌站進行試拌，確保外加劑攪拌均勻，檢查混凝土的和易性、坍落度及擴散度。

2.2 交通準備

I 期槽澆筑方量達1 000 m3，澆筑時間長達20 h，為保證澆筑的連續(xù)性，需提前規(guī)劃多條混凝土交通運輸線路，并辦理高峰期通行手續(xù)，攪拌站實時監(jiān)控路上車輛行蹤。

根據(jù)不同的道路通行狀況，選擇不同的運輸線路。路況按夜間運輸路線、高峰期運輸路線劃分。具體路線見圖1、圖2。

圖1 夜間運輸路線圖

圖2 高峰期運輸路線圖

2.3 現(xiàn)場準備

施工單位需確保槽段滿足澆筑混凝土的條件，澆筑混凝土的配套設施需要檢測質量問題。具體措施如下：

（1）混凝土澆筑前應進行二次清孔，II 期槽還需要進行刷壁，確保沉渣厚度、泥漿指標等滿足規(guī)范要求。圖3 為實際施工中刷壁施工圖。

圖3 刷壁器刷壁圖

（2）導管配節(jié)：導管內徑30 cm，壁厚5 mm，采用38 節(jié)2.5 m 長導管，最上端配1 節(jié)1.5 m 長導管，澆筑前導管總長96.5 m。在澆筑之前進行泌水性試驗，確保導管沒有裂縫，防止在澆筑過程中漏水，見圖4。

圖4 導管泌水性試驗圖

（3）防堵管措施：為防止大塊凝固的混凝土進入導管造成堵管，在儲料斗底裝上鋼筋網(wǎng)片，見圖5。

圖5 防堵管鋼筋網(wǎng)片圖

3 澆筑過程控制

3.1 混凝土進場前檢驗

罐車進場前依次進行檢驗，到場混凝土坍落度、擴散度必須滿足設計要求，且和易性好，不滿足要求的混凝土嚴禁進場。本工程連續(xù)墻墻身混凝土的設計標號為水下C35，P10，混凝土坍落度為180～220 mm。

3.2 澆筑方法選擇

施工過程中，使用兩種澆筑方法配合施工，分別是翻滾法和頂升法：

（1）翻滾法：埋管較淺，開始澆筑時導管埋深在2～3 m 之間，澆筑時混凝土往外翻滾，把表面的沉渣往槽壁擠壓，有利于澆筑的順利進行，適用于I 期槽大方量水下混凝土澆筑。

（2）頂升法：埋管較深，開始澆筑時導管埋深在4～6 m 之間，澆筑時混凝土整體往上頂升，把槽壁連接處的浮渣進行頂升清理，適用于接縫要求高的水下混凝土澆筑。

表3 給出了本工程具體混凝土澆筑方法的選擇，可以看出，Ⅰ期槽10～96 m 選擇的是翻滾法，0～10 m 選擇的是頂升法。槽內10 m 以下時選擇翻滾法有利于其快速澆筑，上部10 m 選擇頂升法可以將底部淤積的沉渣頂出槽段；Ⅱ期槽底部6 m 選擇的是翻滾法，上部90 m 選擇的是頂升法，Ⅱ期槽澆筑方量相對較小，尤其是澆筑表面積小，Ⅱ期槽需要考慮到接縫質量，因此選擇埋管較深的頂升法更加合適。

表3 混凝土澆筑方法選擇

3.3 Ⅰ期槽首方混凝土的確定

一期槽混凝土方量根據(jù)式（1）確定：

式中：V 為導管澆筑首方混凝土所需的用量，m3；D為導管直徑，取0.3 m；HC為首方混凝土設計要求澆灌深度，m，考慮澆注管底部距槽底30～50 cm，因此，HC取值為3 m；A 為槽內澆筑段的橫截面面積，m2，Ⅰ期槽段A=9.84 m2；h1為槽內混凝土高度達到時，導管內混凝土柱與導管外水壓平衡所需高度，m；HW為預計澆筑混凝土頂面至槽內泥漿面的高差，m，取94.9m；γW為槽內地下水的容重，考慮水中所含砂土率，取12 kN/m；γC為混凝土拌合物容重，取25 kN/m；

則h1=HW·γW/γC，=45.6 m；

則可得：Ⅰ期槽段V=34.24 m3。

為提高澆筑效率，實際澆筑過程中同時采用4輛灌車進行混凝土澆筑。

3.4 封底混凝土澆筑

I 期槽封底澆筑時采用四輛罐車站在兩側同時澆筑，之后的澆筑采用兩輛車同時澆筑，II 期槽采用單根導管一輛車連續(xù)澆筑。

I 期槽槽段寬，封底需要的混凝土量大，且封底澆筑時不能中斷，期間中斷，易導致中斷部位形成“斷墻”，采用2 車同時澆筑時，混凝土不夠封底的量，后續(xù)車輛在就位澆筑的過程中耽誤的時間將會導致“斷墻”質量事故的發(fā)生，采用4 車同時澆筑可以滿足封底需要，后續(xù)澆筑再采用常規(guī)的兩車澆筑即可滿足澆筑要求。

Ⅱ期槽槽段寬度較窄，因此首灌量小，1 車即可滿足首灌要求，且槽段工作面也僅能滿足1 輛混凝土車澆筑的需求，因此采用單根導管一輛車連續(xù)澆筑。

3.5 導管埋深控制

I 期槽由于混凝土澆筑時向兩側上翻，導管埋入混凝土不宜過深，每次拔管后埋深控制在2～3 m。

II 期槽混凝土澆筑時是整體頂升，導管埋深不宜過淺，每次拔管后埋深控制在4～6 m。

四車封底澆筑之后，再澆筑兩車，混凝土面從92.5 m 深度處上升到89 m 深度處，上升高度為3.5 m。同時在澆筑前抽取6 車混凝土取樣進行混凝土初凝試驗，試驗得出初凝時間大于12 h，滿足澆筑要求。

澆筑速度：混凝土連續(xù)澆筑，沒有中斷，從澆筑記錄點線（見圖6）可以看出，前12 車澆筑速度為5 m/h，13～16 車的澆筑速度有明顯提高，為8.6 m/h，在最后20 m 的時候速度又明顯降低，為4.4 m/h。澆筑方量預測見圖7。

圖6 澆筑記錄圖

圖7 澆筑方量預測圖

4 澆筑異常情況分析與處理

4.1 澆筑過程

首次澆筑I-1 幅混凝土時，在完成四車封底混凝土澆筑后，測繩測槽深度93 m，混凝土上升高度4.2 m，導管埋深3.9 m，無拔管。在大斗換小斗過程中發(fā)現(xiàn)卷揚機拔管困難，換斗共耗時26 min。

5、6 車開始澆筑后發(fā)現(xiàn)導管內混凝土無法順利下落，疑似出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，吊車配合數(shù)次拔管后堵管未消除，澆筑終止。此時拆管后發(fā)現(xiàn)管內混凝土均已初凝無流動性，堵管現(xiàn)狀見圖8。

圖8 拔管后底部混凝土凝結圖

4.2 原因分析

根據(jù)實際施工經(jīng)驗以及詳細分析，得出以下造成堵管的主要原因：

（1）由于混凝土配合比設計未考慮地下連續(xù)墻超深因素的影響，混凝土初凝時間較短是造成堵管的主要原因。

（2）混凝土運輸線路長，且未選擇繞城高速通行，混凝土到場后押車等待時間長，第6 車到達后才開始澆筑，第1 車從攪拌站出場到開始澆筑間隔時間約90 min。

（3）對澆筑過程中所遇到的問題處理不及時，在封底混凝土澆筑后出現(xiàn)的混凝土下落不順暢后，未能有效處置。

4.3 采取措施

在發(fā)現(xiàn)堵管問題后，采取如下有效措施解決堵管問題：

（1）在攪拌站進行配合比增加緩凝劑試驗，試驗合格方可再次開盤澆筑I-1 幅地連墻；

（2）優(yōu)化混凝土運輸線路，縮短運輸時間；

（3）優(yōu)化導管拆管方案，縮短導管拆管時間；

（4）每澆筑完2 車算好混凝土面的高度，嚴格控制拔管時間，禁止把導管拔出混凝土面；

（5）優(yōu)化混凝土罐車發(fā)車間隔，盡量減少混凝土罐車從出廠后直至灌注開始的等待時間。

5 結語

依托昆明某超深基坑項目地下連續(xù)墻工程，對大體積水下混凝土澆筑進行了分析研究，得出以下結論：

（1）嚴格控制混凝土配合比，以滿足設計和施工要求；

（2）澆筑前，協(xié)調好各方單位的職責以及明確注意事項，并提前規(guī)劃好交通路線，保障澆筑過程中混凝土澆筑不中斷；

（3）澆筑混凝土的各種設備設施需要提前檢查，確保澆筑時不發(fā)生設備故障；

（4）選擇合適的澆筑方法，控制好導管埋深；

（5）計算好首灌量，確保封底成功。