第四章地下连续墙.ppt

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1、第四章地下连续墙 知识目标了解地下连续墙的分类 功能及特点熟悉施工方案的制定 机械设备的选配了解导墙的形式及作用了解各种挖槽方法及各种挖槽机械的特点熟悉清槽工作的目的及清槽方法熟悉混凝土灌注的质量要求掌握地下连续墙接缝技术 能力目标能完成地下连续墙施工能完成单元槽段的划分等 本章内容第一节概述第二节地下连续墙施工设计第三节地下连续墙施工工艺第四节地下连续墙接缝技术 第一节概述一 什么是地下连续墙 用挖槽机械开挖一定长度的沟槽 待开挖至设计深度并清除泥渣后 把钢筋骨架吊放入沟槽内 然后浇筑混凝土 待混凝土浇至设计标高后 一个单元槽段即施工完毕 将各个单元槽段之间用接头连接 便形成地下连续墙 起源

2、于欧洲 是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法发展而来1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆施工地下连续墙1958年我国应用于水利工程大坝防渗墙中 70年代起用于建筑工程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 二 地下连续墙的发展 单纯用作支护结构 如基坑开挖时地下连续墙可起到防渗 挡土的作用 为基坑内施工创造条件 既作支护结构又作墙体使用 如上海88层的金茂大厦 其地下连续墙厚一米 既作支护结构又作为地下室结构外墙 五 地下连续墙特点1 墙体刚度大 可承受很大的土压力 2 防渗性能好 能抵挡较高的水头压力 3 可以贴近原有建筑物施工 4 可用于逆

3、筑法施工 将地下连续墙与逆筑法结合 形成一种深基础和多层地下室施工的有效方法 5 可用作刚性基础 取代桩受力 6 在一些特殊的地质条件下 如很软的淤泥质土 漂石层和超硬岩石等 施工难度大 7 如果仅作为临时的挡土结构 比其它方法所用的费用要高些 8 在城市施工时 废泥浆的处理比较麻烦 逆筑法 简介 传统施工法高层建筑多层地下室传统的施工方法 是放坡开挖或支护后垂直开挖 挖至设计标高后浇筑砼底板 再由下而上逐层施工各层地下室结构 待地下结构完成后再进行地上结构施工 逆筑法施工先沿建筑物周围施工地下连续墙 在建筑物内部施工少量中间支柱 然后进行地下首层楼面结构施工 完成后同时施工地下 地上结构 1

4、 地下连续墙 2 中间支撑柱 3 地面层 4 底板 逆筑法施工的地铁车站 第二节地下连续墙施工设计 1 施工现场情况调查有关机械进场条件调查 调查所要经过的道路情况 尤其是道路宽度 坡度 弯道半径 路面状况和桥梁承载能力等 以便解决挖槽机械 重型机械等进场的可能性 有关给排水 供电条件的调查 地下连续墙施工需要用大量的水 挖槽机械等需耗用一定的电力 因而需要调查现有的供水和供电条件 电压 容量 引入现场的难易程度 如现场暂时不具备 则要设法创造条件 有关现有建 构 筑物的调查 当地下连续墙的位置靠近现有建 构 筑物时 要调查其结构及基础情况 还要了解其基础埋置深度及其以下的土质情况 以便确定地

5、下连续墙的位置 槽段长度 挖槽方法等 什么是建筑物 建筑物一般指供人们进行生产 生活或其他活动的房屋或场所 例如 工业建筑 民用建筑 农业建筑和园林建筑等 什么是构筑物 构筑物一般指人们不直接在内进行生产和生活活动的场所 如水塔 烟囱 栈桥 堤坝 蓄水池等 地下障碍物的调查 埋在地下的桩 废弃的钢筋混凝土结构物和各种管道等是地下连续墙施工时的主要障碍物 应在开工前进行详细的勘查 并尽可能在地下连续墙施工之前加以排除 否则会给施工带来很大的困难 2 水文 地质情况调查 确定钻孔位置 钻孔深度 深槽的开挖方法 决定单元槽段长度 考虑护壁泥浆的配合比和循环工艺等 都与地质情况密切有关 全面而正确地掌

6、握施工地区的水文 地质情况 对地下连续墙施工是十分重要的 二 编制施工组织设计在详细研究了工程规模 质量要求 水文地质资料 现场周围环境是否存在施工障碍和施工作业条件等之后 应编制工程施工组织设计 地下连续墙的施工组织设计 一般应包括下述内容 1 工程规模和特点 水文 地质和周围情况以及其他与施工有关条件的说明 2 挖掘机械等施工设备的选择 3 导墙设计 4 单元槽段划分及其施工顺序 5 护壁泥浆的配合比 泥浆循环管路布置 泥浆处理和管理 废泥浆和土碴的处理 6 钢筋笼加工 运输和吊放的设备和方法 7 混凝土配合比设计 供应和浇筑方法 8 动力供应和供水 排水设施 9 施工平面图布置 包括挖掘

7、机械运行路线 挖掘机械和混凝土浇灌机架布置等 10 工程施工进度计划 材料及劳动力等的供应计划 11 安全措施 质量管理措施和技术措施等 三 单元槽段划分1 什么是单元槽段 施工前 预先沿墙体长度方向把地下连续墙划分为许多某种长度的施工单元 这种施工单元称为单元槽段 地下连续墙的挖槽是一个个单元槽段进行挖掘的 2 如何划分单元槽段 划分单元槽段就是将单元槽段的形状和长度表明在场地平面图上 它是地下连续墙施工组织设计中的一个重要内容 3 划分单元槽段应考虑的因素 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 但是单元槽段长度受许

8、多因素限制 在确定其长度时应考虑下述各因素 地质条件 当土层不稳定时 为防止槽壁坍塌 应减少单元槽段的长度 以缩短挖槽时间 消除或减少了槽段坍塌的可能性 地面荷载 如附近有高大建筑物或较大的地面荷载 在挖槽期间会增大侧向压力 影响槽壁的稳定性 为了保证槽壁的稳定 亦应缩短单元槽段的长度 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 混凝土的供应能力 一般情况下一个单元槽段长度内的全部混凝土 宜在4小时内浇筑完毕 泥浆池的容量 工地上具备的泥浆池的容量 应不小于每一单元槽段挖土量的两倍 所以泥浆池的

9、容积亦影响单元槽段的长度 接头位置 一般情况下接头避免设在转角处 以保证地下连续墙有较好的整体性 第三节地下连续墙施工工艺 L B 1 2 3 4 5 6 b c d a e f 地下连续墙施工工艺1 导墙 2 泥浆液面 3 挖槽机具 4 接头管 5 钢筋笼 6 导管 一 修筑导墙 挡土墙 在挖槽时 接近地表的土极不稳定 容易坍塌 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 作为测量的基准 作为测量挖槽标高 垂直度和精度的基准 作为重物的支承 导墙既是挖槽机械轨道的支承 又是吊放钢筋笼 接头管时搁置的支点 存储泥浆 导墙可存蓄泥浆 稳定槽内泥浆液面 防止雨水等地面水

10、流入槽内 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 4 导墙施工工艺 平整场地放线 开挖导槽 绑扎导墙钢筋 导墙模板安装 导墙混凝土浇筑 横撑 导墙回填土 导墙的尺寸 导墙顶面应高于地面约10cm 可防止地面水流入槽内污染泥浆 5 导墙施工要点 导墙的支撑 现浇钢筋混凝土导墙拆模以后 应沿其纵向每隔一米左右加设上 下两道木支撑 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 导墙的混凝土强度等级 一般为C20 浇筑时要将混凝土捣实 二 护壁泥浆配制 护壁作用 泥浆具有一定的相对密度 如槽内泥浆液面高出

11、地下水位一定高度 泥浆在槽内就对槽壁产生一定的静水压力 可抵抗作用在槽壁上的侧向土压力和水压力 可以防止槽壁倒坍和剥落 并防止地下水渗入 携碴作用 泥浆具有一定的粘度 它能将钻头式挖槽机挖下来的土碴悬浮起来 既便于土碴随同泥浆一同排出槽外 又可避免土碴沉积在工作面上影响挖槽机的挖槽效率 冷却和滑润作用 冲击式或钻头式挖槽机在泥浆中挖槽 以泥浆作冲洗液 钻具在连续冲击或回转中温度剧烈升高 泥浆既可降低钻具的温度 又可起滑润作用而减轻钻具的磨损 有利于延长钻具的使用寿命和提高深槽挖掘的效率 制备泥浆 利用专用设备事先制备好泥浆 挖槽时输入沟槽 注 纯碱的作用是与膨润土发生水化作用 增加粘性 CMC

12、的作用是能使井壁形成薄而坚 渗透性低的泥饼 使失水量降低 自成泥浆 用钻头式挖槽机挖槽时 向沟槽内输入清水 清水与钻削下来的泥土拌合 边挖槽边形成泥浆 半自成泥浆 当自成泥浆的某些性能指标不符合规定的要求时 在自成泥浆中 加入一些处理剂 3 泥浆质量的控制指标比重泥浆比重越大 对槽壁的压力也越大 槽壁越稳固 但使泥皮增厚而疏松 不利固壁 泥浆比重宜每两小时测定一次 膨润土泥浆相对密度宜为1 05 l 15 普通粘土泥浆相对密度宜为1 15 1 25 比重测试 粘度粘度大 悬浮土碴 钻屑的能力强 但易糊钻头 钻挖的阻力大 生成的泥皮也厚 粘度小 悬浮土碴 钻屑的能力弱 泥浆粘度的测定方法 有漏斗

13、粘度计法和粘度 比重计 V G计 法 粘度测试 含砂量含砂量大 则比重增大 粘度降低 悬浮土碴 钻屑的能力减弱 土碴等易沉落槽底 增加机械的磨损 泥浆的含砂量愈小愈好 一般不宜超过5 含砂量一般用ZNH型泥浆含砂量测定仪测定 含砂量测试 pH值膨润土泥浆呈弱碱性 PH值一般为8 9 泥浆的pH值可用试纸的比色法或酸度计测定 PH值测试 失水量和泥皮厚度失水量表示泥浆在地层中失去水分的性能 在泥浆渗透失水的同时 其中不能透过土层的颗粒就粘附在槽壁上形成泥皮 泥皮反过来又可阻止或减少泥浆中水分的漏失 薄而密实的泥皮 有利于槽壁稳固 厚而疏松的泥皮 对槽壁稳固不利 失水量大的泥浆 形成的泥皮厚而疏松

14、 合适的失水量为20 30mL 30min 泥皮厚度宜为l 3mm 失水量和泥皮厚度测试 胶体率泥浆静置24小时后 其呈悬浮状态的固体颗粒与水分离的程度 即泥浆部分体积与总体积之比为胶体率 胶体率高的泥浆 可使土碴 钻屑呈悬浮状态 要求泥浆的胶体率高于96 否则要掺加碱处理 胶体率测试 自然沉降法 泥浆在流经循环槽和沉淀池时 泥浆中的钻渣在自重的作用下产生沉淀 使泥浆得以净化 从提高泥浆的净化效果考虑 可在循环槽中设挡板 改变流态 破坏泥浆中的结构 以利于钻渣沉淀 机械净化法 采用专门的机械设备对泥浆中的钻渣进行分离处理 最常用的两种泥浆净化设备是高频振动筛和旋流除砂器 一般是采用高频振动筛把

15、泥浆中0 5mm以上的大颗粒钻渣筛出 0 5mm以下砂粒的泥浆可采用旋流除砂器进一步净化 高频振动筛 旋流除砂器 化学净化法 在泥浆中加入化学絮凝剂 使钻渣颗粒聚集而加速沉淀 达到净化泥浆的目的 常用的化学絮凝剂有水解聚丙烯酰胺 铁铬木质素磺酸钠盐等 化学净化法可配合机械净化法使用 三 挖槽工艺挖槽是地下连续墙施工中的关键工序 挖槽约占地下连续墙工期的一半 因此提高挖槽的效率是缩短工期的关键 同时 槽壁形状基本上决定了墙体外形 所以挖槽的精度又是保证地下连续墙质量的关键之一 液压抓斗 特点结构简单 易于操作维修 运转费用低 适用范围用于墙厚为30 150厘米较软弱的地层 对于大块石 漂石 基岩

16、等不适用 液压铣槽机 特点最先进 工效快 设备昂贵 成本高 适用范围适用不同地质条件 包括基岩 不适用漂石 大孤石地层 多头螺旋钻机 特点挖掘速度快 机械化程度高 但设备体积自重大 适用范围适用于粘土地层 不适用卵石 漂石地层 更不能用于基岩 冲击钻 特点对地层适应性强 设备低廉 效率低 适用范围适用一般软土地层 也可使用砂砾石 卵石 基岩 冲击钻施工 3 防止槽壁坍塌的措施 使挖槽机械倾覆 造成埋住挖槽机的危险 同时可能引起地面沉陷而使挖槽机械倾覆 在吊放钢筋笼之后 或在浇筑混凝土过程中产生塌方 塌方的土体会混入混凝土内 造成墙体缺陷 甚至会使墙体内外贯通 成为产生管涌的通道 造成墙体缺陷

17、地下水愈高 平衡它所需的泥浆相对密度也愈大 即槽壁失稳的可能性也愈大 所以地下水位的相对高度 对槽壁稳定的影响很大 同时它也影响着泥浆相对密度的大小 地下水位的相对高度 泥浆液面愈高所需的泥浆相对密度愈小 即槽壁失稳的可能性愈小 由此可知泥浆液面一定要高出地下水位一定高度 从目前计算结果来看 泥浆液面宜高出地下水位0 50 1 0米 泥浆质量和泥浆液面的高低 因为单元槽段的长度决定了基槽的长深比 而长深比的大小影响土拱作用的发挥 而土拱作用影响土压力的大小 一般长深比越小 土拱作用越小 槽壁趋于稳定 反之土拱作用大 槽壁越不稳定 施工单元槽段的划分 四 清槽1 什么是清槽 挖槽结束后 悬浮在泥

18、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 在挖槽结束后清除沉碴的工作称为清槽 承载力降低 墙体沉降加大 沉碴会成为地下连续墙底部与持力层地基之间的夹杂物 使地下连续墙的承载力降低 墙体沉降加大 沉碴还影响墙体底部的截水防渗能力 成为产生管涌的隐患 有时还需进行注浆以提高防渗能力 降低混凝土的强度 沉碴混进浇筑的混凝土内会降低混凝土的强度 如在混凝土浇筑过程中 由于混凝土的流动将沉碴带至单元槽段接头处 则严重影响接头部位的抗渗性 降低混凝土的流动性 沉碴会降低混凝土的流动性 降低混凝土的浇筑速度 还会造成钢筋笼上

19、浮 钢筋笼插不到设计位置 沉碴过多时 会使钢筋笼插不到设计位置 加速泥浆变质 在浇筑混凝土过程中沉碴的存在会加速泥浆变质 沉碴还会使浇筑混凝土上部的不良部分增加 4 沉渣厚度测量 重锤测量 沉淀法 即在土碴沉淀到槽底之后再进行清底 一般在插入钢筋笼之前进行 如插入钢筋笼的时间较长 亦可在浇筑混凝土之前进行清底 清除沉碴的方法有四种 置换法 挖槽结束之后 在土碴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 五 钢筋笼制作和吊放1 钢筋笼制作 根据配筋图和单元槽段的划分来制作 钢筋笼最好按单元槽段的长度做成一个整体 如果地下连续墙

20、很深或受起重设备起重能力的限制 需要分段制作 吊放时再联接时 接头宜用绑条焊接 制作要点 制作钢筋笼时要预先确定浇筑混凝土用导管的位置 由于这部分要上下贯通 因而周围需增设箍筋和连接筋进行加固 尤其在单元槽段接头附近插入导管 由于此处钢筋较密集 更需特别加以处理 钢筋笼胎膜 钢筋笼制作 成型 单机起吊 双机抬吊 六 混凝土灌注 1 灌注工艺 3 注意事项浇筑过程 用导管法进行浇筑 在浇筑过程中 应随时掌握混凝土的浇筑量 混凝土上升高度和导管埋入深度 防止导管下口暴露在泥浆内 造成泥浆涌入导管 测量混凝土面的高度 在浇筑过程中需随时测量混凝土面的高度 测量的方法可用测锤 由于混凝土面非水平 应量

21、测三个点取其平均值 导管距槽段端部的距离 单元槽段端部易渗水 导管距槽段端部的距离不得超过两米 如一个单元槽段用两根或两根以上的导管同时进行浇筑 应使各导管处的混凝土面大致处于同一标高 浇筑时间及浇筑速度 每个单元槽段的浇筑时间 一般为4小时 混凝土浇筑速度一般为30 35m3 h 超浇 混凝土面上存在一层与泥浆接触的浮浆层 需要凿去 为此混凝土高度需超浇300 500毫米 灌注混凝土 接头管 安装接头管 导管 第四节地下连续墙接缝技术一 什么是墙体接头 指在当前施工槽段浇筑墙体混凝土时设置好的 与相邻槽段浇筑的墙体混凝土相结合的纵向连接接头 施工接头 指地下连续墙单元槽段和单元槽段之间的接头

22、 施工接头连接两相邻单元槽段 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 地下连续墙与主体基础结构共同承担上部结构的垂直荷载 结构接头 在当前施工槽段开挖成槽之后 先在槽段的两端吊放锁口管 然后吊放钢筋笼 浇灌墙体混凝土 待墙体混凝土达到终凝状态后 再拔出锁口管 开挖邻接槽段 1 接头管 锁口管 接头 1 导墙 2 已完成槽段 3 开挖槽段 4 未开挖槽段 5 接头管 6 钢筋笼 7 正浇筑混凝土的单元槽段 8 接头管拔出后的孔 开挖槽段 吊放接头管和钢筋笼 浇筑混凝土 拔出接头管 形成接头 2 接头箱接头 接头箱接头可以使地下连续墙形成整体性接头 接

23、头的刚度好 其施工方法与接头管接头相似 a 插入接头箱 b 吊放钢筋笼 c 浇筑混凝土 d 吊出接头管 接头箱 1 接头箱 2 接头管 3 焊在钢筋笼上的钢板 接头箱接头施工过程 3 预制板桩接头 当槽深超过30m时 如采用锁口管接头 会因混凝土侧压力过大使锁口管顶拔困难 甚至拔断 此时 宜用预制板桩来代替接头管 预制板桩放入槽后 作为地下墙的组成部分留在槽内 无需起出 板桩接头施工过程 1 预埋连接钢筋法 在浇筑墙体混凝土前 将设计的连接钢筋预埋墙内 待内部土体开挖后露出墙体时 将钢筋弯出与后浇结构的受力钢筋连接 2 预埋连接钢板法 在浇筑地下连续墙前预埋钢板 浇筑后使钢板露出 将后浇结构的

24、受力筋与钢板焊接 二 接缝表面处理及接头管起拔 起拔设备 千斤顶 接头管顶拔 先将接头管套入顶拔装置的抱箍之中 然后利用液压夹紧接头管 再顶升液压油缸将抱箍连同被抱箍抱住的接头管一起向上顶拔 为了减小锁口管顶拔时的阻力 可在混凝土开浇以后 小时或混凝土面上升到15米左右时 启动液压顶管机顶动锁口管 但顶升高度越少越好 开始顶拔 正式顶拔 正式开始顶拔锁口管的时间 应以开始浇灌混凝土时做的混凝土试块达到终凝状态所经历的时间为依据 本章小结随着基坑工程的规模及难度加大 施工条件也受到各种因素的限制 当采用常规的开挖 支护方法难以进行施工 或者施工会给邻近建筑物及设施带来危害时 则需采用更稳妥的施工工艺来适应工程需要 地下连续墙工艺就是有效的方法之一 地下连续墙施工程序 在基坑土方开挖前 用特制的挖槽机械在泥浆护壁的情况下 在所定位置按一定长度开挖成沟槽形成一单元槽段 待该单元槽段挖至设计深度并清除槽底沉渣后 将预先加工好的钢筋笼用起重机械吊放入充满泥浆的槽段内 之后向槽内下入混凝土导管 进行水下混凝土灌注 待混凝土灌注至设计标高后即完成了该单元槽段的施工 第四章思考题1 简述地下连续墙的功能及特点 2 简述地下连续墙的施工工艺 3 地下连续墙有哪几种挖槽方法和挖槽机械