超深地下连续墙H型钢接头变形控制措施

1　工程概况

上海龙水南路越江隧道新建工程浦东1号工作井为盾构始发井，位于浦东前滩滨江休闲公园内，距黄浦江江边约42.7m。始发井为异形井，基坑平面内净尺寸约（17.8～43.1）m×115m，基坑面积约2883m ² 。

始发井基坑围护结构采用地下连续墙，厚1.2m，深76.4m，共61幅，其中标准幅48幅，异形幅13幅（其中Z形幅4幅）。

基坑分为4个节段：西工作井（PD1）、2段车架段（PD2、PD3）、东工作井（PD4），如图1所示。基坑最大开挖深度约38.8m（从地面标高6.40算起），坑底位于⑤ _3-1 灰色粉质黏土夹砂质粉土层。

图1 龙水南路浦东1号工作井平面图

两端工作井支护结构采用厚 1.2m 地下连续墙+8 道钢筋混凝土支撑，中间车架段支护结构采用厚 1.2m 地下连续墙 +7 道钢筋混凝土支撑，地下连续墙采用 H 型钢接头，接头长度为 76.4m，是目前国内最深的地下连续墙 H 型钢接头之一。

本工程场地在 90m 深度范围内，主要由饱和的黏性土、粉性土、砂性土组成，属第四纪松散沉积物，按其土性不同和物理力学性质上的差异可分 7 个主要层次及分属不同层次的亚层。其中①、②、③、④、⑤层土为 Q 4 沉积物，⑦、⑨层土为 Q 3 沉积物。

根据勘察资料，拟建工程场地均位于古河道沉积区，第⑥层暗绿色粉质黏土缺失，沉积有厚度较大的⑤ ₃ 层。

本基坑范围内地基土自上而下分布有：① ₁填土、① ₃ 黏质粉土夹淤泥质粉质黏土、③灰色淤泥质粉质黏土、③ _t 灰色黏质粉土、④灰色淤泥质黏土、⑤ ₁ 灰色黏土、⑤ ₂ 灰色砂质粉土夹粉质黏土、⑤ _3-1 灰色粉质黏土夹粉土、⑤ _3-2 灰色砂质粉土夹粉质黏土、⑤ _3-2t 灰色粉质黏土夹粉土、⑦ ₂ 灰色粉砂、⑦ _2t 灰色黏质粉土夹粉质黏土、⑨ ₁ 灰色粉砂，其中④、⑤ ₁ 、⑤ ₂ 、⑦ ₂ 、⑨ ₁ 层土相对较均匀，其余土层不均匀。

根据地质情况，本工程所处地层含有承压水层，且该处⑦ ₂ 层和⑨ ₁ 层含水层相连通，因基坑开挖深度较深，一旦地下连续墙接缝或墙体有即使很小的空洞或夹泥，都很难及时堵漏，都会因流沙造成水土流失，造成周围地表沉陷，并给周围环境带来非常严重的影响。因此，H 型钢接头的变形控制则尤为重要。

2 超深H型钢接头变形控制措施

2.1 加强H型钢接头强度

本工程地下连续墙 H 型钢接头断面尺寸为1074mm×400mm×16mm×16mm，长 76.4m。型钢接头整体长度过长，腹板长度也达 1042mm，下放到位后 76.4m 的水压以及混凝土浇筑时，对型钢腹板的冲击力，均易使型钢腹板产生变形，H 型钢接头断面如图 2 所示。

图2 H型钢接头断面图

另外，长度 76.4m 的超深 H 型钢，是由 12m+12m+12m+12m+12m+4.4m 等 6 段拼接而成。相邻 2段 H 型钢通过焊接进行连接，故这些连接处成为整根 H 型钢最为薄弱之处，需对其进行处理。

适当调整 H 型钢接头结构，可在型钢内侧设置纵向加强钢筋，增加 H 型钢接头刚度，同时需保证钢筋笼水平筋与 H 型钢的搭接长度控制在100mm 以上。

现场实际施工时，在 2 段 H 型钢焊接处，利用现场直径 40mm 的钢筋焊接于腹板内侧，每个焊缝处加设 4 根长 500mm 的钢筋，以减小接头在施工过程中的变形，H 型钢接头处加强钢筋的布置如图 3 所示。

图3 H型钢接头处加强钢筋布置图

2.2 控制型钢在钢筋笼平台上拼装的平直度

本工程 H 型钢分段进行拼接，拼接的平直度对于 H 型钢的变形有重大影响。每段 H 型钢拼接如果产生错位现象，均会导致 H 型钢拼接处成为最薄弱的位置。

H型钢是在现场的钢筋笼平台上拼接而成的，要控制 H 型钢在钢筋笼平台上拼装的平直度，需对钢筋笼平台的标高进行复核。整个钢筋笼平台长 80m、宽约 7m，底部垫块由小型 H 型钢组成。

为保证型钢高差及横向偏差不大于 1cm，采取了以下措施：

1）每次 H 型钢拼接前，需对平台底部垫块H 型钢顶标高进行复核，保证平台的高差控制在5mm 以内。

2）在型钢拼接及钢筋笼桁架筋布置完成后，再对每处桁架筋的高度进行 1 次测量，将测量出的桁架筋高度相减，得出最大高度差，在保证最大高度差不大于1cm后，方可进行后续钢筋焊接。

2.3 控制地下连续墙端头的成槽精度

地下连续墙端头的成槽精度直接影响接头背侧的回填质量，而回填质量影响钢筋笼下放及地下连续墙浇筑过程中的 H 型钢变形，需采取以下3 个措施进行控制。

2.3.1 选取合适的成槽设备

为控制地下连续墙端头的成槽精度，配合采用铣槽机将端头精度控制在 1/1000 以内，以便于接头背侧回填密实，避免在回填过程中发生土袋堵塞型钢背侧回填通道，导致回填不密实。

根据以往的施工经验以及本工程的地质条件，本工程采用成槽机与铣槽机相结合的方式进行地下连续墙成槽作业，为保证精度控制在 1/1000 以内，通过地下连续墙的首件制施工以及后续地下连续墙的成槽精度控制，确定抓铣结合界面为：

地面以下 50m 采用成槽机进行施工，50m 至槽底采用铣槽机进行施工。

2.3.2 及时对回填土带进行压实处理

地下连续墙成槽完成后，对槽段进行超声波检测，根据端头超声波检测结果，计算型钢接头背侧回填土袋数量，计算每 5m 回填土袋数量并制成相应表格，施工人员在回填过程中记录每 5m 的回填量，并与理论回填量进行对比，若偏差较大，及时采用冲刀对土袋进行压实处理。

采用冲刀对土袋进行压实处理时，一定需要控制好冲刀下放的速度，一般控制冲刀在土袋上方 5m 高位置自由下落，避免过度压实导致土袋挤压 H 型钢，产生 H 型钢向钢筋笼内侧的变形。

2.3.3 Z形幅的处置

施工 Z 形幅时，现场钢筋笼制作及吊装采用1 槽 2 笼的形式。由于 Z 形幅施工时，采取了扩大地下连续墙槽段的施工措施（即设置蝴蝶结），导致一侧钢筋笼在型钢背侧土袋回填、压实及混凝土浇筑过程中均无有效后靠，极易产生钢筋笼扭转倾斜的情况，从而导致该处型钢接头变形过大。

考虑到存在此风险，本工程4幅Z形幅施工前，先对 Z 形幅地下连续墙采取相应措施：

1）在钢筋笼外侧设置定位钢筋，限制钢筋笼H 型钢在回填及混凝土浇筑过程中的变形倾斜程度；

2）在土袋回填时，采取先填充底部 15m，然后开始浇筑混凝土，一边浇筑混凝土，一边往上继续填土袋，严格控制混凝土浇筑速度。同时土袋回填压实采用冲刀进行压实，严禁过度压实。

2.4 控制钢筋笼下放垂直度

地下连续墙端头的成槽精度控制好后，钢筋笼下放的垂直度同样影响接头背侧的回填质量，进而影响钢筋笼下放及地下连续墙浇筑过程中的H 型钢变形。

为控制钢筋笼下放垂直度，在钢筋笼上设置定位钢筋（不影响回填），钢筋笼下放到位时确保两侧标高相差不大于 1cm，避免钢筋笼下放发生倾斜情况。

钢筋笼下放到位后，采用水准仪对笼顶标高进行复核，若高度差大于 1cm，则采用垫块，在标高低的一侧进行垫高调整，直至调整到控制范围内。

2.5 合理控制回填速率及回填高度

H 型钢背侧的回填质量直接影响 H 型钢的变形，需对回填质量进行严格控制。

目前，H 型钢背侧的回填主要有碎石回填、土包回填以及填充囊回填等方式。由于本工程地下连续墙深度深，回填工作量较大，人工回填时间较长，工期较紧。为保证施工效率，在首件制施工期间，现场采用多舱室填充囊替代土袋进行接头回填，为确保施工质量及施工安全，采用上部 50m 使用填充囊回填，下部 26.4m 仍采用土袋回填。

填充囊是由工作囊和备用囊、缓冲层、骨架层、耐磨层等组成的多层结构，填充囊顶安装有压力采集传输器。

在首件制施工过程中，发现以下问题：

1）填充囊工艺在混凝土浇筑前，需将填充囊内充满水，达到其额定压力，本工程下部 26.4m仍采用土袋回填，为减小型钢变形，现场在浇筑混凝土时，混凝土液面距离填充囊底部 10m 左右再加压至额定压力。但仍然出现上部 50m 型钢被填充囊向钢筋笼内侧挤压变形，且由于该填充囊只能够注水增加水压，而且一旦注满水后，不能泄水，故在浇筑过程中，无法对填充囊内部压力进行控制，H 型钢向内侧变形难以解决。

2）填充囊充满水后接近为圆柱体，而 H 型钢背侧为立方体，填充囊无法充满整个H型钢背侧，导致混凝土绕流较为严重，且由于混凝土绕流问题，填充囊起拔较为困难，出现无法拔出的情况。

地下连续墙首件制施工后，由于填充囊的缺陷难以及时解决，故舍弃了填充囊的施工方法。后期采用反力箱 + 土袋的方式进行回填。上部25m 采用反力箱回填，下部 51.4m 采用土袋回填，如图 4 所示。土袋回填与混凝土浇筑同步进行，始终控制土袋回填高度控制在高于混凝土液面 5m左右，避免H型钢内外压力差较大导致型钢变形。

图4 地下连续墙H型钢背侧回填示意图

3 结语

目前，上海龙水南路越江隧道浦东 1 号工作井 61 幅地下连续墙已全部施工完成，均采用 H 型钢接头，按质监站要求，将前 10 幅地下连续墙作为本工程地下连续墙施工首件制，并进行验收。其余 51 幅地下连续墙均按照以上方式进行回填，并进行了 H 型钢接头的处理。采用抓铣结合的成槽方式，既满足了设计要求的成槽精度，同时也能满足施工效率的要求。

从后续施工的地下连续墙超声波检测图能够明显看出，H 型钢接头变形量得到了有效的控制，均控制在 20mm 左右，效果比一般 H 型钢接头变形量更小。目前工作井基坑暂未开挖，H 型钢接头变形控制良好，把后续开挖过程中接缝的渗漏水的风险降低到最小，将会更好地保证基坑开挖的施工安全。