李 昊，郭 東

（天津深基工程有限公司，天津 300222）

引言

隨著地下連續(xù)墻（以下簡稱“地連墻”）越來越廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程及圍護(hù)結(jié)構(gòu)[1]，如何防止和控制地連墻接頭管底部混凝土繞流成為地連墻施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的地連墻接頭型式采用圓形或圓形帶翼接頭管，采用此類接頭管當(dāng)接頭管下放不到底時(shí)，混凝土?xí)ㄟ^接頭管底部發(fā)生繞流從而進(jìn)入接頭管內(nèi)部；當(dāng)接頭管下放到底時(shí)，混凝土澆筑后，上拔接頭管時(shí)間過早，混凝土凝固不充分或未達(dá)到初凝條件。當(dāng)接頭管起拔時(shí)，混凝土從接頭管底部繞流進(jìn)入管內(nèi)，造成接頭管內(nèi)部清理困難。

為解決上述地連墻施工中接頭管底部繞流問題，本文結(jié)合實(shí)際工程情況，提供一種新穎可靠、操作簡單的地連墻接頭管防繞流料倉漏斗裝置及施工方法。

1 概述

唐山港京唐港區(qū)23號(hào)至25號(hào)多用途泊位工程位于京唐港區(qū)三港池南側(cè)岸線的西側(cè)[2]，碼頭總長度為945 m，新建1個(gè)7萬t級(jí)和2個(gè)10萬t級(jí)多用途泊位。碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為-15.5 m，碼頭面高程為4.0 m，采用遮簾式地連墻板樁結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)主要由地連墻、錨碇墻、遮簾樁、胸墻、導(dǎo)梁及鋼拉桿等組成，地連墻數(shù)量為182幅。根據(jù)碼頭地連墻的施工特點(diǎn)，為了確保地連墻接縫處的施工質(zhì)量，防止接縫處滲水漏沙，施工時(shí)在地連墻接縫處采用圓形接頭管。地連墻施工過程中，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，發(fā)明了一種接頭管防繞流的料倉漏斗裝置，解決了地連墻在使用圓形接頭管的情況下底部繞流的問題，并在實(shí)際工程中進(jìn)一步得到了驗(yàn)證和改進(jìn)，總結(jié)出了一套接頭管防繞流的料倉漏斗的使用方法。

2 傳統(tǒng)接頭管混凝土繞流分析

2.1 傳統(tǒng)地連墻接縫施工方法

傳統(tǒng)的地連墻接縫施工時(shí)一般采用圓形或帶翼接頭管，成槽結(jié)束后混凝土澆筑前，槽段檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，使用履帶吊將圓形接頭管下放至兩槽段接縫處，然后吊放鋼筋籠、澆筑混凝土、上拔接頭管等后續(xù)工作。考慮到技術(shù)人員施工經(jīng)驗(yàn)豐富，掌握拔管時(shí)機(jī)較準(zhǔn)確，一般不采取混凝土防繞流措施。

2.2 傳統(tǒng)接頭管混凝土繞流通病

1）接頭管下放不到底

施工中常常因地質(zhì)問題距離設(shè)計(jì)底高程留有富裕高度h，使用混凝土灌注設(shè)備澆筑混凝土?xí)r，混凝土?xí)ㄟ^接頭管底部發(fā)生繞流從而進(jìn)入接頭管內(nèi)部，嚴(yán)重時(shí)接頭管強(qiáng)力提升時(shí)未施工槽段土體因頂部土壓力過大而在下部形成真空區(qū)域造成坍塌，混凝土不僅繞流進(jìn)入接頭管內(nèi)部，而且繞過接頭管底部流入相鄰槽段，且隨混凝土澆筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作難以進(jìn)行，如圖1和圖2所示。

圖1 接頭管未下放到底混凝土繞流平面

圖2 接頭管未下放到底混凝土繞流剖面

2）接頭管下放到底

施工中接頭管下放至設(shè)計(jì)底高程，未留富裕高度h，為了降低接頭管拔不出來的風(fēng)險(xiǎn)，上拔接頭管一般在混凝土初凝前進(jìn)行。雖然拔管時(shí)間早已經(jīng)過試驗(yàn)確定，但在實(shí)際施工過程中，由于混凝土自身質(zhì)量、天氣及地質(zhì)等外界因素的影響，技術(shù)人員在上拔接頭管時(shí)往往偏于保守，就是拔管時(shí)間“寧早勿晚”。這就可能引起混凝土凝固不充分或未達(dá)到初凝條件。當(dāng)接頭管起拔時(shí)，混凝土從接頭管底部繞流進(jìn)入管內(nèi)，造成接頭管內(nèi)部清理困難。這種情況下嚴(yán)重時(shí)如果接頭管強(qiáng)力提升，未施工槽段土體因頂部土壓力過大而在下部形成真空區(qū)域造成坍塌，混凝土不僅繞流進(jìn)入接頭管內(nèi)部，而且繞過接頭管底部流入相鄰槽段，且隨混凝土澆筑高度上升，造成下一槽段的成槽工作難以進(jìn)行，如圖3、圖1和圖2右側(cè)圖所示。

圖3 接頭管下放到底混凝土繞流剖面

3 新型料倉漏斗的研發(fā)

3.1 新型料倉漏斗的結(jié)構(gòu)

為解決上述問題，本文提供一種地連墻接頭管防繞流的料倉漏斗，其中：該結(jié)構(gòu)包括有料倉、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳等；所述料倉、漏斗和漏斗封堵使用鋼板加工制作而成，所述支架采用方矩管制作，所述吊耳采用圓鋼制作，料倉、漏斗、支架、漏斗封堵和吊耳相互焊接成一個(gè)整體，如圖4所示。

該裝置為可拆除的結(jié)構(gòu)，漏斗底部留置有可拆卸的漏斗封堵，可隨時(shí)控制級(jí)配碎石的下送，料倉頂部設(shè)置有圓鋼制作的吊耳，可隨時(shí)使用吊車將該裝置與接頭管分離。

圖4 新型料倉漏斗

3.2 新型料倉漏斗的設(shè)計(jì)思想

新型料倉漏斗的設(shè)計(jì)思想是將料倉和漏斗通過支架坐在接頭管上，通過料倉和漏斗將級(jí)配碎石下送至接頭管底部，施工中可隨時(shí)用漏斗封堵控制下送速度和時(shí)間，施工前后使用吊車經(jīng)吊耳將裝置上下移動(dòng)，如圖5所示。

圖5 新型料倉漏斗與接頭管安裝示意

3.3 新型料倉漏斗加工制作要點(diǎn)

1）料倉、漏斗采用2 mm的鋼板制作，漏斗封堵采用4 mm的鋼板制作，材質(zhì)均為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度σs=235 MPa，剛度彈性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；料倉直徑取值1 m、高度取值1.5 m，漏斗底部直徑取值0.3 m，即可滿足常用地連墻使用要求。

2）支架采用方矩管制作，規(guī)格型號(hào)為160 mm×160 mm×5 mm，材質(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度σs=345 MPa，剛度彈性模量E取值206 GPa，剪切模量G取值79.38 GPa；支架牛腿高度取值0.5 m，即可滿足常用地下連續(xù)墻使用要求和吊裝要求。

3）吊耳采用16 mm圓鋼制作，與料倉的焊縫長度為180 mm，材質(zhì)為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度σs=235 MPa，剛度彈性模量E取值196～206 GPa，剪切模量G取值79 GPa；吊耳高度取值280 mm，其中懸空高度100 mm，焊接長度180 mm，即可滿足該料倉漏斗滿載下的吊裝要求。

3.4 新型料倉漏斗工作特征

1）接頭管下放不到底

施工中常常因地質(zhì)原因接頭管未下放到底，通常留有富裕高度h，混凝土灌注設(shè)備工作之前，使用該料倉漏斗沿接頭管將級(jí)配碎石下送至接頭管底部，用于填充接頭管與設(shè)計(jì)底高程之間的富裕高度h，混凝土灌注設(shè)備工作時(shí)可有效防止混凝土繞流進(jìn)入接頭管內(nèi)部，如圖6所示。

圖6 接頭管未下放到底新型料倉漏斗工作原理

2）接頭管下放到底

在接頭管下放到底的情況下，混凝土灌注設(shè)備工作之前，使用該料倉漏斗沿接頭管將級(jí)配碎石下送至接頭管底部，混凝土灌注后，上拔接頭管時(shí)，級(jí)配碎石自由塌落可有效防止混凝土繞流進(jìn)入接頭管內(nèi)部。與此同時(shí)，隨著接頭管逐步提升和級(jí)配碎石高度逐步上升，也可有效防止側(cè)壁坍塌，尤其是側(cè)壁為松散、均一性差的土質(zhì)，如流沙土層、濕陷性黃土等不良地質(zhì)[3]，如圖7所示。

圖7 接頭管下放到底新型料倉漏斗工作原理

3.5 新型料倉漏斗工作步驟

1）裝級(jí)配碎石。考慮到漏斗底部直徑、鋼板的承重力要求以及下料速度，料倉和漏斗內(nèi)每次裝載的碎石高度不大于料倉和漏斗的總高度的2/3為宜。

2）吊車吊運(yùn)料倉漏斗。料倉頂部對(duì)應(yīng)兩側(cè)設(shè)置2個(gè)吊耳，施工前后使用50 t履帶吊上下吊運(yùn)。

3）人工拉、裝漏斗封堵。料倉和漏斗內(nèi)的碎石裝載到一定高度后，人工拉除漏斗下的漏斗封堵，即可使碎石自由落下；過程中間歇施工必須中斷時(shí)，人工安裝漏斗封堵，可使碎石下送過程停止。施工中作業(yè)人員注意的安全事項(xiàng)包括機(jī)械傷害、高處墜物和物體打擊等。

3.6 施工中注意要點(diǎn)

1）此新型料倉漏斗主要針對(duì)地連墻接頭管底部混凝土繞流情況，不能解決接頭管與槽壁縱向混凝土繞流，施工時(shí)要注意控制接頭管與槽壁縱向縫隙寬度。

2）此裝置在地連墻施工時(shí)能夠起到預(yù)防作用，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生混凝土繞流進(jìn)入接頭管的情況，只能強(qiáng)力上拔接頭管，使用沖擊鉆或風(fēng)鎬等設(shè)備將接頭管內(nèi)混凝土鑿除。

3）隨著級(jí)配碎石在接頭管內(nèi)高度上升，拔管機(jī)起拔時(shí)，碎石會(huì)對(duì)接頭管有向下的摩阻力f1，同時(shí)還應(yīng)考慮接頭管的自重G、土體對(duì)接頭管的摩阻力f2、底部初凝混凝土和上部泥漿漿液對(duì)接頭管的摩阻力f3、以及土體、混凝土等對(duì)接頭管的粘結(jié)力e等等，見圖8所示。碎石高度越高，f1越大，相應(yīng)的拔管機(jī)起拔力F1也就越大。如果碎石上升高度較高，可適當(dāng)加大拔管機(jī)的起拔力F1，施工中應(yīng)注意此類情況。

圖8 接頭管起拔時(shí)受力示意

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

新型裝置用于地連墻施工后，降低了接頭管難以拔除的風(fēng)險(xiǎn)，有效的保證了地連墻接縫質(zhì)量。同時(shí)臨近槽段成槽時(shí)，還可將接頭管位置的碎石挖除，現(xiàn)場(chǎng)將挖除的碎石高壓水沖后還可重復(fù)使用，節(jié)約了資源。

表2為使用新型料倉漏斗的碼頭工程與使用傳統(tǒng)施工方法的碼頭工程在施工中的實(shí)際成本費(fèi)用對(duì)比。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在地連墻數(shù)量相差無幾的情況下，使用傳統(tǒng)施工方法的實(shí)際成本約為2 179元/幅，而使用新型料倉漏斗的實(shí)際成本約為681元/幅，同時(shí)新型裝置可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

表2 項(xiàng)目工程實(shí)際成本費(fèi)用對(duì)比

5 結(jié)語

本文所述的新型料倉漏斗裝置，能夠循環(huán)利用，可以一次安裝到位，節(jié)約了地連墻因事故處理費(fèi)用，減少了相鄰槽段接縫處理時(shí)間，降低了接頭管損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了槽段間接縫的抗?jié)B透能力，使用效果十分明顯。同時(shí)本裝置操作簡便，方便快捷，在地連墻基礎(chǔ)工程主體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目中應(yīng)用前景十分廣闊。