通過控制泥漿質(zhì)量保證地連墻施工中的槽壁穩(wěn)定性探討

李 新 陳興輝 上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

1950年意大利開始在水庫大壩工程中使用地下連續(xù)墻技術(shù)，1958年我國引進了此項技術(shù)并應(yīng)用于北京密云水庫的施工中。經(jīng)過50多年的發(fā)展，地下連續(xù)墻施工工藝日趨成熟，但在地質(zhì)條件差的情況下，施工難度還是很大。為了降低惡劣地質(zhì)條件下地連墻槽壁坍塌程度，施工單位一般采取在槽壁兩側(cè)施做深層攪拌樁的方法，這樣做雖然保證了地連墻施工質(zhì)量，卻延長了工期又提高了造價。

1 新建客運專線上海調(diào)度所工程概況

新建上海調(diào)度所位于上海鐵路局大院北側(cè)，北臨輕軌寶山路站，南臨路局公安辦公樓，東臨寶山路，西臨鐵路客車整備場。本工程基坑總面積約5935m2，基坑周長約318.4m，開挖深度為16.7m?；硬捎玫叵逻B續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)，墻厚1m，深32.9m，共56幅；W1-1至W1-10及W1-50共11幅段采取"夾心餅干"加固方法，即內(nèi)外兩側(cè)各施做一排直徑為700mm的雙軸攪拌樁，施工樁長為17m。

本工程場地條件極為不利，基坑外圍與周邊建筑物距離非常?。罕眰?cè)距離輕軌寶山路站15.11m，南側(cè)距離上海路局公安樓6.13m，東側(cè)距離寶山路邊沿8m，西側(cè)距離客技站線路8.3m（以上均為最小距離）。在距離周邊建筑物如此近的條件下，進行地連墻施工，保證槽壁穩(wěn)定減少土層坍塌尤為重要，需要認真研究。

2 工程地質(zhì)條件

地質(zhì)勘察報告顯示，該地區(qū)地面下50.30m深度范圍內(nèi)的地基土屬第四紀上更新世Q3至全新世Q4沉積物，主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成，具水平層理。擬建場地位于正常地層分布區(qū)，分布有第⑥層暗綠色粘性土硬土層，地層分布穩(wěn)定。根據(jù)土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性指標綜合分析，共可劃分成7個主要層次（第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑧層）。其中，第②層可分為2個亞層（第②1層、第②3層），第⑦層可分為2個亞層（第⑦1層、第⑦2層），擬建場地第⑤層及以上土層以軟弱粘性土及松散～稍密狀的粉性土為主，第①層為填土，密實度為松散，層厚2.18，②1層為粉質(zhì)粘土，狀態(tài)為軟塑，層厚0.77，②3層為砂質(zhì)粉土，密實度為松散、稍密，層厚11.94，④層為淤泥質(zhì)粘土，狀態(tài)為流塑，層厚2.70。

地下連續(xù)墻槽壁穿過②3層土，極易造成此范圍內(nèi)土體塌方，對周圍環(huán)境和建筑物產(chǎn)生惡劣影響。如何在施工中保證槽壁穩(wěn)定，盡量減少土體塌方，從而降低對周圍環(huán)境和建筑物的影響，是筆者關(guān)注的焦點。

3 泥漿的護壁作用及技術(shù)參數(shù)要求

泥漿由于其觸變性（觸變性是指膠體物質(zhì)受到攪動后強度減小而成為流體，當(dāng)擾動停止后，又會恢復(fù)原有強度而呈凝膠的狀態(tài)的特性），在槽孔開挖過程中，能起到液體支撐的作用，使深槽保持穩(wěn)定而不坍塌。泥漿的這種護壁作用主要表現(xiàn)在三個方面：

(1)泥漿滲入槽壁地基土的內(nèi)部孔隙之后，由于不再受到擾動而形成凝膠，并將槽壁表層一定范圍內(nèi)的土的孔隙填滿，粘附在土顆粒上，改變了土的原有結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提高了粘土的抗剪強度，加大了土體的穩(wěn)定性。通常，泥漿滲透區(qū)的抗剪強度可提高1倍左右。

(2)泥漿在槽壁表面上形成泥皮，牢固地貼附在槽壁上，既能防止泥漿大量漏失，又能防止地下水滲入到槽孔內(nèi)。有人曾用三軸模型試驗來確定泥皮抵抗變形的能力。實驗的目的是要確定一個直徑72mm，高130mm的砂樣表面泥皮的強度。試樣僅靠著少量孔隙水壓力維持平衡。在沒有壓力條件下，在膨潤土泥漿中浸泡半天后，表面形成了泥皮。試樣在三軸試驗中雖然發(fā)生變形，但仍與泥皮結(jié)合著。這說明，槽孔上有泥皮時，它的穩(wěn)定性大大提高了。

(3)泥漿液面一般高出地下水位，比重也大于地下水，泥漿的側(cè)壓力通過泥皮很好地作用在槽壁上以平衡主動土壓力，所以能產(chǎn)生支護作用。理論上來說，泥漿比重越大，側(cè)壓力越大，對槽壁的支護作用也越大。但考慮到對后期澆筑混凝土的影響和施工成本，應(yīng)該把泥漿比重控制在滿足支護要求的最小值。況且，如果泥漿質(zhì)量下降，一味增加泥漿比重反而會帶來反面效果。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗及本工程地質(zhì)情況，現(xiàn)場實際施工采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿。新泥漿各項技術(shù)參數(shù)確定為：比重為1.09，粘度為25s，PH值為9，泥皮厚度1.03，泥漿的穩(wěn)定性24h失水不得大于5%；循環(huán)泥漿比重不得大于1.19，理想控制狀態(tài)為1.15左右，粘度在24s--28s，PH值為8-9，泥漿的穩(wěn)定性24h失水不得大于10%。理論數(shù)值用于指導(dǎo)施工，具體施工過程中的泥漿質(zhì)量控制，要根據(jù)實際工程地質(zhì)情況及施工中的效果，反復(fù)調(diào)試泥漿相關(guān)參數(shù)，直至適合本工程地質(zhì)條件。

4 上海調(diào)度所工程地連墻施工泥漿參數(shù)

本工程成槽施工使用的機械設(shè)備為旋挖機EXL-1300，地連墻幅長約6m，共有三抓。由于槽壁連續(xù)施工，泥漿需要循環(huán)使用。成槽機完成每一抓作業(yè)，挖斗有進入槽壁和完成挖土向上提起兩個過程，泥漿隨挖斗擾動在槽壁內(nèi)有沖擊、抽吸兩個動作，運動過程中會攜帶部分泥沙。大量的泥沙摻入泥漿內(nèi)增加了泥漿的比重。雖然其側(cè)壓力有所提高，但泥漿的粘度降低了，形成的泥皮厚而疏松，甚至無法形成泥皮，從而使泥漿的護壁性能有所降低，勢必會加重槽壁的坍塌程度；同時，泥漿的比重過大，會降低澆注過程中混凝土的流動性，容易造成墻體夾泥現(xiàn)象，極大影響墻體質(zhì)量。通過試驗發(fā)現(xiàn)，泥漿比重控制在1.15--1.19的范圍內(nèi)，對槽壁的保護效果最好，槽壁的穩(wěn)定性也最好。本工程具體控制標準如下：

第一抓：泥漿比重控制在1.19以內(nèi)，粘度控制在30s左右。

第二抓：泥漿比重控制在1.18以內(nèi)，粘度控制在27s左右。

第三抓：泥漿比重控制在1.16左右，粘度控制在26s左右。

成槽結(jié)束后：泥漿比重控制在1.15左右，粘度控制在24s-25s左右。

施工過程中嚴格控制循環(huán)泥漿質(zhì)量是很重要的，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿質(zhì)量下降，技術(shù)參數(shù)超出控制范圍，應(yīng)立即采取措施進行調(diào)整，保證循環(huán)泥漿質(zhì)量，從而保證槽壁穩(wěn)定。本工程泥漿質(zhì)量控制措施：

(1)泥漿測試頻率。新拌制漿，拌制時和存放24h后各測定一次。成槽過程中，放漿前測定一次，成槽結(jié)束清底掃孔前測定一次，清底掃孔后再測定一次。測試部位在槽段的上、中、下三部位?；厥諠{未調(diào)整前測定一次，根據(jù)泥漿的指標添加相關(guān)外加劑，調(diào)整后測定一次，直到符合調(diào)整漿的性能指標。

(2)每一批新制的泥漿要進行泥漿主要性能（粘度、比重）的測試，符合技術(shù)要求的泥漿才允許使用。新制泥漿須在拌制后應(yīng)靜置24h后使用。

(3)對于槽段中回收的泥漿，經(jīng)過凈化設(shè)備處理后，對其各項性能指標進行測試，并重新調(diào)整，達到標準后才能使用。

(4)根據(jù)成槽施工中的實際情況，對泥漿配合比進行調(diào)整，以選擇最合適的泥漿配合比。

5 成槽效果

地連墻澆灌混凝土的充盈系數(shù)（實際方量與理論方量的比值）是檢驗成槽質(zhì)量最好的標準?？紤]到混凝土對槽壁的側(cè)壓力會使槽壁稍有擴寬，結(jié)合其他成槽施工實際經(jīng)驗，充盈系數(shù)標準值取1.05比較科學(xué)。本工程成槽施工前做了充分實驗，施工過程中高度重視泥漿質(zhì)量的控制，地連墻槽壁穩(wěn)定情況較好，充盈系數(shù)比較接近標準值。各幅段混凝土澆筑理論方量、實際方量及充盈系數(shù)如表1所示（因數(shù)據(jù)較多，此處僅列出前20幅）：

表1 各幅段混凝土澆筑理論方量、實際方量及充盈系數(shù)

由表1中數(shù)據(jù)可以看出：

(1)在總共56幅地墻中，充盈系數(shù)集中在1.05--1.2之間，占總數(shù)的68%。其具體分布情況如表2所示：

表2 總共56幅地墻中充盈系數(shù)具體分布情況表

(2)采取雙軸攪拌樁加固的11幅段（W1-1至W1-10及W1-50）內(nèi)，充盈系數(shù)分布情況大致相同。具體如表3所示：

表3 采取雙軸攪拌樁加固的11幅段充盈系數(shù)分布情況表

整體來看，通過控制循環(huán)泥漿質(zhì)量，槽壁兩側(cè)都很穩(wěn)定，混凝土充盈系數(shù)始終保持在1.10左右。就本工程所處地段地質(zhì)條件來說，地連墻成槽質(zhì)量較好，充盈系數(shù)分布比較理想。而且，由雙軸攪拌樁加固區(qū)域與沒有加固的區(qū)域相比，沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

本工程前20幅槽壁施工中混凝土理論方量與實際方量對比圖如下(見圖1)：

圖1 理論方量與實際方量對比圖

由圖1可以看出：前四幅槽段施工充盈系數(shù)較大，最大的W1-22幅達到1.35；從第五幅開始，接近理論值，都在1.10左右。施工記錄顯示，充盈系數(shù)最大的W1-22槽段施工時循環(huán)泥漿比重達到1.24，遠遠大于1.19；而從W1-17幅開始，循環(huán)泥漿比重控制在1.19以下，充盈系數(shù)反而接近理論值。正常情況下，泥漿比重越大，對槽壁的側(cè)壓力越大，坍塌程度應(yīng)該減小才對，本工程中為什么會出現(xiàn)反常情況呢？筆者經(jīng)過分析認為，這是由于泥漿質(zhì)量決定的。W1-22槽段施工時，雖然泥漿比重達到1.24，但那是因為泥漿中摻雜了大量泥沙的原因，泥漿的粘度大大下降，形成泥皮的能力隨之下降，因而護壁功能下降；而之后施工人員及時調(diào)整了泥漿配比，嚴格控制循環(huán)泥漿的質(zhì)量，使其粘度等技術(shù)參數(shù)保持在科學(xué)范圍內(nèi)，盡管此時的比重只有1.19，但泥漿的護壁能力沒有減弱，因而槽壁的穩(wěn)定性能較好。所以，成槽施工中，控制泥漿質(zhì)量是最重要的，而不應(yīng)該盲目追求泥漿比重大小。

6 結(jié)束語

通過本工程地下連續(xù)墻成槽過程實踐得出，即便在上海市閘北區(qū)這種極其復(fù)雜的地質(zhì)條件下，進行地連墻成槽施工，就是不采用"夾心餅干"（即槽壁墻兩邊施工深層攪拌樁）加固，只要能很好的控制泥漿質(zhì)量，同樣可以保證成槽質(zhì)量。與"夾心餅干"加固的方法相比，在保證了成槽質(zhì)量的前提下，達到了既降低施工成本又節(jié)約工期的目的。