軟土地基中地下連續(xù)墻套銑接頭施工泥漿技術(shù)研究

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 200002 上海

1 套銑接頭工藝

利用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向架底部設(shè)置的2 套鑲有合金刀頭的鼓輪組成的刀盤破碎巖土，兩鼓輪工作時(shí)旋轉(zhuǎn)方向相反，經(jīng)2 個(gè)銑削鼓輪破碎的巖土，由吸泥泵、輸送管組成的泵吸反循環(huán)系統(tǒng)排入地面泥漿處理裝置內(nèi)，碎渣經(jīng)沉淀后外運(yùn)。

套銑接頭工藝是一種基于雙輪銑槽機(jī)的施工工藝，通過雙輪銑槽機(jī)旋轉(zhuǎn)的銑輪，以銑輪上的合金齒將先行形成的一期槽段接縫面混凝土銑削成鋸齒狀，起到類似于新舊混凝土施工縫中的鑿毛作用，使得后澆筑的二期槽段混凝土與一期槽段混凝土在接縫處形成良好咬合，是目前世界上最為先進(jìn)的一種地下連續(xù)墻接頭形式（圖1）。對(duì)比其他傳統(tǒng)式接頭，套銑接頭主要優(yōu)勢(shì)如下：

（a）銑接頭接縫混凝土相互咬合，接頭處理形式簡(jiǎn)明、施工工序簡(jiǎn)便、形成的接縫牢靠，抗?jié)B性能優(yōu)良；

（b）銑槽機(jī)成槽深度大，成槽性能穩(wěn)定、垂直度高，無(wú)懼堅(jiān)硬土層；

（c）反循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行泥漿循環(huán)，攜渣、清基、文明施工效果好。

2 實(shí)際工程案例

上海軌道交通13號(hào)線淮海中路站處淮海路商業(yè)圈腹地，周邊存在大量國(guó)際一線品牌門店、涉外酒店，周邊環(huán)境極其復(fù)雜。車站主體長(zhǎng)約155 m，寬28.35 m，基坑開挖深度近33 m，為地下6 層島式站臺(tái)車站。

圖1 銑接頭工藝示意

本工程車站主體基坑出于完全隔斷承壓水層、減少降水影響的目的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為厚1 200 mm、深 71 m的地下連續(xù)墻，選擇套銑接頭工藝進(jìn)行施工。

本工程所在場(chǎng)區(qū)為濱海平原型地貌，地下連續(xù)墻上部貫穿約厚30 m黏質(zhì)土層，深入砂質(zhì)土層約41 m。結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)和接頭工藝特點(diǎn)，一期槽段成槽選擇液壓抓斗成槽機(jī)抓取黏土、雙輪銑槽機(jī)銑削砂土的抓銑結(jié)合成槽方法；二期槽段成槽采用雙輪銑槽機(jī)套銑成槽。

目前該工程主體地下連續(xù)墻施工全部完成。經(jīng)基坑開挖驗(yàn)證，地下連續(xù)墻施工質(zhì)量良好，有效達(dá)到了隔斷承壓水層的目的。

3 軟土地基中套銑工藝泥漿技術(shù)[1-9]

3.1 泥漿類型的選擇

雙輪銑槽機(jī)依靠銑齒銑削成槽，依靠泥漿泵吸漿的施工特點(diǎn)，銑槽機(jī)施工中的泥漿更類似于鉆孔灌注樁反循環(huán)工藝，其主要起到護(hù)壁、攜渣、冷卻銑輪三大作用。

為避免常規(guī)泥漿的不足之處，在套銑接頭工藝施工時(shí)應(yīng)當(dāng)采用復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土泥漿。這種泥漿造漿率高，適用于各種地質(zhì)土層。利用聚合物分離在槽壁表面的膠結(jié)作用形成護(hù)壁泥皮，形成的泥皮致密，大大降低了泥漿的失水量。

3.2 泥漿指標(biāo)

在地下連續(xù)墻施工時(shí)，槽壁的穩(wěn)定性是影響施工質(zhì)量的因素之一，施工中采用泥漿護(hù)壁的方法進(jìn)行護(hù)壁。而在軟土地基砂質(zhì)土層中，其槽壁的穩(wěn)定性與黏性土中完全不同，而在槽段中要實(shí)現(xiàn)2 種不同性能的泥漿分層是很難做到的。因此，配置一種能適應(yīng)2 種地質(zhì)特點(diǎn)的護(hù)壁泥漿，是地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定的關(guān)鍵之一。

施工前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行驗(yàn)算，確定合理的泥漿性能指標(biāo)。如本工程實(shí)施中采用有限元三維模型進(jìn)行槽壁穩(wěn)定的模擬計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，本工程中配置泥漿比重控制在1.15～1.20范圍內(nèi)為宜，黏度宜控制在25～30 s，理論計(jì)算預(yù)計(jì)槽壁最大側(cè)向變形為10.5 mm。施工時(shí)嚴(yán)格按照計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行控制，實(shí)測(cè)槽段側(cè)向變形均控制在10 mm以內(nèi)，說明槽壁變形計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致。

3.3 循環(huán)泥漿凈化技術(shù)

3.3.1 除砂機(jī)凈化

除砂機(jī)通過網(wǎng)篩、振動(dòng)脫水、旋流分離三個(gè)步驟對(duì)雙輪銑槽機(jī)從槽段內(nèi)吸出的泥漿進(jìn)行處理，能夠凈化分離出泥漿中Φ0.026 mm以上的顆粒。經(jīng)過處理后的泥漿進(jìn)入泥漿循環(huán)池進(jìn)行循環(huán)利用。

3.3.2 粉細(xì)砂凈化處理

泥漿在經(jīng)過除砂機(jī)凈化后，泥漿中仍含有一定量極小顆粒粉細(xì)砂（Φ0.026 mm以下），這些顆粒一直懸浮在泥漿中，通常情況下在鈉基膨潤(rùn)土泥漿依靠聚合物分子的吸附凝聚作用下逐漸聚合，經(jīng)過一小段時(shí)間后，在泥漿循環(huán)池中經(jīng)循環(huán)沉淀分離。

然而在遇到粉細(xì)砂含量極高的沉積土層時(shí)，由于粉細(xì)砂含量超過單位體積泥漿中聚合物分子吸附凝聚能力，即使經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間沉淀后，仍會(huì)有粉細(xì)砂也不會(huì)聚合沉淀。這樣的泥漿在進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)則會(huì)對(duì)地下連續(xù)墻施工質(zhì)量造成影響。

在這種情況下，可以在循環(huán)泥漿中加入新鮮泥漿，降低單位體積泥漿中粉細(xì)砂在與聚合物分子含量的比例，使得聚合物分子能有效發(fā)揮吸附凝聚作用，實(shí)現(xiàn)粉細(xì)砂的沉淀分離。具體新鮮泥漿的加入比例必須根據(jù)不同地質(zhì)、不同粉細(xì)砂情況進(jìn)行試驗(yàn)后方能確定。

在二期槽段套銑時(shí)，由于切削混凝土?xí)斐深愃品奂?xì)砂，因此在二期槽段套銑時(shí)遇到上述情況可適當(dāng)提高新鮮泥漿的加入比例。

3.3.3 實(shí)際應(yīng)用成果

本文實(shí)例工程軌道交通13號(hào)線淮海中路站主體地下連續(xù)墻施工時(shí)，其砂質(zhì)土層中Φ0.026 mm以下的粉細(xì)砂含量極高，循環(huán)泥漿在經(jīng)過除砂機(jī)凈化后含砂率仍高達(dá)30%，經(jīng)過多次試驗(yàn)后，在循環(huán)泥漿中按一期槽段1∶1、二期槽段4∶6的比例加入新鮮泥漿后明顯改善了泥漿質(zhì)量，保證了泥漿護(hù)壁、攜渣的效果，確保了地下連續(xù)墻施工質(zhì)量。

3.4 泥漿工廠化生產(chǎn)技術(shù)

在本工程實(shí)例中，利用有限的施工場(chǎng)地內(nèi)，根據(jù)邊界條件分布異形泥漿池，通過過濾開口的標(biāo)高差實(shí)現(xiàn)各倉(cāng)室的定向沉淀循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，引入泥漿筒倉(cāng)增加新漿儲(chǔ)備量，以輕鋼結(jié)構(gòu)形成完善的封閉式泥漿工廠。泥漿從拌制、循環(huán)處理在封閉工廠內(nèi)進(jìn)行，泥漿供應(yīng)回收則通過固定管路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這樣使泥漿在施工中形成工廠、槽段之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，避免泥漿在中間過程中受外界因素影響的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

在軟土地基中進(jìn)行地下連續(xù)墻套銑接頭工藝施工時(shí)，應(yīng)選擇攜渣能力較強(qiáng)的鈉基膨潤(rùn)土泥漿，并針對(duì)土質(zhì)特點(diǎn)制定合理的泥漿指標(biāo)控制范圍；利用泥漿凈化技術(shù)，尤其是對(duì)粉細(xì)砂的凈化處理技術(shù)來保障循環(huán)泥漿的指標(biāo)穩(wěn)定，提高泥漿經(jīng)濟(jì)效益；應(yīng)當(dāng)組建起高效運(yùn)轉(zhuǎn)的泥漿工廠保障套銑工藝對(duì)泥漿的供應(yīng)需求。

上述技術(shù)措施在上海軌道交通13號(hào)線淮海中路站主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻施工中經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的施工成果與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，能夠在一定程度上對(duì)類似工程起到借鑒作用。