地鐵基坑地下連續(xù)墻露筋事故原因分析及處理方法

顧海榮 侯新宇

(1.江蘇省送變電公司，江蘇 南京 211102; 2.江蘇開(kāi)放大學(xué)，江蘇 南京 210036)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

地鐵基坑地下連續(xù)墻露筋事故原因分析及處理方法

顧海榮1侯新宇2*

(1.江蘇省送變電公司，江蘇 南京 211102; 2.江蘇開(kāi)放大學(xué)，江蘇 南京 210036)

通過(guò)對(duì)蘇州地鐵6座車站481幅地下連續(xù)墻露筋情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，分析得出地下連續(xù)墻露筋事故發(fā)生的原因，并針對(duì)不同露筋程度，采用相應(yīng)施工措施對(duì)其進(jìn)行后期修補(bǔ)處理，對(duì)類似工程具有借鑒和指導(dǎo)意義。

地鐵基坑，地下連續(xù)墻，露筋事故，施工泥漿

0 引言

地鐵基坑工程往往處于地面交通復(fù)雜、周邊建筑林立、地下市政管線眾多的復(fù)雜城市環(huán)境中，由于基坑開(kāi)挖深度大、地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變[1]，在特定的工程地質(zhì)環(huán)境條件下，設(shè)計(jì)、施工都受到諸多不確定性因素的影響[2]。地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)由于其側(cè)向剛度大、整體性好、能夠有效止水等優(yōu)點(diǎn)，成為控制基坑及環(huán)境變形的首選支護(hù)方式[3]，但由于其施工流程復(fù)雜、質(zhì)量影響因素多等特點(diǎn)，施工工藝控制不當(dāng)往往導(dǎo)致相應(yīng)墻體質(zhì)量事故[4]，墻面露筋就是典型的質(zhì)量事故之一[5]，使局部墻體有效厚度減小，嚴(yán)重影響到基坑自身和周邊建筑物的安全，影響地下結(jié)構(gòu)的使用效果[6-8]。本文對(duì)蘇州典型地質(zhì)條件下的6座車站481幅地下連續(xù)墻進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，深入分析誘發(fā)地下連續(xù)墻露筋事故的多種復(fù)雜因素，研究影響露筋的主要矛盾并對(duì)事故處理措施進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 車站基坑工程概況

研究車站所在場(chǎng)地按地質(zhì)成因、巖土性質(zhì)和工程特性等，可分為14個(gè)工程地質(zhì)層，①層～⑧層對(duì)地鐵工程產(chǎn)生影響，其工程地質(zhì)特性如表1所示。地鐵車站開(kāi)挖深度約達(dá)地面下20 m，基坑深度范圍內(nèi)主要穿過(guò)④層土，該層土性質(zhì)復(fù)雜，厚度變化大(局部超過(guò)10 m)，主要由粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂等構(gòu)成，具有中等壓縮性、強(qiáng)度偏低等顯著特點(diǎn)，其工程特性對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響較大。

場(chǎng)地大環(huán)境處于水系發(fā)達(dá)的太湖流域軟土地區(qū)，且部分土層含沙量較大，地下水情況復(fù)雜，對(duì)基坑工程實(shí)施影響較大。地下水埋藏特征明顯，主要由淺層潛水、微承壓水、承壓水構(gòu)成。第一層微承壓水主要由賦水性、透水性較好，含水量較豐富的④-1，④-2層組成。第二層承壓水的含水層由⑦層粉土夾粉砂及⑧層淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成，厚度較大。水頭埋深在地面下2.32 m，補(bǔ)給來(lái)源為相鄰含水層越流補(bǔ)給。該承壓水的水頭較高，基坑開(kāi)挖深度較大，會(huì)對(duì)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 地下連續(xù)墻露筋事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)

對(duì)蘇州地鐵1號(hào)線的6座車站481幅地下連續(xù)墻進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，共有4座車站107幅地下連續(xù)墻存在不同程度的墻面露筋現(xiàn)象。各車站墻面露筋位置主要分布在④-1，④-2層，只有少部分向上延伸至③-2層。其中，養(yǎng)育巷站(YYX)露筋高度平均達(dá)到10.1 m，其他三座車站均不到3.5 m。由圖1可知，廣濟(jì)路站(GJ Rd)露筋墻幅占總墻幅的80.70%，養(yǎng)育巷站(YYX)也達(dá)到42.86%；由圖2可知，養(yǎng)育巷站(YYX)平均單幅露筋面積最大，達(dá)到51.46 m2，其他車站均未達(dá)到20%。從露筋處的內(nèi)侵深度來(lái)看，養(yǎng)育巷站(YYX)、廣濟(jì)路站(GJ Rd)、桐涇路站(TJ Rd)都超過(guò)5.00 cm。因此，按照露筋嚴(yán)重程度可知：養(yǎng)育巷站(YYX)和廣濟(jì)路站(GJ Rd) 露筋嚴(yán)重，桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd) 露筋不嚴(yán)重，臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)不露筋。

表1 土層計(jì)算參數(shù)

3 地下連續(xù)墻露筋事故原因分析

導(dǎo)致以上地下連續(xù)墻墻面露筋事故的原因較為復(fù)雜，總體可以分為地質(zhì)條件原因、場(chǎng)地環(huán)境原因、施工技術(shù)原因等。收集所研究車站現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)施工相關(guān)數(shù)據(jù)，包括泥漿參數(shù)(配合比、物理性質(zhì))、混凝土參數(shù)(配合比、充盈系數(shù))、成槽機(jī)械設(shè)備、成槽施工速度、導(dǎo)墻參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比等，研究各種因素對(duì)地下連續(xù)墻露筋事故產(chǎn)生的影響。

3.1 地下連續(xù)墻成槽泥漿性質(zhì)對(duì)露筋的影響

1)施工泥漿物理性質(zhì)指標(biāo)的影響。對(duì)施工泥漿物理性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，包括泥漿比重、粘度、含砂率、pH值等的平均值。由圖3a),圖3b)可知，各車站泥漿比重、粘度與露筋嚴(yán)重程度并無(wú)明顯相關(guān)性；在圖3c)中，露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)和廣濟(jì)路站(GJ Rd)所使用施工泥漿的含砂率分別達(dá)到3.10%和3.42%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他車站，露筋不嚴(yán)重的桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd)施工泥漿含砂率為0.40%和1.20%，不露筋臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)分別為1.55%和0.91%；在圖3d)中，露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)和廣濟(jì)路站(GJ Rd)所使用施工泥漿的pH值高達(dá)8.47和8.65，而其他車站均未超過(guò)8.15。由此分析可知，施工泥漿的含砂率和pH值與露筋程度直接相關(guān)。

2)施工泥漿配合比的影響。施工泥漿的配合比對(duì)槽壁的穩(wěn)定性有至關(guān)重要的影響，所調(diào)查車站均采用鈉型膨潤(rùn)土泥漿，還添加了CMC(羧甲基纖維素鈉)作為增粘劑，重質(zhì)純堿作為分散劑。由圖4a)，圖4b)可知：露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)和廣濟(jì)路站(GJ Rd)泥漿配比中膨潤(rùn)土用量?jī)H為80 kg/m3，比不露筋臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)少1/3，同時(shí)露筋嚴(yán)重車站泥漿中水的用量比不露筋車站多，而露筋不嚴(yán)重的桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd)泥漿中膨潤(rùn)土及水的用量卻有顯著差異。由圖4c)可知，露筋嚴(yán)重的廣濟(jì)路站(GJ Rd)和露筋不嚴(yán)重的桐涇路站(TJ Rd)的泥漿中未添加中粘CMC，會(huì)影響泥漿的粘度及泥皮的形成，圖3b)中顯示粘度偏低；露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)泥漿配比中，重質(zhì)純堿的用量?jī)H為1 kg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他車站(≥4 kg/m3)，圖4d)泥漿配合比從根本上決定著其施工過(guò)程的物理性質(zhì)，進(jìn)而影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

3.2 地下連續(xù)墻混凝土性質(zhì)對(duì)露筋的影響

由圖5a)可知：露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)、廣濟(jì)路站(GJ Rd)的施工混凝土中水泥含量均未超過(guò)300 kg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他車站，而不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)的混凝土配合比中砂子含量?jī)H為690 kg/m3，均低于其他露筋車站，如圖5b)所示。露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)混凝土配合比中石子用量最低，僅為1 027 kg/m3。各車站混凝土外加劑用量對(duì)車站露筋程度的相關(guān)性不明顯，如圖5d)所示。

由圖6a)可知：露筋嚴(yán)重的養(yǎng)育巷站(YYX)的混凝土水灰比最大，達(dá)到0.68，導(dǎo)致其混凝土強(qiáng)度相對(duì)較低，僅為40.03 MPa。各車站混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)值，不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)的混凝土強(qiáng)度要高于其他露筋車站(見(jiàn)圖6)。由此可見(jiàn)，混凝土配合比從根本上決定著混凝土強(qiáng)度，直接影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

3.3 地下連續(xù)墻混凝土充盈系數(shù)的影響

工程中充盈系數(shù)小于1認(rèn)為樁體存在缺陷。已有數(shù)據(jù)的各車站混凝土充盈系數(shù)平均值均大于1，不露筋墻幅混凝土充盈系數(shù)平均值1.05，露筋墻幅混凝土充盈系數(shù)平均值1.04，且不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉(cāng)街站(CJ)混凝土充盈系數(shù)偏高。從充盈系數(shù)來(lái)看，各車站露筋墻幅與不露筋墻幅相差不大，只有部分露筋嚴(yán)重的幅段出現(xiàn)充盈系數(shù)小于1的現(xiàn)象(特別是養(yǎng)育巷站(YYX))，分析可能為地下連續(xù)墻槽孔內(nèi)沉淀了較多的粉細(xì)砂土。充盈系數(shù)對(duì)墻幅露筋影響程度較小，但若小于1則墻體存在質(zhì)量問(wèn)題。

3.4 其他因素對(duì)地下連續(xù)墻露筋的影響

各調(diào)查車站地連墻導(dǎo)墻尺寸變化不大，高度、垂直度都能夠滿足規(guī)范的要求。但個(gè)別成槽垂直度的局部偏差，容易導(dǎo)致鋼筋籠在局部位置偏斜，甚至密貼槽壁，灌注混凝土后，易形成露筋現(xiàn)象。

成槽的速度對(duì)槽壁的穩(wěn)定有一定影響，液壓抓斗在槽內(nèi)振蕩不平穩(wěn)，常常把土壁的泥皮撕脫，同時(shí)抓斗快速上下也易形成渦流，沖刷泥皮。若下放鋼筋籠后至混凝土澆筑時(shí)間間隔相對(duì)較長(zhǎng)，會(huì)致使泥漿及砂粒沉淀，也會(huì)影響混凝土澆筑。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理措施

對(duì)同等條件下露筋墻幅和不露筋墻幅的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出：露筋嚴(yán)重墻幅的墻體側(cè)向變形總體比不露筋墻幅要大。雖然墻體側(cè)向變形影響因素較為復(fù)雜，但依然說(shuō)明，不管是因?yàn)閴w局部垂直度偏差原因，還是泥漿及混凝土性能不良等原因?qū)е碌膲γ媛督?，都最終增加了地下連續(xù)墻側(cè)向變形。地下連續(xù)墻露筋對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)及環(huán)境會(huì)帶來(lái)一定程度的負(fù)面影響。

文中所統(tǒng)計(jì)的露筋墻幅大部分出露主筋，對(duì)于內(nèi)侵深度在10 cm以內(nèi)的，清理干凈墻體混凝土表面粉土、粉砂等泥皮，用細(xì)石混凝土抹面或噴射C35速凝混凝土進(jìn)行墻面的修補(bǔ)處理；對(duì)于內(nèi)侵深度超過(guò)10 cm的墻幅，在處理完表面泥皮后，則采用支模板澆筑混凝土的方法進(jìn)行墻體加固。處理過(guò)后的地下連續(xù)墻在后續(xù)工程中均能滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)蘇州典型粉土、粉砂，承壓水控制的復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻露筋事故的主要原因：成槽泥漿質(zhì)量是導(dǎo)致墻面露筋事故發(fā)生的根本原因。含砂率高、膨潤(rùn)土用量、用水量偏多、CMC用量少、重質(zhì)純堿用量少均會(huì)導(dǎo)致露筋事故產(chǎn)生。另外，混凝土水泥用量偏少、砂子用量偏高、石子用量偏低，導(dǎo)致水灰比過(guò)大在含水量較高的砂層容易形成露筋。充盈系數(shù)偏小也是很多露筋墻幅的一個(gè)特征，個(gè)別露筋墻幅出現(xiàn)小于1的情況；承壓水控制的砂性土層中，成槽機(jī)械選擇也會(huì)影響墻體質(zhì)量；導(dǎo)墻質(zhì)量、成槽速度、成槽垂直度等都需要嚴(yán)格控制。

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Analysis and processing methods of continuous underground wall exposed reinforcement accident causes of subway foundation

Gu Hairong1Hou Xinyu2*

(1.JiangsuElectricPowerTransmission&TransformationCorporation,Nanjing211102,China; 2.JiangsuOpeningUniversity,Nanjing210036,China)

Through investigating and counting continuous underground wall exposed reinforcement conditions of Suzhou subway 6-seat station at No.481, the paper finds out continuous underground wall exposed reinforcement accident causes, and applies corresponding construction measures for post maintenance in light of various exposed reinforcement, which has certain guiding meaning for similar engineering.

subway foundation, continuous underground wall, exposed reinforcement, construction slurry

1009-6825(2015)30-0052-03

2015-08-19

顧海榮(1975- )，男，碩士，高級(jí)工程師，注冊(cè)一級(jí)建造師

侯新宇(1975- )，男，副教授

TU463

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