卵石及砂巖地質(zhì)條件下的地下連續(xù)墻施工*

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

0 引言

隨著我國城市建設(shè)由東向西逐步推進(jìn)，西北地區(qū)超深超大基坑工程必將越來越多，而選用一種安全可靠的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是深基坑工程成功的關(guān)鍵。地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)以其地質(zhì)適應(yīng)性廣、墻體剛度大和整體性好、施工對周邊環(huán)境影響小、基坑開挖過程安全性高，以及可作為地下結(jié)構(gòu)外墻等特點(diǎn)被深基坑工程普遍采用。本文以蘭州鴻運(yùn)·金茂項(xiàng)目一期深基坑工程地下連續(xù)墻施工實(shí)例為背景，探討了地下連續(xù)墻施工工藝在西北地區(qū)典型地質(zhì)條件（卵石及砂巖）下實(shí)施的諸多問題[1-2]。

1 工程概況

蘭州鴻運(yùn)·金茂項(xiàng)目一期工程位于甘肅省蘭州市慶陽路2號，東方紅廣場東口，是市中心繁華地帶，周邊鄰近城市主干道和多幢民宅建筑，道路下有多條市政管線，周邊環(huán)境保護(hù)要求較高。工程±0.00 m相當(dāng)于絕對高程+1 516.30 m?；用娣e約為20 100 m2，基坑周長558 m，地下4層，A、B塔樓區(qū)域開挖深度分別為23.60 m和22.40 m，裙樓區(qū)域開挖深度為21.60 m，是整個西北地區(qū)最深的基坑。

本工程基坑開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，合計(jì)97幅。地下連續(xù)墻墻厚均為800 mm，槽段深度31.60～33.60 m，各槽段之間設(shè)置圓形鎖口管柔性接頭，混凝土強(qiáng)度等級為水下C35。地下連續(xù)墻嵌入基底以下砂巖層中不小于10 m。

2 工程地質(zhì)水文特性

本工程淺部有③層卵石層，層頂埋深較淺（揭露表層填土2.00～5.60 m后即為卵石層），層厚1.80～10.60 m，且粒徑較大卵石普遍存在（卵石粒徑多為2～8 cm，少量卵石粒徑可達(dá)10 cm以上，個別為粒徑大于20 cm的漂石）；地下連續(xù)墻墻趾坐落于④層砂巖層，該層具有“遇水軟化、擾動后強(qiáng)度降低，特別是有水情況下擾動后強(qiáng)度急劇降低”的特征。工程地下水埋深較淺，上層滯水水位為地表以下0.50～2.50 m，且無統(tǒng)一穩(wěn)定的水位面；地下孔隙潛水水位在地表以下3.20～4.30 m，且該類含水層滲透性好，水量大。

3 施工難點(diǎn)分析

3.1 卵石層中硬度大，成槽易偏斜，且易漏漿

本工程場地巖土組成主要為上部卵石層及下部砂巖層。卵石層厚度1.80～10.60 m，且粒徑較大卵石普遍存在；砂巖層的顆粒排列緊密，呈密實(shí)狀，在未擾動的情況下巖體強(qiáng)度較高；同時，卵石層中骨架間充填物不均勻，卵石顆粒間細(xì)顆粒充填物普遍缺失，易導(dǎo)致成槽設(shè)備抓斗在該層中產(chǎn)生偏斜。且顆粒間隙大，含土量少，滲透系數(shù)大，易導(dǎo)致泥漿流失，從而導(dǎo)致槽壁失穩(wěn)塌方。

3.2 地下水豐富，形成側(cè)向徑流

卵石層富含孔隙性潛水，水位埋深較淺（地下水位位于地表下3.20～4.30 m），土層滲透性好（滲透系數(shù)k平均為27.00 m/d）。卵石層地下水主要受上游和高階地潛水和河水補(bǔ)給，以側(cè)向徑流為主，并向下游排泄，水流形成類似暗河，水量較大。地下水位過高易導(dǎo)致地下連續(xù)墻成槽階段泥漿液面與地下水位面差值偏小，從而直接影響護(hù)壁泥漿的有效作用力（泥漿柱壓力）的大小，使泥漿滲透緩慢，影響泥皮形成，不利于槽壁穩(wěn)定[3-4]。

3.3 ④層砂巖層地質(zhì)特殊，槽壁易失穩(wěn)

因地下連續(xù)墻墻趾坐落于④層砂巖層，為減少槽段內(nèi)泥水滲流對砂巖層的影響，對槽段內(nèi)的泥漿配比要求高。

3.4 砂巖層基底沉渣大

成槽完成后，對基底的清理工作很關(guān)鍵，除了成槽完成后及時下放鋼筋籠和澆筑混凝土外，如何從源頭上減少槽底的沉渣，也是一項(xiàng)難題。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 導(dǎo)墻設(shè)計(jì)與施工

導(dǎo)墻設(shè)計(jì)及施工時，為減少卵石層中易頸縮的影響，阻擋表層滯水通過卵石層滲入槽段中，設(shè)計(jì)將導(dǎo)墻寬度放寬5～6 cm，深度適當(dāng)加深（圖1）。

圖1 導(dǎo)墻示意

4.2 成槽施工

綜合考慮工程地質(zhì)水文特性、整體工期要求及類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，選用重型抓斗成槽機(jī)，成槽機(jī)須具備以下優(yōu)點(diǎn)。

1）施工效率高：抓斗閉合力大，提升速度快；

2）成槽的垂直性好：可配糾偏裝置，x與y2個方向都能自動糾偏；

3）先進(jìn)的電子測量系統(tǒng)：對其深度及位置方向可精確到0.01°；

4）安全可靠的保護(hù)系統(tǒng)：抓斗的提升和下放均有安全保護(hù)裝置。

控制成槽機(jī)的成槽速度，卵石中的速度應(yīng)低于紅砂巖中的成槽速度，在卵石層中的掘進(jìn)速度為1.00～1.20 m/h，在砂巖層中的掘進(jìn)速度為1.70～1.90 m/h。

通過電子糾偏系統(tǒng)將槽段偏斜方向和角度值直接反映在駕駛室的電腦屏幕上，成槽機(jī)司機(jī)第一時間調(diào)整糾偏油缸，避免槽壁向坑內(nèi)或坑外偏斜。

4.3 泥漿性能優(yōu)化

紅砂巖卵石層中，顆粒間隙大，且含土量少，滲透系數(shù)大，易導(dǎo)致泥漿漏失，從而導(dǎo)致槽壁失穩(wěn)塌方。且由于本工程地下水位高，影響護(hù)壁泥漿的有效作用力的大小，使泥漿滲透緩慢，影響泥皮形成，不利于槽壁穩(wěn)定。故選用密度小、黏度小、失水量小、能形成薄而韌性強(qiáng)的護(hù)壁泥皮的優(yōu)質(zhì)泥漿，從而使泥漿的靜水壓力有效地作用于槽壁上，防止槽壁剝落，確保槽段在成槽機(jī)械反復(fù)上下運(yùn)動過程中保持土壁穩(wěn)定[5-7]。

確定成槽時，為滿足護(hù)壁要求，槽內(nèi)泥漿應(yīng)達(dá)到以下性能指標(biāo)（表1）。

表1 泥漿性能指標(biāo)參數(shù)

泥漿應(yīng)存放24 h以上，使膨潤土充分水化后方可使用。在泥漿輸入過程中，嚴(yán)格控制泥漿的液位，保證泥漿液位在導(dǎo)墻頂面以下0.50 m處，液位下落時要及時補(bǔ)漿，以防塌方。

4.4 槽底沉渣控制

由于本工程土體含砂量大，為確保護(hù)壁效果及混凝土質(zhì)量，也為能將泥漿高效利用，應(yīng)對槽段被置換后的泥漿進(jìn)行除砂處理，同時進(jìn)行測試，直至各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后使用。

配備專用泥漿除砂設(shè)備來改善循環(huán)泥漿的質(zhì)量，增強(qiáng)泥漿的攜砂能力，減小槽底沉渣厚度。

每1幅地下連續(xù)墻挖至高于設(shè)計(jì)槽深0.50～1.00 m位置時暫停成槽，并于鋼筋籠吊起運(yùn)送至槽口，待下放前采用撩抓法對槽段進(jìn)行清基，同時挖至設(shè)計(jì)深度，再立即下放鋼筋籠，并及時下放導(dǎo)管和澆筑混凝土。

4.5 混凝土施工

蘭州地區(qū)并無地下連續(xù)墻水下混凝土施工的記錄，確定配合比是本工序的重中之重，為改善水下混凝土的和易性，混凝土中宜摻進(jìn)外加劑，水下混凝土常用的外加劑有減水劑、緩凝劑等，摻進(jìn)外加劑前，必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，以確定外加劑的使用種類、摻進(jìn)量和摻進(jìn)程序。當(dāng)施工設(shè)備、運(yùn)輸方法或運(yùn)輸距離、施工氣候等條件發(fā)生變化時，所要求的混凝土坍落度也隨之改變。為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用水量根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整（一般保持水灰比不變）。

蘭州地區(qū)地下水的腐蝕性較大，混凝土配合比中還應(yīng)添加防腐阻銹劑及緩凝減水劑。

4.6 槽底注漿

由于注漿管底為砂層，細(xì)顆粒較多容易堵塞管子，故注漿管采用白鐵管，連接采用外套式內(nèi)螺紋接頭，頂端采用外套式內(nèi)螺紋堵頭，連接過程中需密切注意接頭的密封性，注漿管的下端比實(shí)際槽深深0.20～0.50 m，混凝土終凝后及時進(jìn)行清水開塞劈通。

注漿時采用注漿壓力及水泥用量雙重控制標(biāo)準(zhǔn)：由于基底巖層硬度大，注漿壓力需適度增加，控制在4 MPa以內(nèi)，每根注漿管的水泥用量為2.50 t[8-10]。

5 實(shí)施效果

根據(jù)地下連續(xù)墻超聲波測壁儀所測的槽壁垂直度數(shù)據(jù)匯總，全部97幅槽段槽壁垂直度均滿足設(shè)計(jì)1/400的要求，平均沉渣厚度為90 mm，充盈系數(shù)總體在1.03左右，從側(cè)面印證了在成槽施工的過程中基本沒有出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象；通過超聲波透射檢測和現(xiàn)場取芯表明，受檢地下連續(xù)墻墻身未發(fā)現(xiàn)缺陷，澆筑質(zhì)量較好，其混凝土強(qiáng)度等級均滿足C35設(shè)計(jì)要求。基坑開挖后地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量良好，墻面平整（圖2）。

圖2 基坑開挖后地下連續(xù)墻狀況

6 結(jié)語

西北地區(qū)地質(zhì)條件與東部沿海軟土地基有著顯著差異，在典型的卵石和砂巖層的特殊地質(zhì)條件下，地下連續(xù)墻施工首先應(yīng)充分考慮各項(xiàng)因素來選用合適的成槽設(shè)備；其次，至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)為通過配比試驗(yàn)來調(diào)控泥漿性能，完善泥漿工藝，確保成槽過程中槽壁的穩(wěn)定性；同時，通過除砂技術(shù)的運(yùn)用，提高泥漿的利用率，減少槽底沉渣；另外，需要選用合適的水下混凝土。

本次蘭州鴻運(yùn)·金茂項(xiàng)目一期工程為西北地區(qū)基坑工程首次采用地下連續(xù)墻施工工藝，對今后西北地區(qū)類似工程的策劃和施工起到了積極的借鑒作用，具有開拓性的意義。