汾河一級(jí)階地地下連續(xù)墻施工技術(shù)

南 耀 琴

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

1 概述

山西汾河一級(jí)階地主要為飽和粉土和細(xì)砂層，且多為液化土。在汾河兩岸，由于地下水影響，水位一般介于776～775之間，且地下水類型大多數(shù)屬于潛水—承壓水型。這給汾河兩岸的地下工程施工帶來很大難度。地下連續(xù)墻施工技術(shù)作為支護(hù)、止水帷幕及高層建筑永久性主體結(jié)構(gòu)承重墻等建筑基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。然而在飽和性粉土、細(xì)砂層以及承壓水等多種復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行地下連續(xù)墻施工,對(duì)現(xiàn)有工藝提出了改進(jìn)及創(chuàng)新的要求。為了解決復(fù)雜地質(zhì)條件下地下結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工難題，筆者根據(jù)實(shí)際施工實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納了適合山西汾河一級(jí)階地地下連續(xù)墻的綜合施工技術(shù)，以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

2 工程概況

山西建投商務(wù)中心項(xiàng)目位于山西汾河?xùn)|岸，主要由3幢超高層建筑、5棟住宅樓和大底盤地下室組成，地下室單層建筑面積約8萬m2，地下結(jié)構(gòu)基坑深度為18 m，施工場(chǎng)地狹窄，距離現(xiàn)場(chǎng)紅線圍墻最小距離僅有2 m，無法進(jìn)行放坡開挖，通過優(yōu)化基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用地下連續(xù)墻作為地下結(jié)構(gòu)的支護(hù)體系和止水帷幕。

項(xiàng)目所在位置的地質(zhì)屬汾河一級(jí)階地沖積地層。本工程基坑安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻(兼做止水帷幕)+擴(kuò)大頭錨索支護(hù)方式。支護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻厚度為800 mm，總長(zhǎng)為1 174 m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)P8,根據(jù)成槽機(jī)設(shè)備性能確定成槽標(biāo)準(zhǔn)段為6 m，異形段長(zhǎng)度根據(jù)部位及轉(zhuǎn)角大小分為2 m～5 m不等；各槽段之間采用圓形鎖口管柔性接頭連接，接頭外采用5根高壓旋噴樁進(jìn)行接縫止水。根據(jù)地勘報(bào)告該場(chǎng)地表層2 m范圍內(nèi)主要為生活垃圾等雜填土，為了保證導(dǎo)墻施工現(xiàn)場(chǎng)除東邊外其余三面均進(jìn)行卸土2 m后再施工地連墻導(dǎo)墻。東邊采用單軸攪拌短樁進(jìn)行導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)支護(hù)。

按照自然地坪標(biāo)高，將現(xiàn)場(chǎng)地下連續(xù)墻深度設(shè)置為四段，分別為：AB段，深度26 m；BC段，深度26.5 m；CD段，深度26 m；DA段，深度26.755 m。地下連續(xù)墻采用懸掛式止水，將地連墻伸入現(xiàn)場(chǎng)地坪下第⑧層中砂土層中，增加地下水滲流距離，減小降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，如圖1所示。

2.1 地質(zhì)工程地質(zhì)水文概況

地連墻底端均位于第⑧1層中細(xì)砂層?，F(xiàn)場(chǎng)勘查表明，該場(chǎng)地地下水主要為潛水和承壓水，場(chǎng)地內(nèi)雜填土埋深較深，承壓水水位大部分分布在第⑤層和第⑧層細(xì)砂層中，極易引起流沙和成槽坍塌。

本工程實(shí)測(cè)混合靜止水位介于3.90 m～7.20 m之間，水位標(biāo)高介于771.31 m～773.99 m之間，地下水類型屬潛水—承壓型，該場(chǎng)地有3層淺層地下水，第一層地下水含水層為第②層粉細(xì)砂與第③層細(xì)砂層，地下水類型為潛水，其下第二層、第三層含水層為⑤-1層、⑧層細(xì)砂層。地下水類型均為承壓水，承壓水頭分別為4.6 m～8.9 m,13.7 m～19.2 m。測(cè)壓水位分別為768.50 m～770.13 m及765.68 m～769.2 m。

場(chǎng)地地貌單元為汾河?xùn)|岸一級(jí)階地地貌單元，地連墻范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件揭示如下：

第①層雜填土：建筑垃圾和零星爐渣等生活垃圾。分布厚度極不均勻。

第②層粉細(xì)砂：褐黃色，松散稍濕，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，含少量云母碎屑，砂質(zhì)不純，約含5%～15%的粉粒，局部有粉質(zhì)粘土透鏡體。該層土具有液化性。

第③層細(xì)砂：砂質(zhì)中約含5%～10%的粉粒。該層土具有液化性。

第④層粉質(zhì)粘土：局部為粉土，或夾粉土薄層，土質(zhì)較純；無搖振反應(yīng)；中壓縮性。

第⑤層細(xì)砂層：中壓縮性。

第⑥層粉土：局部為粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不純，可見粉砂顆粒，夾有粉質(zhì)粘土薄層；中壓縮性。

第⑦層粉土：土質(zhì)不純，含粉細(xì)砂成分，可見少量黃色銹斑；低～中壓縮性。

第⑧層中細(xì)砂：砂質(zhì)不純，約含10%～15%的粉粒成分，局部夾薄層粉質(zhì)粘土或粉土透鏡體。

2.2 工程周邊環(huán)境

擬建場(chǎng)地的現(xiàn)狀圍墻為用地界線，場(chǎng)地周邊均為市政主干道，現(xiàn)有圍墻外道路下分布各類地下管線。樁基工程和地下連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)施工。地下連續(xù)墻距離現(xiàn)有東面臨建為3.2 m、其余三面為3 m。周邊場(chǎng)地狹窄。

2.3 地連墻施工的難點(diǎn)

工程所處場(chǎng)地地質(zhì)條件較為復(fù)雜。基坑基底位于第⑤層粉土上。地連墻施工范圍內(nèi)第②層粉細(xì)砂、第②-1層粉土、第③層細(xì)砂具有液化性。粉砂層基本符合發(fā)生流砂的條件，可能會(huì)產(chǎn)生縮徑或流砂現(xiàn)象，對(duì)地連墻施工是不利的因素，這是本工程的一大難題。

3 主要施工技術(shù)方案

3.1 地下墻分幅及施工順序

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，合理選擇施工工藝，現(xiàn)場(chǎng)采用金泰SG46成槽機(jī)進(jìn)行施工，考慮地連墻和工程樁同時(shí)施工，對(duì)地連墻的分幅進(jìn)行合理布置，并對(duì)首開幅的位置選擇和打樁位置順序的選擇進(jìn)行了全面考慮。

1)地連墻分幅：

為了避免樁基施工和地連墻施工相互影響，地連墻施工順序和樁基施工為相反方向；首開幅選擇在場(chǎng)地南北段中部，幅寬為5.5 m，連接幅幅寬為6.5 m，閉合幅根據(jù)分幅計(jì)算約為5.5 m，轉(zhuǎn)角部位異型幅全部展開后不大于6 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算，各施工段除6 m標(biāo)準(zhǔn)幅外，其他非標(biāo)準(zhǔn)幅有2.8 m,3.2 m,4.1 m,4.2 m,4.5 m,4.6 m,5.4 m等七種類型。

2)地下連續(xù)墻施工順序：

現(xiàn)場(chǎng)采用4臺(tái)成槽機(jī)進(jìn)行施工，在東側(cè)作為獨(dú)立施工段單獨(dú)采用一臺(tái)成槽機(jī)進(jìn)行先期施工；另兩臺(tái)以北側(cè)突出部位點(diǎn)為分界線分別沿北、南方向進(jìn)行或者以中間軸為基準(zhǔn)線，南側(cè)以中間軸為基準(zhǔn)線向西進(jìn)行施工，第四臺(tái)以軸為基準(zhǔn)線或以軸為基準(zhǔn)線向東進(jìn)行施工。

3.2 主要施工工藝

1)地連墻定位。

現(xiàn)場(chǎng)定位采用閉合回測(cè)法，根據(jù)業(yè)主移交基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行地下連續(xù)墻控制樁測(cè)量放線。在基坑外圍引入控制樁，測(cè)出地下連續(xù)墻的控制樁，控制樁均采用保護(hù)樁。設(shè)置場(chǎng)內(nèi)高程控制點(diǎn)，以此保證導(dǎo)墻和地下連續(xù)墻的標(biāo)高。導(dǎo)墻定位嚴(yán)格按地下室外墻軸線外擴(kuò)2.1 m來定位準(zhǔn)確。

施工過程中，應(yīng)對(duì)所有定位基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，且定期對(duì)基坑外圍的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，保證導(dǎo)墻位置的準(zhǔn)確性。

2)導(dǎo)墻施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，本工程導(dǎo)墻選用倒“L”型。導(dǎo)墻間距850 mm。導(dǎo)墻頂板寬度1 500 mm，厚度200 mm。導(dǎo)墻頂面高出自然地坪0.1 m，避免成槽過程中周圍的散水倒流，污染泥漿。導(dǎo)墻分段施工，每30 m～50 m為一段，施工縫位置與地下連續(xù)墻柔性接頭錯(cuò)開。導(dǎo)墻鋼筋錨入混凝土施工道路500 mm。

為了保證導(dǎo)墻能深入原土深度500 mm以上，現(xiàn)場(chǎng)各段導(dǎo)墻具體做法如下：基坑北面A～B段中，雜填土厚度3 m左右，卸土2 m后進(jìn)行導(dǎo)墻施工，導(dǎo)墻深為2 m；東面B段～C段中雜填土厚度約3 m，東段為現(xiàn)場(chǎng)臨建區(qū)不進(jìn)行卸土，現(xiàn)場(chǎng)采用單軸攪拌短樁進(jìn)行導(dǎo)墻支護(hù)，導(dǎo)墻深為2 m；南面C段～D段雜填土厚度比較深，平均6 m左右，卸土2 m后，需要考慮對(duì)導(dǎo)墻按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行單軸攪拌短樁加固。西面D段～A段雜填土厚度3 m左右，場(chǎng)地外圍為市政綠化，卸土3 m后，確定導(dǎo)墻深為2 m。

本工程導(dǎo)墻所處的第一層雜填土層于2012年5月回填，未經(jīng)碾壓，結(jié)構(gòu)松散，不密實(shí)，場(chǎng)區(qū)普遍分布。導(dǎo)墻位置局部做卸土處理，剩余部分做短樁支護(hù)。為了保證施工質(zhì)量和安全性，在導(dǎo)墻和短樁支護(hù)施工前，在導(dǎo)墻、短樁支護(hù)位置和成槽機(jī)內(nèi)循環(huán)道路的25 m范圍采用30 t震動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓夯實(shí)兩遍(見圖2)。

3.3 泥漿配比

本工程成槽深度最深為28 m。地下連續(xù)墻越深，各道工序施工時(shí)間越長(zhǎng)，槽孔暴露時(shí)間越長(zhǎng)，越容易引起槽孔沉渣增厚和槽段失穩(wěn)等問題。為此本工程應(yīng)根據(jù)地層土質(zhì)是否為含砂層及具體施工情況嚴(yán)格控制泥漿的粘度和比重(見新鮮泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo))。在成槽過程中，經(jīng)過含砂性土質(zhì)時(shí)，調(diào)整護(hù)壁泥漿配合比，增加泥漿護(hù)壁能力，保證槽壁穩(wěn)定。

1)泥漿材料及配合比。由于本工程地處汾河一級(jí)階地，且地連墻通過具有液化性的砂層土，極易發(fā)生流砂現(xiàn)象，所以地連墻成槽過程中對(duì)護(hù)壁泥漿進(jìn)行了多次試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)采用“膨潤(rùn)土+純堿+其他添加劑”進(jìn)行配置。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軟弱土層較厚、塌孔漏漿等特點(diǎn)，泥漿制備時(shí)增大泥漿比重，并加入鋸末(減少泥漿的漏失量)及粘土。

根據(jù)地勘報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)分段配置泥漿，保證各地質(zhì)階段在地連墻成槽過程中起泥漿的護(hù)壁性能和槽壁穩(wěn)定性，同時(shí)改變泥漿的攜渣能力和回收處理等方面的性能。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)配比調(diào)整，確定選用新型的復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土(優(yōu)鉆100)泥漿?，F(xiàn)場(chǎng)成槽經(jīng)過第③層至第⑥層細(xì)沙層土?xí)r將泥漿配合比調(diào)整如表1所示。

表1 護(hù)壁泥漿配合比 kg

2)泥漿級(jí)配。在每幅槽段新開始前配置新泥漿，按常規(guī)理論進(jìn)行配比，在成槽經(jīng)過細(xì)沙層時(shí)將泥漿進(jìn)行重新調(diào)整，比重控制在1.05～1.06左右，粘度時(shí)間加長(zhǎng)5 s～10 s。根據(jù)成槽施工中的地質(zhì)情況，適時(shí)調(diào)整泥漿配合比，保證槽壁穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)回收的廢漿進(jìn)行檢測(cè)，不滿足配合比回收重復(fù)利用的全部廢棄，用密封罐全部外運(yùn)。

3)回收泥漿經(jīng)過凈化處理后，重新對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，并調(diào)整配合比，在比重和粘度均達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)要求后方可重復(fù)使用。

3.4 地連墻成槽施工

成槽機(jī)的選擇必須滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。本工程現(xiàn)場(chǎng)地連墻成槽采用四臺(tái)金泰SG46成槽機(jī)，設(shè)備配置自動(dòng)糾偏和垂直顯示裝置，成槽過程中能夠保證成槽深度范圍內(nèi)地連墻垂直偏差在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

1)為了避免擾動(dòng)各幅段地連墻，現(xiàn)場(chǎng)采用“跳槽法”進(jìn)行成槽。在確定首開幅和閉合幅后，在兩幅首開幅兩端進(jìn)行對(duì)稱成槽施工，保證兩側(cè)切土均衡，確保已成型地連墻垂直。單幅成槽也采用兩端切土保證槽壁垂直，局部槽段采用兩鉆一抓。

2)成槽施工中，循環(huán)池泥漿也開始注入開挖槽段，邊開挖邊注入，泥漿液面不得低于地下水位，且保持在導(dǎo)墻頂面0.2 m以下。成槽完成后及時(shí)進(jìn)行清槽，采用泵吸反復(fù)循環(huán)，保證槽內(nèi)沉渣厚度。

泥漿回收后在沉淀池需進(jìn)行物理處理，并進(jìn)行檢測(cè)。混凝土澆筑過程中上部泥漿回收到沉淀池，進(jìn)行處理后再利用，但當(dāng)混凝土澆筑到距離頂部5 m～6 m范圍時(shí)及時(shí)檢測(cè)泥漿配比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐混凝土頂面以上4 m范圍內(nèi)泥漿攜渣多，且粘度時(shí)間短，不進(jìn)行回收利用，全部廢棄不用，排到廢漿池內(nèi)。

3.5 地連墻鋼筋籠的制作與安裝

1)本工程鋼筋籠制作場(chǎng)地采用混凝土硬化，制作平臺(tái)采用14號(hào)槽鋼搭設(shè)，布置尺寸：橫向6 m，縱向30 m，槽鋼縱向間距為3 m。制作平臺(tái)距地面40 mm。槽鋼與槽鋼之間焊接聯(lián)成整體。

2)鋼筋籠吊裝：地下連續(xù)墻厚度為0.8 m，最重鋼筋籠按幅寬6 m算，鋼筋籠最重約28 t，鋼筋籠長(zhǎng)33.95 m。鋼筋籠吊裝采用主副吊起吊，現(xiàn)場(chǎng)主吊采用70 t履帶吊，副吊采用50 t汽車吊。當(dāng)副吊距地面大于1.5 m進(jìn)行鋼筋籠轉(zhuǎn)體，由主吊吊裝鋼筋籠行駛至成槽段(行車路線離槽邊不小于3.5 m)。鋼筋籠穩(wěn)定后插入槽內(nèi)。鋼筋籠入槽過程中，必須慢慢放入，不得快速猛落，強(qiáng)行插入。鋼筋籠下放高度位置必須嚴(yán)格控制，確保預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)埋件位置的準(zhǔn)確性。鋼筋籠入槽后調(diào)整好標(biāo)高，矯正后用兩根槽鋼卡住吊筋，橫放于導(dǎo)墻上，固定位置防止下沉。在混凝土澆筑前采用鋼管將鋼筋籠錨固筋和混凝土澆筑架固定，防止初次澆筑鋼筋籠上浮。

4 結(jié)語

在山西汾河一級(jí)階地沖積地層進(jìn)行地下工程施工，不僅要考慮場(chǎng)地的液化問題，還需要考慮成槽過程中的流沙、涌砂現(xiàn)象。地下連續(xù)墻采用成槽機(jī)成槽，按照單元槽段逐段施工，合理把控各工序施工時(shí)間，根據(jù)不同地層分別配置不同的泥漿進(jìn)行護(hù)壁，有效解決了地連墻施工中縮頸、塌孔等問題。該施工技術(shù)可操作性強(qiáng)，大大提高了施工質(zhì)量及生產(chǎn)效率，在山西建投商務(wù)中心項(xiàng)目得到了很好的應(yīng)用，并榮獲中施協(xié)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。