嚴(yán)寒地區(qū)超深地下連續(xù)墻施工

黃斌 郎濤

摘 要：哈爾濱地處北方，冬季漫長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間約為當(dāng)年11月～翌年3月，由于地鐵施工的連續(xù)性特點(diǎn)，在過程中無法避免的將進(jìn)行部分嚴(yán)寒條件下施工。本文通過敘述其成槽、刷壁、換漿三個(gè)方面，以達(dá)到地連墻施工成品質(zhì)量可控，后續(xù)基坑開挖安全風(fēng)險(xiǎn)可控的目的。對(duì)今后在嚴(yán)寒地區(qū)條件下的地連墻施工提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：地連墻;嚴(yán)寒;質(zhì)量;成槽;刷壁;換漿

在嚴(yán)寒天氣條件下的地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于基坑較深，為保證基坑開挖的安全順利實(shí)施，一般采用地下連續(xù)墻入巖以達(dá)到隔水的目的。目前，在哈爾濱現(xiàn)有車站大部分采用此類方法進(jìn)行施工。由于施工周期長(zhǎng)，占用場(chǎng)地較大，嚴(yán)寒氣候下質(zhì)量控制難度較大，因此往往在基坑開挖過程中導(dǎo)致地連墻出現(xiàn)滲漏水等問題，給基坑開挖帶來較大安全隱患。

1 工程實(shí)例概況

哈爾濱市地鐵3號(hào)線是哈爾濱市軌道交通規(guī)劃中內(nèi)城的唯一一條環(huán)線，線路繞主城區(qū)敷設(shè)，貫穿哈爾濱道里區(qū)、道外區(qū)、南崗區(qū)、香坊區(qū)、哈西地區(qū)五個(gè)區(qū)。

1.1 施工概況

車站全場(chǎng)長(zhǎng)308m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.3m，基坑深27.698m～33.365m，地下三層結(jié)構(gòu)，車站共設(shè)4個(gè)出入口，其中2號(hào)出入口頂出，3個(gè)消防疏散口及2組風(fēng)亭。車站總建筑面積27352.04m²，采用明挖順做法施工。

車站位于道路交叉口，設(shè)于城市主干道之下，車流量大，施工期間為保證道路的正常通行能力，施工圍擋場(chǎng)地較小;另外，哈爾濱冬期較長(zhǎng)，每年有效施工時(shí)間僅為7個(gè)月，對(duì)進(jìn)度要求較高。

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，厚度1000mm（局部1200 mm），地下連續(xù)墻標(biāo)準(zhǔn)幅寬5.0～6.0m，C35P8水下混凝土澆筑。設(shè)計(jì)墻深為54m、52、51、50m四種類型屬超深地連墻。開挖地層主要為細(xì)砂、中粗砂、粉質(zhì)粘土、中粗砂、粉質(zhì)粘土、中粗砂、礫砂，墻底進(jìn)入粉質(zhì)泥巖，入巖深度約2.5～7.8m。墻幅分為“一”型、“L”型、“Z”型、“T” 型、“”型。接頭采用十字鋼板接頭。

1.2 自然條件

哈爾濱地處東北亞中心地帶，位于中最北端，是中國(guó)緯度最高、氣溫最低的城市。冬季（11～翌年3月）受極地大陸氣團(tuán)控制，嚴(yán)寒干燥，寒潮頻繁，冬季漫長(zhǎng)，雪覆大地。冬季歷年平均氣溫為-14.2℃。

2 施工重難點(diǎn)

2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，地下連續(xù)墻成槽深度約為51.0m～54.0m，標(biāo)準(zhǔn)幅寬度6m，墻厚1.0 m（局部1.2 m），每幅墻成槽時(shí)間約為22個(gè)小時(shí)，且根據(jù)地質(zhì)變化情況成槽時(shí)間有可能還會(huì)增加。因此，成槽時(shí)間控制是施工重點(diǎn)。

2.2 根據(jù)地勘揭示，施工區(qū)域地質(zhì)多為砂層及粉質(zhì)黏土，可塑性不強(qiáng)，以及承壓水影響增加了成槽過程中泥漿配比難度，小于0.075mm顆粒難以篩分，因此，成槽質(zhì)量控制是重點(diǎn)。

2.3 由于地下連續(xù)墻槽段開挖深度較深，對(duì)成槽垂直度精度要求較高，因此，成槽垂直度控制是重點(diǎn)。

3 成槽

槽段開挖是地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵工序，成槽作業(yè)時(shí)間約占單元槽段施工周期的一半，成槽后槽內(nèi)土體形狀決定了連續(xù)墻成墻后的形態(tài)，是決定地下連續(xù)墻施工效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。

根據(jù)車站水文地質(zhì)情況，地下連續(xù)墻成槽采用GB60液壓抓斗成槽機(jī)挖土的方法施工，膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁。

3.1 成槽施工

按槽段處于基坑部位及特殊拐角等位置的劃分，標(biāo)準(zhǔn)段采用“三抓成槽”的方法進(jìn)行開挖，即施工時(shí)，第一抓、第二抓先抓兩側(cè)土體，最后抓中間位置土體;異形槽段先抓短邊槽段，后抓長(zhǎng)邊槽段。

成槽過程中，槽內(nèi)泥漿面不應(yīng)低于導(dǎo)墻底部，同時(shí)槽內(nèi)泥漿面應(yīng)高于地下水位0.5m。泥漿應(yīng)隨著出土量補(bǔ)入，以保證泥漿液面在規(guī)定的高度，在抓斗掘進(jìn)時(shí)，不宜補(bǔ)入泥漿。成槽時(shí)不宜快速掘進(jìn)，以防槽壁失穩(wěn)。當(dāng)挖至槽底2m左右時(shí)，應(yīng)用測(cè)繩配合測(cè)深，防止超挖和欠挖。

清底置換結(jié)束后，對(duì)槽內(nèi)底、中、頂三倍部位的泥漿及成槽深度進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求則必須再次進(jìn)行清底置換，直到滿足要求位置。

地連墻成槽完成后，按照規(guī)范要求進(jìn)行垂直度偏差檢測(cè)，垂直度按照規(guī)范要求控制在≤1/300;槽段深度誤差為：0-100mm;

3.2 嚴(yán)寒天氣設(shè)備積水凍結(jié)

在施工過程中由于室外溫度較低水凍結(jié)時(shí)間較快，因此成槽機(jī)絞盤會(huì)隨著施工過程中積水凍結(jié)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行或出現(xiàn)設(shè)備安全故障。因此解決該問題是成槽施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

項(xiàng)目施工時(shí)采購(gòu)了蒸汽發(fā)生器，該設(shè)備可產(chǎn)生0.4Mpa壓力的熱蒸汽，通過管路將蒸汽接口接至成槽機(jī)絞盤位置，在成槽施工過程中通過熱蒸汽的吹噴來避免成槽機(jī)絞盤積水結(jié)冰，解決了設(shè)備受凍問題。

3.3 槽段檢驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)采用超聲波測(cè)壁儀分兩個(gè)部位檢測(cè)同一幅地連墻，兩個(gè)部位的平均值即為槽段壁面平均垂直度。

4 刷壁及換漿

4.1 刷壁

由于該工程地連墻屬超深地連墻，使用普通刷頭無法將槽壁完全清理干凈。因此根據(jù)地連墻接頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自行加工鋼板刷頭安裝在成槽機(jī)抓斗一側(cè)，利用成槽機(jī)抓斗自身重量加大刷壁力度，使其接縫處雜物能更好的清理干凈。

4.2 清底

槽底沉渣將對(duì)地下連續(xù)墻的承載力和抗?jié)B能力產(chǎn)生影響，因此，清槽換漿是地下連續(xù)墻施工中非常重要的一道工序。

沉淀法掃孔。使用挖槽作業(yè)的液壓抓斗直接挖除槽底沉渣。由于泥漿有一定的比重和粘度，土渣在泥漿中沉降會(huì)受阻滯，沉到槽底需要一段時(shí)間，因而采用沉淀法清底要在成槽（第一次掃孔）結(jié)束3小時(shí)左右之后才開始。

4.3 換漿

換漿是置換法清底作業(yè)的延續(xù)，當(dāng)空氣升液器在槽底部往復(fù)移動(dòng)不再吸出土渣，實(shí)測(cè)槽底沉渣厚度不大于10cm時(shí)，即可停止移動(dòng)空氣升液器，開始置換槽底部不符合質(zhì)量要求的泥漿。

清底換漿是否合格，以取樣試驗(yàn)為準(zhǔn)，當(dāng)槽內(nèi)每遞增5米深度及槽底處各取樣點(diǎn)的泥漿采樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)都符合規(guī)定指標(biāo)后，清底換漿才算合格。

4.3.1 墻底沉渣厚度控制措施

4.3.1.1 用合格的泥漿置換成槽時(shí)的泥漿.必須待槽內(nèi)的泥漿全部被置換方可停止清底，對(duì)各個(gè)深度的泥漿進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定（比重、粘度），如不符合要求還需重新清底。

4.3.1.2 泥漿置換過程必須連續(xù)進(jìn)行，槽內(nèi)泥漿指標(biāo)達(dá)到要求即完成。

4.3.1.3 循環(huán)用泥漿泵其每小時(shí)的泵送量應(yīng)達(dá)到既不影響置換效果又不對(duì)槽壁造成沖刷的流量。

4.3.1.4 認(rèn)真清基并經(jīng)過檢查后，及時(shí)下放鋼筋籠、導(dǎo)管及接頭箱，并在4小時(shí)內(nèi)澆灌混凝土。

4.3.1.5 下完導(dǎo)管后，混凝土澆筑前，對(duì)槽段內(nèi)泥漿進(jìn)行取樣檢測(cè)，如泥漿不符合規(guī)范要求，則利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。

4.3.2 泥漿篩分

由于哈爾濱地質(zhì)條件的特殊性（全富水砂層、存在0.25mm以下的粉細(xì)砂），在地連墻施工過程中，泥漿受地下水影響粘稠度下滑，粉細(xì)砂無法從泥漿中分離出來加大泥漿比重，其后果將導(dǎo)致：泥漿比重過大混凝土澆筑質(zhì)量難以控制、導(dǎo)致漏筋和夾泥夾渣，給基坑開挖施工帶來風(fēng)險(xiǎn)。

在施工前，項(xiàng)目改裝了泥漿篩分設(shè)備及篩分工序，篩分設(shè)備由前臺(tái)一次篩分增加了后臺(tái)（泥漿池）二次篩分，篩分設(shè)備采用0.06mm雙螺旋篩分設(shè)備進(jìn)行泥漿篩分，有效的控制了泥漿中含沙量。

4.4 嚴(yán)寒條件下泥漿質(zhì)量保證

4.4.1 加強(qiáng)泥漿調(diào)配質(zhì)量

使用噴閏土+纖維素的方式調(diào)配泥漿，必要時(shí)可調(diào)整泥漿粘稠度，確保護(hù)壁有效。

4.4.2 保溫

在施工過程中，泥漿管路在外部暴露，受嚴(yán)寒氣溫影響會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，可采用電加熱帶纏繞+保溫棉包裹的方式保證管路內(nèi)泥漿的不凍結(jié)，管路不“掛蠟”。

4.4.3 充分利用流動(dòng)性保溫

由于泥漿具有一定的粘稠性，在后盤泥漿池配制攪拌過程中無法使用加熱棒進(jìn)行加熱，因此可適當(dāng)?shù)牟捎脽崴M(jìn)行泥漿制作并采用24小時(shí)攪拌不靜置的方式避免凍結(jié)。同時(shí)安裝保溫棚+熱風(fēng)機(jī)等加熱設(shè)備保證泥漿溫度在零上5度以上。當(dāng)泥漿輸送至前盤后，在保證槽口內(nèi)泥漿液面標(biāo)高穩(wěn)定的情況下，使用回路泵進(jìn)行循環(huán)，保證泥漿不凍結(jié)。

5 結(jié)語

經(jīng)過施工檢驗(yàn)及施工完成后地連墻質(zhì)量分析結(jié)果顯示，該站超深地下連續(xù)墻在嚴(yán)寒條件下施工與非嚴(yán)寒條件下施工質(zhì)量無差別，墻體質(zhì)量可以保證。

在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)，深基坑施工已經(jīng)是普遍現(xiàn)象。但由于每年受嚴(yán)寒天氣影響，有效的施工周期僅為7～8個(gè)月，施工總周期較長(zhǎng)，管理成本無形中增加，項(xiàng)目成本壓力過大。以上施工經(jīng)驗(yàn)可有效指導(dǎo)施工項(xiàng)目增加施工周期，降低項(xiàng)目總體成本，并為在嚴(yán)寒條件下施工積累經(jīng)驗(yàn)。