軟土環(huán)境下超深地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)研究

荀 為 卓

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433)

0 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，地下開發(fā)規(guī)模日益增大、建設(shè)難度日益復(fù)雜，其變形和環(huán)境影響更加明顯。作為地下空間開發(fā)的主要建設(shè)方式——深基坑工程的規(guī)模和深度越來越大，同樣作為深基坑工程最為安全可靠的圍護(hù)結(jié)構(gòu)——地下連續(xù)墻的深度也越來越深，地質(zhì)條件和建設(shè)環(huán)境亦越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻施工方法存在一些缺陷和局限性，抓斗成槽機(jī)在堅(jiān)硬的砂層、巖層成槽難度極大，甚至無法成槽；超深地下連續(xù)墻因其垂直度要求更高，傳統(tǒng)地下連續(xù)墻施工工藝難以做到；超深地下連續(xù)墻中，傳統(tǒng)施工方法的一些工序如鎖口管提拔風(fēng)險(xiǎn)過高，如鎖口管起拔摩阻力太大、型鋼接頭鋼筋籠起吊風(fēng)險(xiǎn)太高；超深地下連續(xù)墻成槽時(shí)間長(zhǎng)，相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間是靠泥漿來保持槽壁的穩(wěn)定的，對(duì)護(hù)壁泥漿的性能和施工控制技術(shù)要求也會(huì)更高。此外超深地下連續(xù)墻施工單幅槽段周期較長(zhǎng)，施工過程對(duì)環(huán)境的影響控制也提出了更高的要求?；诖?，本文以軟土城市核心城區(qū)緊鄰運(yùn)營(yíng)軌道交通線的重大工程為依托，開展超深地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)研究，研究軟土復(fù)雜敏感環(huán)境下的超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)，為軟土地區(qū)地下空間開發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。

1 工程概況

本文的背景工程是在建的上海浦西第一高樓——徐家匯中心項(xiàng)目，該項(xiàng)目是大型綜合體項(xiàng)目，位于上海市徐家匯核心地段，北臨規(guī)劃四路、南臨虹橋路、東臨恭城路、西臨宜山路。工程占地面積約6.6萬m2，基坑面積約5.5萬m2，地下室大部分為6層，普遍挖深32.45 m，局部深坑挖深37.15 m。項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜，建(構(gòu))筑物密集，東側(cè)緊鄰地鐵11號(hào)線且與11號(hào)線車站主體共墻，北側(cè)地鐵9號(hào)線隧道區(qū)間穿越地塊(見圖1)。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，6層地下室區(qū)域外圍采用銑接頭形式，其余地下連續(xù)墻采用十字鋼板接頭形式，地下連續(xù)墻共計(jì)378幅，總延長(zhǎng)米近2 000 m，其中75 m深深銑接頭地下連續(xù)墻共213幅，延長(zhǎng)米1 018 m(見圖2)。

本工程地下連續(xù)墻施工面臨的主要難特點(diǎn)有：地墻深度大，最深達(dá)75 m，墻底位于⑨1粉砂層，超深地下連續(xù)墻致鋼筋籠起吊重量大；場(chǎng)地位于徐家匯繁華地段，場(chǎng)地橫跨地鐵9 號(hào)線、緊鄰11 號(hào)線，周邊分布有較多高層建筑，場(chǎng)地周邊道路下方分布有電力、信息、能源、雨水等管線，環(huán)境十分復(fù)雜。

2 槽壁穩(wěn)定性分析

影響地下連續(xù)墻施工安全穩(wěn)定性的主要因素有很多，比如地質(zhì)條件、施工工藝、成墻深度、泥漿比重及混凝土澆筑等，其中在成槽過程中槽段開挖深度越大，對(duì)地質(zhì)土層擾動(dòng)越大，成槽垂直度控制越難，對(duì)施工的要求亦越高。在地下連續(xù)墻開始施工前，對(duì)其槽壁穩(wěn)定性進(jìn)行分析，掌握超深地下連續(xù)墻成槽對(duì)周圍土層的影響規(guī)律，以期采取針對(duì)性的安全施工措施指導(dǎo)實(shí)際工程施工。

通過大型有限元數(shù)值分析軟件建立三維模型對(duì)不同成槽深度的槽壁分別進(jìn)行了計(jì)算分析，總結(jié)出成槽深度對(duì)周圍土層側(cè)向位移的影響。因?qū)嶋H施工場(chǎng)地土層厚度分布不均、地下障礙物眾多且雜亂無規(guī)律等因素，故計(jì)算模型中采用單一土層來模擬場(chǎng)地條件，但是模型可反映土體剛度隨深度的變化。在每一成槽施工步中，通過“殺死”相應(yīng)單元來模擬開挖成槽，開挖成槽后立即在槽壁和槽底面施加靜水泥漿壓力，計(jì)算達(dá)到平衡狀態(tài)。通過建模計(jì)算，得出成槽深度與最大側(cè)向位移關(guān)系如圖3所示，成槽階段泥漿液面下降與最大側(cè)向位移、土層沉降量關(guān)系如圖4，圖5所示。

從圖3～圖5可看出，側(cè)向位移、土層沉降量和成槽深度總體上是呈正相關(guān)線性變化關(guān)系。成槽深度由30 m增加到70 m時(shí)，成槽階段最大側(cè)向位移由6.58 mm增加到7.12 mm，增幅8.2%，即每10 m成槽深度增幅約為2.1%。當(dāng)泥漿液面由正常情況下降2 m時(shí)，其側(cè)向位移由6.2 mm增加到12.8 mm，最大值增幅106%，即泥漿液面每下降0.5 m，側(cè)向位移增加百分比為26.6%；當(dāng)泥漿液面下降2 m時(shí)，2 m深度處土層的最大沉降量由2.3 mm增加到5.15 mm，最大值增幅124%，即泥漿液面每下降0.5 m，地層沉降量增加百分比為31%。槽段泥漿液面下降在成槽過程中應(yīng)引起足夠重視，必須保證槽段中泥漿液面滿足規(guī)范要求，但出現(xiàn)液面下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)研究

地下連續(xù)墻套銑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)銑輪的旋轉(zhuǎn)，以銑輪上的刀齒將接先行施工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常用的鑿毛作用，使得后澆筑施工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作用，是目前最為先進(jìn)的一種地下連續(xù)墻接頭形式。套銑工藝作為一種新的施工方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外一些地區(qū)的超深地墻項(xiàng)目中有所應(yīng)用，套銑工藝施工如圖6所示。

3.1 套銑一期槽段施工關(guān)鍵技術(shù)

1)抓銑結(jié)合施工。

本工程75 m地下連續(xù)墻較深，為保證墻體整體垂直度滿足設(shè)計(jì)要求1/500，對(duì)于上部純抓土體用液壓抓斗成槽機(jī)抓至40 m，然后用雙輪銑槽機(jī)銑至設(shè)計(jì)深度。一期槽段采用抓銑結(jié)合的成槽工藝進(jìn)行成槽，發(fā)揮了不同成槽設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，以液壓抓斗成槽機(jī)抓取黏土、雙輪銑槽機(jī)銑削砂土的方法取長(zhǎng)補(bǔ)短，是軟土地基中地下連續(xù)墻最為合理的成槽工藝。

2)垂直度控制。

一期槽段成槽施工，其定位和垂直度控制直接影響到二期槽段套銑接頭的施工質(zhì)量，利用全站儀定位、銑槽機(jī)機(jī)載計(jì)算機(jī)、液壓糾偏系統(tǒng)、超聲波檢測(cè)等多種方法或相結(jié)合，在成槽施工過程中加以控制，在成槽完成后再加以檢測(cè)，形成一套的槽段定位、糾偏的施工技術(shù)，能夠有效的控制一期槽段的垂直度，為套銑接頭的施工創(chuàng)造先決條件。

3)鋼筋籠制作與吊放。

在確保成槽垂直度滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，通過高精度的超長(zhǎng)鋼筋籠制作和吊放技術(shù)，有效保證一期槽段鋼筋籠在槽段內(nèi)安放在準(zhǔn)確的位置，避免二期槽段套銑銑削到鋼筋籠，有效保證套銑接頭的順利施工。

3.2 套銑二期槽段施工技術(shù)研究

1)二期槽段銑削混凝土厚度將關(guān)系到其能否形成有效的套銑接頭，銑削一期槽段混凝土的厚度在保證接縫需要的前提下，還應(yīng)結(jié)合地下連續(xù)墻深度合理選定。在目前的施工精度下，套銑接頭銑削混凝土厚度一般為200 mm，當(dāng)深度超過60 m的應(yīng)選取搭接300 mm。本工程75 m地墻銑削混凝土兩端各為300 mm。

2)二期槽段成槽時(shí)銑削一期槽段端面混凝土，故二期槽段施工受一期槽段影響較大。二期槽段施工時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)一期槽段的端面垂直度情況進(jìn)行糾偏控制(見圖7)，并采取必要的防抖動(dòng)措施來避免銑削混凝土?xí)r銑槽機(jī)抖動(dòng)所產(chǎn)生的影響。

3)二期槽段成槽完畢后需要采用刷壁器進(jìn)行刷壁，并利用銑槽機(jī)反循環(huán)清基技術(shù)進(jìn)行清基換漿，這些措施能夠有效的減少槽底成渣和接縫夾泥，保證地下連續(xù)墻套銑施工質(zhì)量。

3.3 套銑泥漿工藝

由于銑槽機(jī)依靠銑刀齒銑削成槽，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，其主要起到泥漿護(hù)壁、攜渣和冷卻銑輪的作用。除了確定適宜的泥漿配比和性能指標(biāo)外，還由于銑槽機(jī)泵吸反循環(huán)流量大，效率高，傳統(tǒng)的泥漿供應(yīng)手段很難滿足銑槽機(jī)施工需要，因此在施工前還必須建立一個(gè)能高效運(yùn)作的泥漿系統(tǒng)以保證銑槽機(jī)施工時(shí)泥漿循環(huán)供應(yīng)的需要。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范、本工程地質(zhì)條件、水文情況、類似工程經(jīng)驗(yàn)以及我司地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程75 m深套銑地墻施工階段泥漿控制指標(biāo)為：新漿粘度控制在不小于23 s，比重為1.03～1.08；循環(huán)漿粘度不小于25 s，黏土層中比重小于1.2，砂土層中比重小于1.3；清基后泥漿比重為1.05～1.2。

新漿應(yīng)提前配置儲(chǔ)存，經(jīng)過不少于24 h的水化過程才能投入使用，新漿主要用于首開幅施工、配兌調(diào)節(jié)循環(huán)泥漿性能、槽段清基換漿三個(gè)方面。泥漿在施工過程中進(jìn)行循環(huán)利用，還需要一個(gè)系統(tǒng)對(duì)泥漿進(jìn)行除砂凈化處理。

4 臨近地鐵保護(hù)區(qū)域施工關(guān)鍵技術(shù)

軌道交通9號(hào)線位于背景工程場(chǎng)地西北側(cè)，自場(chǎng)地西北側(cè)橫穿，距主體基坑外邊線約10 m。軌道交通11號(hào)線位于場(chǎng)地東側(cè)，基坑與其相鄰。施工中必須采取一定的技術(shù)措施保障地鐵9號(hào)線、11號(hào)線安全?；诖藦?fù)雜敏感的環(huán)境保護(hù)要求，通過與地鐵運(yùn)營(yíng)公司溝通，并根據(jù)“上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定”執(zhí)行有關(guān)地鐵沿線工程有關(guān)要求采取以下技術(shù)措施來保障運(yùn)營(yíng)地鐵線安全。

1)在地鐵工程外邊線兩側(cè)鄰近3 m范圍內(nèi)不進(jìn)行任何工程。隧道中心線兩側(cè)各30 m、車站中心線兩側(cè)各50 m范圍內(nèi)為保護(hù)范圍加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，當(dāng)?shù)罔F結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)沉降量及水平位移量、隧道變形曲線的曲率半徑、相對(duì)彎曲等任一項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)時(shí)應(yīng)立即停止施工，待變形穩(wěn)定后重新施工。

2)施工進(jìn)場(chǎng)后，著手布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；積極同隧道監(jiān)測(cè)單位聯(lián)系，及時(shí)獲取隧道內(nèi)部自動(dòng)監(jiān)測(cè)的最新數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整以保證隧道變形在規(guī)范、設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；通過自身監(jiān)測(cè)及隧道監(jiān)測(cè)單位雙方的監(jiān)測(cè)，更好的對(duì)車站隧道的信息得以了解，一旦超過警戒值立即報(bào)警，并安排專項(xiàng)事故處理進(jìn)行加固或其他措施。

3)施工參數(shù)嚴(yán)格控制。本工程超深地下連續(xù)墻成槽設(shè)備采用銑槽機(jī)與成槽機(jī)進(jìn)行抓銑結(jié)合施工，泥漿采用NV-1鈉土泥漿進(jìn)行護(hù)壁，加之其他輔助手段，能確保槽壁穩(wěn)定與成槽順利；合理布置機(jī)械設(shè)備、材料堆放等場(chǎng)地布置，合理安排施工流程，成槽時(shí)槽壁附近應(yīng)盡可能避免堆載和機(jī)械設(shè)備對(duì)槽壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力，并減少振動(dòng)；導(dǎo)墻做成“][”形以防導(dǎo)墻坍塌，并采用雙層配筋的措施；嚴(yán)格控制泥漿的液位，液位下落及時(shí)補(bǔ)漿，以防塌方。在距離建構(gòu)筑物過近區(qū)域，將泥漿液面抬高，泥漿比重在規(guī)范允許的條件下適當(dāng)提高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)軟土地區(qū)超深地下連續(xù)墻成槽工效低、槽壁易失穩(wěn)、垂直度控制難等技術(shù)難題，結(jié)合軟土地區(qū)城市核心區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件和建設(shè)環(huán)境，以重大工程為依托，研究了槽壁穩(wěn)定性、套銑一期槽段“抓銑結(jié)合”成槽、二期槽段套銑成槽等關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，有效的保證了超深地下連續(xù)墻的質(zhì)量和安全施工。該工程378幅地墻已施工完成，施工工藝及施工質(zhì)量均可滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，其中223幅75 m超深地墻垂直度都小于1/500，地墻施工充盈系數(shù)總體在1.05左右，從側(cè)面印證了該工程地墻施工質(zhì)量。同時(shí)通過制定臨近地鐵保護(hù)區(qū)域施工關(guān)鍵技術(shù)措施，減小了施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，有力的確保了運(yùn)營(yíng)地鐵線的安全。本文所闡述的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟土超75 m深地下連續(xù)墻在商業(yè)性項(xiàng)目大規(guī)模實(shí)施，可為今后軟土更深地墻提供了技術(shù)支撐和參考。