簡(jiǎn)析復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工技術(shù)

李洪濤

中化學(xué)南方建設(shè)投資有限公司，中國·廣東 廣州 510000

1 引言

隨著中國城市建設(shè)的高速發(fā)展，土地資源日趨緊張，地下連續(xù)墻在深基坑工程中得到了廣泛應(yīng)用。但隨著施工穿越的地層越來越錯(cuò)綜復(fù)雜,施工的風(fēng)險(xiǎn)性也越來越大，論文依托中國深圳地鐵某項(xiàng)目為背景，結(jié)合工程實(shí)際施工技術(shù)難點(diǎn)以及施工過程中遇到的問題，提煉、總結(jié)了具有實(shí)際指導(dǎo)意義的地下連續(xù)墻槽壁加固技術(shù)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)、成槽設(shè)備選型技術(shù)、接頭處理技術(shù)，以期為類似工程地下連續(xù)墻施工“防塌、限沉”提供借鑒與參考。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)概況

深圳地鐵9 號(hào)線香梅站位于中國深圳市福田區(qū)，車站左線總長度為295.9m，右線總長度為516.2m，站臺(tái)寬10.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度19.5m。車站為地下兩層島式車站，站前設(shè)置單停車線及軌排基地，同時(shí)車站東西兩端設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井。本站地下連續(xù)墻施工深度為25.3～30.7m。地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)厚度為800mm，車站主體結(jié)構(gòu)采用復(fù)合墻結(jié)構(gòu)。本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻標(biāo)準(zhǔn)墻幅按照6m 寬分幅，地下連續(xù)墻接頭采用工字鋼接頭。

2.2 工程地質(zhì)概況

本站場(chǎng)地范圍內(nèi)巖土層從上到下依次為：①1雜填土、③4中粗砂層、⑤1淤泥質(zhì)土、⑥1可塑狀殘積礫質(zhì)粘性土、?1花崗巖全風(fēng)化帶、?2花崗巖強(qiáng)風(fēng)化帶、?3花崗巖中風(fēng)化帶、12-4 花崗巖微風(fēng)化帶。車站不良地質(zhì)有砂土和軟土。砂土：車站在填土以下見不連續(xù)沖洪積中粗砂層，局部以薄夾層揭示于粉質(zhì)粘土中，施工時(shí)，易發(fā)生塌孔。軟土：車站內(nèi)局部分布淤泥質(zhì)土層，淤泥質(zhì)土未經(jīng)處理，性質(zhì)較差。軟弱土地層的固結(jié)易導(dǎo)致地面沉降變形，甚至導(dǎo)致土體失穩(wěn)，在施工中易產(chǎn)生流泥，地震或震動(dòng)力作用時(shí)可能發(fā)生震陷，不利于基坑的開挖和穩(wěn)定。

2.3 水文概況

本車站勘察范圍內(nèi)地下水主要富含基巖（構(gòu)造）裂隙水和松散巖類孔隙水。其中松散巖類孔隙水主要賦存于第四系沖洪積砂層中，車站西北端距離小型湖泊較近，約50m，場(chǎng)地地下水接受地表水補(bǔ)給，兩者存在一定的水利聯(lián)系。按埋藏方式可分為包氣帶水、潛水和承壓水三種，場(chǎng)地水位較高，埋深0.9m 即可見初水位，潛水主要局部賦存在填土下部但范圍有限、水量不大，場(chǎng)地砂層水、基巖裂隙水等因上部覆蓋軟土及殘積土等微弱透水層而為承壓水，人工填土中局部含有包氣帶水。

3 地下連續(xù)墻在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工難點(diǎn)

該工程的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，含有雜填土、中粗砂、淤泥土及花崗巖等地層，具有軟硬不均的地質(zhì)特點(diǎn)，復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工易發(fā)生塌方及滲漏水情況，易在成槽階段出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，使得施工難度加大。在施工過程中需要解決的施工技術(shù)問題主要有：依據(jù)成槽段水文地質(zhì)情況來確定槽壁加固措施；依據(jù)地層軟硬情況來確定機(jī)械選型和快速成槽方法；依據(jù)槽壁穩(wěn)定性來確定護(hù)壁泥漿性能指標(biāo)及泥漿循環(huán)系統(tǒng)類型；依據(jù)特殊的地質(zhì)及水文情況來確定接頭類型和接頭處理方式。這些問題都是地下連續(xù)墻施工所要關(guān)注到的技術(shù)難點(diǎn)。

4 地下連續(xù)墻在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

4.1 連續(xù)墻槽壁加固施工技術(shù)

因本站地表存在較厚的素填土、砂層及淤泥層，為了保證地下連續(xù)墻在該地層施工的表面平整度及預(yù)防成槽塌孔，采用格柵式水泥土墻作為臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。深層攪拌樁直徑Φ600，樁間搭接長度不小于150mm。樁身采用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量20%。水泥漿水灰比為0.45～0.55。槽壁加固后起到了較好的防塌孔效果（見圖1、圖2）。

圖1 攪拌樁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖2 攪拌樁布置圖

4.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)

本工程由于地下連續(xù)墻成槽較深，各道工序施工時(shí)間長，在槽孔的長時(shí)間暴露中容易引起沉渣增厚和槽段失穩(wěn)等問題，因此本工程要適當(dāng)提高泥漿的粘度和比重，以增加泥漿懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，并保證槽壁穩(wěn)定。本工程采用泥漿配合比見表1。

表1 泥漿配合比

泥漿循環(huán)方式：正循環(huán)時(shí)用于挖槽工況，反循環(huán)時(shí)用于清孔工況。泥漿采用機(jī)械分離和自然重力沉淀相結(jié)合的方法進(jìn)行處理，換出來的泥漿在處理槽段內(nèi)采用一臺(tái)泥沙分離器和一臺(tái)濾沙機(jī)處理，以保證泥漿循環(huán)，有效保證了連續(xù)墻的施工質(zhì)量（見圖3）。

圖3 泥漿循環(huán)工藝流程圖

4.3 成槽設(shè)備選型技術(shù)

根據(jù)本站的水文地質(zhì)情況，針對(duì)非巖地質(zhì)的成槽施工工藝，采用液壓抓斗成槽施工工藝，在入巖段液壓抓斗無法開挖的部分采用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽，為保證車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)高效有序施工，地下連續(xù)墻上部采用SG60 液壓抓斗成槽，入巖段采用FD60HD 型（球齒）雙輪銑槽機(jī)成槽（見圖4）。

圖4 成槽設(shè)備組合施工示意圖

成槽過程中要合理安排一個(gè)槽段中的挖槽順序，使抓斗兩側(cè)的阻力均衡，消除成槽設(shè)備的垂直度偏差。根據(jù)成槽機(jī)的儀表控制垂直度，在成槽時(shí)盡量小心，抓斗每次下放和提升都緩慢勻速進(jìn)行，盡量減少抓斗對(duì)槽壁的碰撞和引起泥漿振蕩[1]。成槽機(jī)抓斗出入導(dǎo)墻槽時(shí)要慢提輕放，并防止循環(huán)泥漿外溢，施工中防止泥漿漏失并及時(shí)補(bǔ)漿，始終維持穩(wěn)定槽段所必須的液位高度，保證泥漿液面比地下水位高。以免影響導(dǎo)墻周邊及槽內(nèi)土體的穩(wěn)定性[2]。

在入巖時(shí)液壓抓斗成槽機(jī)無法開挖的部分采用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽，雙輪銑刀架上自帶有泥漿泵，在銑輪工作時(shí)同時(shí)將渣土與泥漿抽出，進(jìn)行排渣和泥漿循環(huán)（見圖5）。雙輪銑與液壓抓斗成槽機(jī)同樣在標(biāo)準(zhǔn)槽段首開槽采取三挖成槽，先挖兩邊，再挖中間；連接幅采用二抓成槽，先挖外側(cè)部分，再挖中間部分；閉合幅根據(jù)幅寬合理調(diào)整。銑槽機(jī)主要由銑槽機(jī)、起重設(shè)備、篩分及泥漿制備循環(huán)系統(tǒng)組成。銑槽機(jī)底部水平向排列安裝3 個(gè)液壓馬達(dá)，兩邊裝有銑齒的滾筒分別由兩邊兩個(gè)馬達(dá)帶動(dòng)，泥漿泵由中間液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，槽段開挖時(shí)，滾筒銑齒銑削破碎巖層，兩個(gè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，滾筒銑齒中間的吸砂裝置將銑削破碎巖體與泥漿混合吸至篩分及泥漿制備循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行處理，經(jīng)多次反復(fù)銑削破碎巖體和泥漿循環(huán)處理，最終達(dá)到快速破碎硬巖的目的。銑槽機(jī)設(shè)置測(cè)斜監(jiān)控系統(tǒng)，由機(jī)械操作手及時(shí)控制和糾偏成槽垂直度。通過優(yōu)化成槽設(shè)備選型技術(shù)，既節(jié)省了成本又可保證施工進(jìn)度[3]。

圖5 雙輪銑槽機(jī)成槽工藝圖

4.4 接頭處理技術(shù)

槽段混凝土澆灌前，先檢測(cè)槽底沉渣厚度，如不符合要求，進(jìn)行氣舉反循環(huán)二次換漿、二次清槽。

本地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻為工字鋼接頭形式。工字鋼接頭采用鋼板焊接而成，焊縫為角焊縫，焊角尺寸為8mm，工字鋼板加工時(shí)保證焊接后鋼板平直、焊縫嚴(yán)密牢固。工字鋼焊接在一期槽段鋼筋籠的兩側(cè)。首先施工首開幅，開挖時(shí)考慮外放尺寸及填充碎石、土袋寬度，施工前在工字鋼背后填充碎石、土袋。其次在連接幅及閉合幅槽段待成槽結(jié)束后對(duì)地下連續(xù)墻接頭用鋼刷壁器進(jìn)行刷壁處理。連接幅槽段鋼筋籠端頭向內(nèi)收10cm，便于二期槽段與一期槽段端頭相互嵌套，形成整體。最后閉合幅與連接幅相同，僅在施工時(shí)把鋼筋籠兩頭均向內(nèi)收10cm，使連續(xù)墻相互嵌套。

后續(xù)槽段挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用特制帶鋼絲刷的刷壁器清刷先行幅工字鋼接頭面上可能沾染的繞流混凝土或泥皮，一般上下刷壁的次數(shù)應(yīng)不少于10 次，待刷壁器的毛刷面上無泥渣，即可停止刷壁器作業(yè)，以確保接頭工字鋼與混凝土接合緊密。此接頭處理技術(shù)有效保證了地下連續(xù)墻的防水效果和完整性。

5 結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工中有可能會(huì)發(fā)生塌方及沉降問題，因此需加強(qiáng)地下連施工工藝創(chuàng)新，放依托深圳地鐵某項(xiàng)目為背景，結(jié)合工程實(shí)際施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行施工技術(shù)改進(jìn)。主要表現(xiàn)在：

①地表存在較厚的軟弱地層，為保證連續(xù)墻在該地層施工的表面平整度及預(yù)防成槽階段塌孔，采用深層攪拌樁槽壁加固技術(shù)作為臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可有效預(yù)防成槽階段塌孔現(xiàn)象發(fā)生。

②在土層中富含粉砂層的地區(qū)，采用泥漿循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)可保證成槽垂直度要求及墻底沉渣控制，既很好地控制了現(xiàn)場(chǎng)文明施工又保證了施工質(zhì)量。

③針對(duì)非巖地質(zhì)的成槽施工工藝，采用液壓抓斗成槽施工工藝,在入巖段液壓抓斗成槽機(jī)無法開挖的部分采用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽，雙輪銑刀架上自帶泥漿泵，在銑輪工作的同時(shí)將渣土與泥漿抽出，進(jìn)行排渣和泥漿循環(huán)，進(jìn)而提高了成槽效率。運(yùn)用成槽設(shè)備選型技術(shù)，既節(jié)省了成本又保證了施工進(jìn)度。

④針對(duì)富水地質(zhì)情況，考慮到成本效益及現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，地下連續(xù)墻的接頭處理技術(shù)選擇工字鋼接頭，相鄰槽段接頭處理時(shí)，采用特制帶鋼絲的壁器將工字鋼內(nèi)的泥砂清除干凈，并采用定制接頭箱放于工字鋼背面，既可保證混凝土澆筑過程中不會(huì)出現(xiàn)繞流現(xiàn)象，又保證了連續(xù)墻接頭處的防水效果和完整性。

雖然中國目前地下連續(xù)墻施工技術(shù)已經(jīng)完全展開，但研究并不成熟，復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工尚有“防塌、限沉”等施工難題有待研究解決。本工程運(yùn)用改進(jìn)施工技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工中得到了成功應(yīng)用，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用前景。