論超厚卵石地層地下連續(xù)墻成槽關(guān)鍵技術(shù)

吳曉雷

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，濟南250002）

1 引言

20世紀(jì)80年代初期，我國開始引入地下連續(xù)墻施工工藝。地下連續(xù)墻施工工藝具有十分良好的防水性能，剛度較強，且具備較高的施工機械化程度，不需要高強度勞動。在我國深基坑圍護結(jié)構(gòu)中，地下連續(xù)墻作為臨時或永久截水墻以及擋土墻有著良好的應(yīng)用效果[1]。近年來，隨著我國城市建設(shè)不斷發(fā)展，地下連續(xù)墻施工應(yīng)用范圍逐步擴大，在一些工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜的區(qū)域，地下連續(xù)墻施工技術(shù)也開始逐漸被應(yīng)用。本文以實際工程為例，詳細介紹了在超厚卵石地層中地下連續(xù)墻成槽的關(guān)鍵技術(shù)。

2 工程概況

秦望廣場工程地處杭州市富陽區(qū)，線路起自富春街道金橋南路與秦望路交叉口，終點位于秦望南路與春江南路交叉口處。工程全長3 070m，隧道全長2 872m，其中，盾構(gòu)段長1 258m。秦望廣場地下綜合體施工規(guī)模約為260m×206m，深度為12.4 m，緊鄰江濱西大道，位于富春江江邊，地下綜合體開發(fā)基坑距離富春江約為40m。圍護結(jié)構(gòu)采用43m深800mm厚地下連續(xù)墻+高壓旋噴止水。

本項目所處地層基本為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層、圓礫、卵石層及風(fēng)化巖（見圖1），該層屬強透水地層，滲透系數(shù)較大，且本基坑距富春江僅40m，具有承壓性，地下連續(xù)墻成槽施工過程中極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，槽壁質(zhì)量也很難控制。通過對地下連續(xù)墻成槽過程中各個階段參數(shù)進行對比分析，總結(jié)出一套系統(tǒng)性成果。

3 影響地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量的因素

超厚卵石地層地下連續(xù)墻在成槽過程中往往會出現(xiàn)垂直度偏差過大、漏漿、表面平整度差等各種問題，如果不能有效控制成槽質(zhì)量，不僅會直接導(dǎo)致施工成本增加，同時還會對圍護結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生直接影響。而提升地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量的主要措施有：選擇合理的成槽方式及成槽機械；對分槽段的長度進行合理劃分；對泥漿性能進行改善。其中，成槽機械的選型和糾偏精度、泥漿護壁以及成槽方法是影響地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量的關(guān)鍵。

4 成槽機械選型以及糾偏精度

在選擇成槽機械的過程中，應(yīng)當(dāng)對以下幾個因素進行綜合考量：機械設(shè)備的性能、施工條件、地下連續(xù)墻厚度及強度、開挖深度、地層特性[2]。經(jīng)過各個方面的比對，最終本工程選用徐工XG700E型液壓抓斗成槽機。選擇這個型號設(shè)備的原因如下：（1）施工效率較高，該機械有著較大的抓斗閉合力且提升速度較快，對于卵石地層，保障成槽穩(wěn)定的重要因素就是成槽速度；（2）成槽垂直性較好，該機械能夠配置糾偏裝置，自動糾正X與Y兩個方向的偏差；（3）具備先進的電子測量系統(tǒng)，該型號的機械能夠?qū)y量精度精確到0.01 °；（4）該型號機械具備相對安全且可靠的防護系統(tǒng)，在抓斗上升以及下降過程中都配備了安全保護措施。

圖1 秦望廣場工程地質(zhì)斷面圖

5 超厚卵石地層地下連續(xù)墻成槽方法

5.1 成槽試驗段的問題分析

現(xiàn)階段，被廣泛應(yīng)用的地下連續(xù)墻成槽工藝有銑削成槽、沖擊成槽以及抓斗成槽[3]。其中，應(yīng)用最為普遍的還是抓斗成槽施工技術(shù)。本工程在施工過程中也選擇抓斗成槽技術(shù)，對試驗段成槽結(jié)果進行研究表明：對于超厚卵石地層施工過程，抓斗成槽機的進尺速度相對較慢，受工程地質(zhì)軟硬分布不均的影響，很難有效控制抓斗垂直度，進而導(dǎo)致成槽垂直度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。而本工程實踐結(jié)果表明，控制地下連續(xù)墻垂直度有十分重要的作用，甚至是保障地下連續(xù)墻穩(wěn)定性以及避免地下連續(xù)墻墻體受到侵害的關(guān)鍵，能夠充分保障周圍環(huán)境的穩(wěn)定性以及基坑的安全性。

5.2 地下連續(xù)墻成槽新技術(shù)

5.2.1“一槽、三抓、四引孔”成槽法的應(yīng)用

對試驗段施工結(jié)果進行充分分析，適當(dāng)改進了傳統(tǒng)成槽方法，提出了一種對于超厚卵石地層地下連續(xù)墻成槽更加有效的施工工藝，即“一槽、三抓、四引孔”成槽法[4]。在應(yīng)用過程中，首先，施工單位應(yīng)當(dāng)采用旋挖鉆機引孔，隨后采用成槽機開展成槽施工，參照槽段長度來確定引孔數(shù)量，針對本工程實際情況，選擇4個引孔。

5.2.2 成槽垂直度控制

首先，鉆機引孔的垂直度控制措施。在實際施工前，施工單位應(yīng)嚴(yán)格參照超厚卵石地層特征，對鉆頭的磨損、鉆頭直徑等進行嚴(yán)格檢查，及時更換損耗嚴(yán)重的鉆頭[5]。施工過程中應(yīng)當(dāng)對旋挖鉆機引孔間距進行嚴(yán)格控制，保障成槽機在抓土過程中抓斗切削齒刀位置在引孔范圍之內(nèi)，最大限度地避免由于抓斗受力不均勻而發(fā)生傾斜，進而造成垂直度偏差過大的問題。

施工前，相關(guān)施工人員應(yīng)準(zhǔn)確定位桅桿，并在作業(yè)過程中對桅桿位置進行適當(dāng)調(diào)整。在調(diào)整過程中，相關(guān)施工人員可以通過顯示器上的桅桿工作界面的實時監(jiān)測畫面掌握桅桿位置與狀態(tài)，充分保障施工質(zhì)量。

在鉆孔過程中，施工人員應(yīng)緩慢鉆進鉆頭，進而形成穩(wěn)定的護壁，充分保障孔位的準(zhǔn)確性。與此同時，在鉆孔過程中還需要用距離交匯法對鉆桿位置進行定期核校，若出現(xiàn)偏離情況應(yīng)立即進行調(diào)整，直到孔位定形才能停止核校工作。

在旋挖鉆施工過程中，若遇到鉆進困難或是傾斜的情況，則應(yīng)采用沖擊反循環(huán)鉆機方形鉆頭對偏斜部分進行鑿除，當(dāng)修孔工作真正完成之后，槽孔內(nèi)部空間開始逐漸變大，而在這種情況下抓斗導(dǎo)向板導(dǎo)向作用徹底失效。因此，可以在這種情況下利用沖擊鉆圓形鉆頭打設(shè)引孔，充分保障抓斗斗體的導(dǎo)向作用，避免發(fā)生再次傾斜。

最后，相關(guān)施工人員應(yīng)當(dāng)對槽段開挖順序進行合理設(shè)計，對施工全過程進行嚴(yán)格的質(zhì)量管理，充分保障地下連續(xù)墻的成槽質(zhì)量。

6 泥漿護壁技術(shù)

6.1 泥漿制備

在泥漿制備過程中，需要充分考慮施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，確定好泥漿性能指標(biāo)，這里將卵石砂巖層作為泥漿配置過程中需要關(guān)注的核心。對相似地質(zhì)條件下的其他工程項目進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)在面對卵石砂巖層的情況下，地下連續(xù)墻施工采用的多是膨潤土泥漿，指標(biāo)新漿相對密度通常不會超過1.10 ，含砂率不超過4%，黏度一般在24 Pa·s之內(nèi)[3]。

結(jié)合該工程實際情況開展相應(yīng)的泥漿配比試驗，選擇3種不同的泥漿材料：（1）某國產(chǎn)泥漿材料，只需要依照配比加水?dāng)嚢杈涂梢缘玫较鄳?yīng)的泥漿；（2）某進口泥漿材料，同樣可以加水直接配置泥漿；（3）自主配置的泥漿，主要材料包括CMC（羧甲基纖維素鈉）、膨潤土等?？紤]到地層本身特點，國產(chǎn)泥漿材料缺乏針對性，而進口泥漿材料雖然性能優(yōu)越，但是成本較高，因此，最終選擇自主配置泥漿。設(shè)計泥漿指標(biāo)為：

黏度：20～25 P a·s；

失水量：＜20m L；

相對密度：1.06 ～1.10 ；

泥皮厚度：＜2mm；

含砂率：＜4%；

pH：8～10。

經(jīng)過大量試驗對比后，最終確定泥漿材料的配比見表1。

6.2 泥漿應(yīng)用

6.2.1 在試成槽階段的應(yīng)用

地下連續(xù)墻施工前，需要做好槽段的非原位試驗成槽。在這個階段，需要對槽壁穩(wěn)定性、泥漿性能指標(biāo)以及成渣厚度等進行檢測，借助相應(yīng)的試成槽試驗，確定具體施工數(shù)據(jù)，為地下連續(xù)墻施工提供指導(dǎo)。在本工程中，其厚度取與地下連續(xù)墻一樣的厚度800mm，寬度為4m，結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定成槽深度[4]。

為了保證泥漿性能測試的準(zhǔn)確性，共進行2次試驗，泥漿材料配比采用了表1所示的2種。初次試成槽深度為31 m，在成槽過程中，泥漿性能得到了有效控制。在成槽完畢，混凝土回填前，將其靜置24 h，超聲檢測結(jié)果顯示，槽壁穩(wěn)定性良好，沒有出現(xiàn)塌方問題。之后進行水下混凝土澆筑，澆筑第2車混凝土?xí)r，澆筑速度變慢，混凝土置換泥漿難度增大，對槽段內(nèi)泥漿進行測試發(fā)現(xiàn)其黏度從原本的23.31 P a·s增大到了40 P a·s。分析原因，可能是因為混凝土中的鈣離子或地下水中的鎂離子進入泥漿中，導(dǎo)致泥漿相對密度增大，黏度與凝膠化傾向也隨之增大。第二次成槽深度25m，以5 m為間隔，對每個階段的泥漿性能都進行了測試，結(jié)果顯示，泥漿的黏度、含砂率和相對密度會隨成槽深度的增大而逐漸增大，但是整體較為穩(wěn)定，因此，將其作為實際施工中的泥漿配比。

表1 2次試驗得到的泥漿材料性能指標(biāo)

6.2.2 在施工階段的應(yīng)用

依照CMC∶膨潤土∶堿∶水=0.8 ∶90∶4∶1 000的配比進行泥漿配置，結(jié)合實際情況，進一步降低了其黏度（20 P a·s）。結(jié)合相關(guān)測試結(jié)果分析，在卵石砂巖層中，泥漿相對密度穩(wěn)定在1.10 ～1.20 ，除個別區(qū)域外，泥漿黏度約在20～30 P a·s，含砂率不超過5%，表明整個施工過程中，護壁泥漿性能都處于穩(wěn)定可控的狀態(tài)[5]。

7 結(jié)論

1）地下連續(xù)墻試驗段成槽質(zhì)量檢測指標(biāo)中，大部分問題是垂直度偏差較大。對此進行分析可知，地下連續(xù)墻施工質(zhì)量出現(xiàn)問題的根本原因是成槽工藝不當(dāng)以及泥漿性能較差。

2）根據(jù)實驗段的成槽效果分析，提出了一種適合超厚卵石地層的地下連續(xù)墻成槽方法，也就是所謂的“一槽、三抓、四引孔”成槽法。在成槽過程中應(yīng)采用“鉆抓法”，先采用旋挖鉆機引孔，再使用成槽機抓土成槽。

3）通過地下連續(xù)墻成槽過程中各個階段護壁泥漿性能參數(shù)的對比分析，得到了合理的泥漿配比，對于卵石砂巖地層有著良好的適用性，能夠切實保障地下連續(xù)墻施工效果，也為類似地質(zhì)地下連續(xù)墻成槽施工提供參考和借鑒。