復(fù)雜地層地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)*

李學(xué)聰

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510220)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn)，市區(qū)用地日趨緊張。為緩解土地資源矛盾，加快城市發(fā)展，地下空間開發(fā)與利用逐漸得到重視。地下連續(xù)墻在護(hù)壁泥漿保護(hù)下，采用機(jī)械成槽，在槽內(nèi)下放鋼筋籠、水下澆筑混凝土，形成集承重、擋土、抗?jié)B效果于一體的連續(xù)墻體，在深大基坑開挖過程中被廣泛應(yīng)用[1]。針對目前地下連續(xù)墻存在的地下水滲漏問題，Segura-Castillo等[2]提出在傳統(tǒng)鋼筋混凝土層表面噴射鋼纖維混凝土防水添加劑，并驗(yàn)證其有效性。李建高等[3]從泥漿性能、承壓水頭、土層物理力學(xué)性能3個方面分析總結(jié)地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性，給出實(shí)際施工參數(shù)指標(biāo)。陳先智等[4]針對普通護(hù)壁泥漿的工程應(yīng)用問題，提出一種新型聚丙烯酸鈉復(fù)合泥漿改進(jìn)泥漿成分，在實(shí)際工程中取得良好效果。李林[5]對國內(nèi)罕見的100m以上特深地下連續(xù)墻水下分段澆筑不同強(qiáng)度等級混凝土進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果可為實(shí)際施工提供參考。朱繼紅等[6]針對海域圍堰施工地層存在大量孤石的情況，提出一套可保障成槽質(zhì)量、提高成槽效率的施工工藝。對于不同類型地層分布，許多學(xué)者針對性地提出不同施工工藝，并取得了良好的施工效果[7-10]。但目前對地下連續(xù)墻施工工藝的研究多為基于軟弱地層條件，針對復(fù)雜巖土地層條件施工方案的研究相對較少。本文以廣州地鐵13號線某車站復(fù)雜地層條件下地下連續(xù)墻施工項(xiàng)目為背景，分析總結(jié)其關(guān)鍵施工技術(shù)，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

廣州地鐵某車站位于中山大道與車陂北街交叉口，車站沿中山大道東西方向布置，地下4層，共設(shè)3組風(fēng)亭，2個出入口，與既有地鐵4號線某車站共同組成換乘站。車站長211m，寬11.85～17.50m，基坑深34.12m，總建筑面積22 030.16m2，采用蓋挖逆作法施工，支護(hù)形式為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐。

地下連續(xù)墻厚1 000mm，深35.62m，嵌固深度為1.5m。分兩期槽段交錯布置，其中1期槽段寬6.8m，2期槽段寬2.4m，各槽段墻身采用套銑法連接。地下連續(xù)墻采用C35水下澆筑混凝土，抗?jié)B等級P8。

1.2 地質(zhì)概況及水文條件

車站位于珠江三角洲沖積平原地貌區(qū)，地表沉積物為海陸交互相和沖積-洪積相砂層及黏性土層，下伏基巖為白堊系碎屑巖。土層物理力學(xué)性能參數(shù)如表1所示，地層分布狀況及車站主體結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。

表1 土層物理力學(xué)性能參數(shù)

圖1 車站主體結(jié)構(gòu)剖面

車站地下水屬于珠江水系，水位除受雨水及地表水徑流影響外，還受潮汐作用的影響。地下潛水層主要分布于人工填土層①,水位深度為0.8～4.1m,承壓水主要分布于中粗砂③2、粉質(zhì)黏土②及全風(fēng)化碎屑巖⑥中，承壓水頭為8.7～14.1m。

在腐蝕性評價中，地下水及土體對地下連續(xù)墻的影響為微腐蝕性，施工及日常使用階段無需考慮腐蝕性影響。

1.3 周邊環(huán)境

車站位于廣州市繁華地段，南側(cè)緊鄰中山大道，車流量、人流量極大。北側(cè)緊鄰郝氏祠堂、蘇寧廣場和匯鴻商業(yè)廣場，其中蘇寧廣場距車站主體最近約5.5m；匯鴻商業(yè)廣場距車站主體最近約5m；郝氏祠堂為天河區(qū)文物保護(hù)單位，淺基礎(chǔ)砌體結(jié)構(gòu)，距車站主體最近約1.6m，對周邊地層振動、變形、沉降的控制要求最嚴(yán)格。車站監(jiān)測點(diǎn)平面布置如圖2所示。

圖2 車站監(jiān)測點(diǎn)平面布置

2 施工重難點(diǎn)

1)車站施工場地位于城市繁華地帶，周邊既有建筑物多，直接采用傳統(tǒng)旋挖鉆配合成槽機(jī)成槽，施工產(chǎn)生的振動及地表沉降會對周邊建筑產(chǎn)生不良影響，同時也不滿足安全文明施工的要求。所以合理選取土層加固方案及成槽機(jī)械，將對周邊建筑的影響降至最低，是本工程施工難點(diǎn)之一。

2)車站所處位置地下水系發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，土層整體為上軟下硬分布，地層軟硬交界處的成槽速度直接影響成槽精度和質(zhì)量。如何在工期較短的情況下保質(zhì)保量完成地下連續(xù)墻的施工是需解決的難題之一。

3)地下連續(xù)墻施工時，上部土層主要為人工填土和粉質(zhì)黏土，成槽期間易發(fā)生局部塌陷，增大混凝土澆筑時充盈系數(shù)。配合比良好的泥漿可有效維持槽壁穩(wěn)定，防止槽壁坍塌，所以根據(jù)地層狀況配制性能良好的護(hù)壁泥漿是施工的重難點(diǎn)。

4)地下連續(xù)墻作為車站主體結(jié)構(gòu)的一部分，除起擋土、承重作用外，其抗?jié)B性能也十分重要。地下水滲漏通常發(fā)生于各槽段連接處，接頭性能的好壞直接影響后續(xù)基坑開挖作業(yè)和車站日常使用。選擇正確的連接形式以提高結(jié)構(gòu)整體剛度和抗?jié)B性能也是本工程施工重點(diǎn)之一。

5)成槽施工至淤泥質(zhì)粉砂巖層時，泥漿中含砂量增加，成槽完成至混凝土澆筑前，泥漿中粉細(xì)砂及其他雜質(zhì)沉淀在槽底堆積。若沉渣處理不徹底，混凝土澆筑后會直接影響地下連續(xù)墻承載力，甚至導(dǎo)致墻體下沉、墻腳破壞。及時處理槽底沉渣是地下連續(xù)墻施工的重點(diǎn)之一。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 槽壁加固

由于該車站上部土層地質(zhì)條件較差，且地下連續(xù)墻周邊建筑物分布密集，距離較近。若直接進(jìn)行導(dǎo)墻施工、成槽開挖，易導(dǎo)致槽壁局部塌陷，且會對結(jié)構(gòu)周邊土層造成強(qiáng)烈擾動，導(dǎo)致地表沉降過大，對既有建筑物造成安全隱患。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，沿地下連續(xù)墻在其內(nèi)、外兩側(cè)采用雙軸攪拌樁對人工填土層、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土層進(jìn)行加固處理，在既有建筑物沿線單獨(dú)設(shè)置1排雙軸攪拌樁，加強(qiáng)對建筑物的保護(hù)。攪拌樁設(shè)計直徑為600mm，樁間咬合150mm，平均設(shè)計深度為13m。

3.2 成槽機(jī)械選擇

地下連續(xù)墻成槽施工一般先采用成槽機(jī)抓取上部軟弱土層，施工至風(fēng)化巖層時利用旋挖鉆進(jìn)行引孔作業(yè)，引孔至設(shè)計標(biāo)高后，利用成槽機(jī)分段抓取下部土層，以完成槽段施工。

該車站地下連續(xù)墻成槽深度范圍一半以上為風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖層強(qiáng)度較高，含砂量較大。傳統(tǒng)成槽機(jī)施工效率較低，無法滿足工期要求，且傳統(tǒng)機(jī)械施工的振動沖擊較大，對周邊土層影響較大，不符合周邊地表沉降控制要求。

為保障成槽質(zhì)量與效率，減少對周邊環(huán)境的影響，采用旋挖鉆和雙輪銑槽機(jī)配合完成地下連續(xù)墻成槽。雙輪銑槽機(jī)成槽振動小、噪聲低、成槽精度高(垂直度≤0.3%)，尤其適用于粉砂巖層[11]。為提高施工效率及成槽精度，用旋挖鉆在各槽段引孔(鉆孔直徑1 000mm)，可加強(qiáng)對相應(yīng)槽段垂直度的控制，提高雙輪銑槽機(jī)成槽速度。雙輪銑循環(huán)寬度為2 800mm，現(xiàn)場每循環(huán)引鉆2孔，如圖3所示。

圖3 槽段引孔示意

3.3 泥漿制備

護(hù)壁泥漿在成槽過程中可有效平衡地下水壓力和部分槽壁土壓力，且泥漿中部分土顆?？蓾B入槽壁形成1層緊密泥皮，防止槽壁坍塌。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)探測結(jié)果可知，本工程地層種類較多，不同成槽階段需根據(jù)不同地層類型及時調(diào)整泥漿密度。上部黏土、砂土層對應(yīng)泥漿密度為1.05～1.15g/cm3， 遇到下部粉砂層時可適當(dāng)提高至1.30g/cm3。

現(xiàn)場配有由攪拌池、貯漿池、循環(huán)池、沉淀池及泥漿泵組成的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。新鮮泥漿由水、優(yōu)質(zhì)膨潤土、纖維素、分散劑按配合比依次投料攪拌制成。新制泥漿應(yīng)在儲漿池中存放24h，各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測合格后方可投入使用，存放過程中每8h用空氣壓縮機(jī)攪拌1次。

使用后的泥漿由泥漿泵抽出，經(jīng)振動篩和旋流器處理后流入沉淀池，通過沉淀處理檢測泥漿指標(biāo)，補(bǔ)充相應(yīng)原料并攪拌，放置儲漿池備用，以實(shí)現(xiàn)泥漿的循環(huán)使用，不合格的廢棄泥漿經(jīng)處理后排出。

泥漿護(hù)壁過程中泥漿液面應(yīng)高于地下水位1.5m，以防止上部槽壁局部坍塌。成槽至粉砂巖層時泥漿黏度不宜過大，黏度過大會導(dǎo)致泥漿裹挾較多泥砂，加重泥漿泵負(fù)擔(dān)，加大泥漿循環(huán)處理難度，從而降低施工效率。

3.4 套銑法連接工藝

目前，常見的地下連續(xù)墻槽段連接方式有工字鋼連接和套銑法2種。傳統(tǒng)工字鋼連接受限于槽深，在構(gòu)件整體起吊過程中易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，影響接縫處抗?jié)B性能，且在混凝土澆筑過程中，底部易發(fā)生擾流現(xiàn)象，從而增大混凝土充盈系數(shù)，影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。為避免上述情況的發(fā)生，結(jié)合本工程實(shí)際情況，決定選用套銑法連接工藝。

套銑法連接利用雙輪銑槽機(jī)切削硬巖的能力，在已成槽段兩側(cè)各切削等寬混凝土，在不使用鎖口管、接頭箱的情況下形成抗?jié)B性能好、致密的接頭。

地下連續(xù)墻1期槽段混凝土澆筑完成10d后，用雙輪銑槽機(jī)在1期槽段兩側(cè)各切削20cm厚混凝土，進(jìn)行2期槽段澆筑，如圖4所示。若切削與澆筑時間間隔較長，則應(yīng)使用刷壁器清刷切削部位，以消除表面雜質(zhì)對連接性的影響。

圖4 套銑工藝

3.5 清底換漿

泥漿中含砂量隨著成槽深度不斷增加，吊放鋼筋籠、澆筑混凝土前，泥漿中砂土由于沉淀作用堆積在槽底，嚴(yán)重影響澆筑質(zhì)量。吊放鋼筋籠前有必要使用空氣升液器對槽底沉渣及槽段下部泥漿進(jìn)行置換處理。

成槽完成后，利用起重機(jī)將空氣升液器吊至槽口，為防止底部沉渣堵塞吸管口，升液器吸管需在距槽底約1.5m處試吸。吸渣時吸管由淺入深，在距底部0.5m處沿槽段寬度范圍內(nèi)上下左右移動，以吸出槽底碎砂淤泥，清底后對槽段5m以下處泥漿進(jìn)行置換。清底換漿完成后，檢測槽底沉渣厚度和泥漿性能，當(dāng)沉渣厚度<100mm，泥漿密度<1.15g/cm3、黏度<30s時立即施工下道工序。

4 施工效果分析

廣州地鐵13號線某車站地下連續(xù)墻施工受工期、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等諸多因素影響，采用攪拌樁加固地層、旋挖鉆引孔、雙輪銑成槽、套銑法連接、墻腳清底換漿的技術(shù)方案進(jìn)行施工。該方案在實(shí)際施工過程中能顯著減小成槽機(jī)械對地層的振動影響，防止上部軟弱土層局部坍塌。周邊建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。由圖5可知，周邊建筑物在地下連續(xù)墻施工階段最大沉降量僅為1.62mm，在設(shè)計允許范圍內(nèi)。墻體施工完成后，通過測斜管測得墻身垂直度<0.3%，現(xiàn)場超聲波檢測表明墻身質(zhì)量符合設(shè)計要求。本工程在保證墻身垂直度、墻體質(zhì)量的前提下，縮短了工期，減小了施工對周邊環(huán)境的影響。

圖5 周邊建筑物地表沉降監(jiān)測曲線

5 結(jié)語

本文以廣州地鐵13號線某車站地下連續(xù)墻工程為例，對復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻成槽、連接等重難點(diǎn)問題進(jìn)行分析總結(jié)，并采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施，得出以下結(jié)論。

1)施工場地周邊建筑物較多、沉降控制較嚴(yán)時，可使用攪拌樁對槽壁兩側(cè)土體進(jìn)行加固，并沿建筑物相對施工側(cè)輪廓線進(jìn)行雙層加固，成槽掘進(jìn)時可有效減少對周邊地層擾動，減小地表沉降。

2)復(fù)雜地層條件下，采用旋挖鉆配合雙輪銑槽機(jī)成槽施工，能將地表沉降控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)(20mm)，減少對周邊環(huán)境的影響。

3)泥漿性能直接影響成槽質(zhì)量，施工至淤泥質(zhì)粉砂巖層時，可適當(dāng)提高泥漿密度，以維持槽壁穩(wěn)定。成槽完成后應(yīng)及時進(jìn)行清底換漿，避免槽底沉渣對地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)性能造成影響。

4)地下連續(xù)墻槽段采用套銑法連接，能提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性和整體性。