長江漫灘地層地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)

陶云超

(中鐵十五局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，河南 洛陽 471002)

目前，城市地下連續(xù)墻以其良好止水性、較大剛度等優(yōu)點(diǎn)，在深大基坑開挖過程中廣泛應(yīng)用[1]。為解決地下連續(xù)墻地下滲水的關(guān)鍵問題，Segura Castillo[2]將鋼纖維混凝土防水添加劑噴于鋼筋混凝土表層。關(guān)于地下連續(xù)墻施工成槽以及槽壁穩(wěn)定性的問題，李建高[3]和陳先智[4]從泥漿性能、成分等方面進(jìn)行研究，給出具體的施工參數(shù)。針對軟土地層條件下地下連續(xù)墻施工工藝，很多學(xué)者取得顯著成果[5-6]。但對于復(fù)雜地層，入巖地下連續(xù)墻施工技術(shù)，缺乏系統(tǒng)的研究和成套施工工藝。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對入巖地下連續(xù)墻施工過程中的“成槽效率低”、“槽壁穩(wěn)定差”、“槽段接頭難”等技術(shù)難題進(jìn)行研究，提出了相應(yīng)的施工工藝，由于不同工程中地質(zhì)條件不同，施工工藝也有所差異[7-12]。目前為止，針對長江漫灘地質(zhì)條件下，入巖地下連續(xù)墻施工工藝，以及地下連續(xù)墻施工對周邊建筑物沉降變形的研究較少。本文以南京地鐵9 號線濱江公園站地下連續(xù)墻施工項(xiàng)目為背景，研究總結(jié)其關(guān)鍵施工技術(shù)，分析對周邊建筑物的變形規(guī)律，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

南京濱江公園地鐵車站地處揚(yáng)子江大道與奧體大街交叉口，位于江蘇大劇院與金陵江濱酒店、濱江公園之間，沿?fù)P子江大道南北向布設(shè)于奧體新城隧道西側(cè)，設(shè)計(jì)為地下二層島式，附屬包括3 個出入口、2 個消防疏散口、1 個無障礙電梯和2 個風(fēng)亭。地下二層雙跨框架結(jié)構(gòu)(局部雙柱三跨)、基坑尺寸為478m(長)×19.7m(寬)×16.09～17.89m(深)，采用明挖(局部蓋挖)順做法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm 地下連續(xù)墻(采用Φ700@500 攪拌樁進(jìn)行槽壁加固)。附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖順做法施工。

該車站基坑采用地連墻和內(nèi)支撐的支護(hù)方式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)176 幅，封堵墻6 幅，共計(jì)182 幅，其中東側(cè)(奧體新城隧道側(cè))地連墻墻長55.0～56.5m，墻趾位于中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層中；西側(cè)(濱江公園側(cè))地連墻墻長33.6～36.5m，墻趾位于粉細(xì)砂層中。混凝土采用水下C35，抗?jié)B等級不小于P6，見圖1。

圖1 地鐵車站平面圖

1.2 工程地質(zhì)及水文條件

1.2.1 工程地質(zhì)。本車站位于揚(yáng)子江大道西側(cè)，屬于地勢較平坦的長江漫灘平原地貌，地面高程在4.29～7.41m 之間，地表處地質(zhì)主要為人工填土，淺層為Q4沖淤積黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(混夾粉土、粉砂)、粉質(zhì)黏土，中部為Q4沖積粉細(xì)砂、中粗砂及Q3沖洪積卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組砂質(zhì)泥巖組成。巖土層物理力學(xué)性能參數(shù)如表1 所示，車站典型地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 車站典型地質(zhì)剖面圖(單位：m)

1.2.2 水文條件。車站周邊較大的地表水體為長江，距離車站約470 米；向陽河位于車站西側(cè)，距車站約250 米。車站施工范圍內(nèi)無地表水體分布。長江和向陽河均距場區(qū)較遠(yuǎn)對本項(xiàng)目影響不大。地下水位變化受大氣降水影響顯著，年水位一般在1.5～2.0m 范圍內(nèi)變化；承壓水水位距地表1.80～4.80m、平均3.11m，標(biāo)高+1.40～+4.66m、平均+2.90m，年水位變化幅度一般在1.0～1.5m左右；基巖裂隙水與承壓水之間無明顯的隔水層，其水位與承壓水相差不大。地下水及土體對地下連續(xù)墻的影響為弱腐蝕性。

表1 各土層物理力學(xué)性能參數(shù)

1.3 周邊環(huán)境

車站位于揚(yáng)子江大道西側(cè)，平行揚(yáng)子江大道布設(shè)。車站北端主體位于江蘇大劇院廣場下方，北端主體東側(cè)距離奧體新城隧道約20m；南端主體位于揚(yáng)子江大道和萬景園路中間綠化帶下方，局部位于萬景園路和奧體新城隧道環(huán)島路下方。萬景園路寬約8m，奧體新城隧道環(huán)島路寬約8m，交通流量均不大。車站周邊地下管線較多，主要分布在車站北端江蘇大劇院廣場，車站南端分布有若干穿越管線。周邊環(huán)境相對較為復(fù)雜。

2 施工重難點(diǎn)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面型式復(fù)雜多變，成槽深度深，穿越地層主要為粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂等，地層變化大，成槽過程中易發(fā)生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑開挖限界。同時，地下連續(xù)墻深度大，垂直精度控制要求較高，也容易發(fā)生連續(xù)墻侵入開挖限界或者是連續(xù)墻接縫處出現(xiàn)“劈叉踢腳”而導(dǎo)致基坑滲漏水。

2.2 地下連續(xù)墻澆筑深度較深，混凝土連續(xù)澆筑方量大、澆筑時間長。地連墻接縫處的止水性能要求顯著。

2.3 砂層中泥漿指標(biāo)易嚴(yán)重超標(biāo)，此為地連墻施工難點(diǎn)。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 槽壁加固

由于該車站周邊建(構(gòu))筑物、地下管線眾多，距離建筑物比較近，施工難度大；圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面型式復(fù)雜多變，成槽深度深，且穿越地層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土較多，粉土、粉砂等，地層極為復(fù)雜，成槽過程中易發(fā)生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑開挖限界。為保證地下連續(xù)墻施工正常進(jìn)行，地連墻內(nèi)、外側(cè)設(shè)置Φ700@500 雙軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固處理，加固深度16.2～17.5m。雙軸攪拌樁布置如圖3 所示。

圖3 雙軸攪拌樁樁位布置圖

3.2 成槽機(jī)械選擇

目前，入巖地下連續(xù)墻施工常用設(shè)備主要有傳統(tǒng)的液壓式抓斗成槽機(jī)(入巖段大多需鉆機(jī)配合)和新興的雙輪銑槽機(jī)[11]。

新興雙輪銑槽機(jī)成槽效率高、安全，孔形規(guī)則、適應(yīng)多種地層，但機(jī)械主要依賴進(jìn)口，整機(jī)購進(jìn)、租賃費(fèi)用昂貴，且設(shè)備維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用較高[11]。

該車站地下連續(xù)墻成槽深度范圍西側(cè)墻底處于粉細(xì)砂層，東側(cè)墻底入中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層中，且入巖深度較淺。綜合經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度等多方面因素考慮，本工程采用SG70 型液壓式抓斗成槽機(jī)，其沖擊力和閉合力足以抓起中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，同時滿足周邊地表沉降控制要求。其成槽工藝流程如圖4 所示。

圖4 地下連續(xù)墻施工工藝流程

3.3 泥漿制備

本車站地下連續(xù)墻東側(cè)墻長55.0～56.5m，成槽施工過程中，槽壁和槽段空置時間較長，因此，對泥漿護(hù)壁確保槽壁穩(wěn)定性提出更高的要求；同時，由于槽段穿越粉砂層和粉細(xì)砂層，為防止成槽過程中塌孔等問題的產(chǎn)生，選用比重、粘度較大的泥漿。

如若泥漿比重過大、粘度過高也將會對墻體混凝土澆筑質(zhì)量帶來一系列問題。本項(xiàng)目通過試配和實(shí)踐，優(yōu)化適宜的泥漿配置方案，以克服砂層泥漿超標(biāo)問題。

通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證泥漿的配合比，根據(jù)性能指標(biāo)檢測，泥漿配比滿足規(guī)范和現(xiàn)場槽壁穩(wěn)定性的要求。膨潤土為水質(zhì)量的8%～12%；纖維素為膨潤土的0.05%～0.01%；純堿為膨潤土的0.3%～0.5%。本工區(qū)最不利地層為砂性土，配制泥漿按理論配合比控制，比重控制在1.03-1.10g/cm3，粘性土粘度19-25s，砂性土粘度30-35s，PH 值在8-9 之間。新制泥漿必須要膨化后方可使用，膨化時間不應(yīng)少于24 小時。泥漿配比如表2 所示。

表2 泥漿配比表(每方泥漿)

3.4 H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條槽段鏈接

地連墻接縫處的止水性能是基坑安全開挖的關(guān)鍵因素?；娱_挖前，按要求在坑內(nèi)設(shè)置降壓井進(jìn)行坑內(nèi)降水，基坑內(nèi)外因此形成承壓水頭，一旦地連墻接縫處發(fā)生滲漏險(xiǎn)情，將對基坑安全和周邊環(huán)境帶來致命的影響。本工程為增強(qiáng)地連墻接縫處的止水效果，采用H 型鋼板止水接頭，減少甚至杜絕了水砂突涌情況的發(fā)生，提高基坑施工的安全性。

在地連墻施工過程中，為更好地解決槽壁局部塌方可能引起H 型鋼處混凝土繞流的問題，本項(xiàng)目采用地下連續(xù)墻單元槽段采用H 型鋼+繞流鐵皮+角鋼壓條連接的方式。具體做法如下：

首先在先行幅槽段做好槽壁測試工作，其次在先行槽段鋼筋籠外包覆止?jié){鐵皮，角鋼壓條連接，盡量縮小槽壁與型鋼之間縫隙。最后在H 型鋼外側(cè)采用回填沙袋及碎石封堵，沙袋填料直徑不得大于5cm，填裝完成后及時采用夯錘堆成擊實(shí)。杜絕混凝土繞流的可能性。

3.5 清底換漿

地下連續(xù)墻承載和抗?jié)B能力受槽底沉渣的顯著影響，因此，地下連續(xù)墻施工中必須進(jìn)行清槽換漿。

清槽時，首先利用泵吸反循環(huán)法進(jìn)行清底，其次利用導(dǎo)管吸泥漿，反復(fù)循環(huán)進(jìn)行清底，確保清槽質(zhì)量。清底后，要求槽底泥漿比重＜1.15，槽底50cm的沉渣厚度≤10cm。

在清槽換漿前應(yīng)先清刷，用吊車將特制清掃接頭工具吊入槽內(nèi)緊貼前段接頭混凝土面往復(fù)上下刷2～3 遍，將接頭處泥皮清刷干凈，使新舊兩段混凝土接合處干凈密實(shí)。

清槽結(jié)束后1h，測定槽底沉淀物淤積厚度≤20cm，槽底20cm處泥漿密度≤1.2 為合格。

換漿是繼清底后的后續(xù)作業(yè)，空氣升液器在槽底部往復(fù)移動時，當(dāng)不再吸出土渣，且槽底沉渣厚度≤10cm時，空氣升液器停止移動。此刻開始置換槽底部泥漿。采樣指標(biāo)合格后，清底換漿作業(yè)完成。

必須強(qiáng)調(diào)清底換漿過程中，應(yīng)保持吸漿量與補(bǔ)漿量的平衡，且保證泥漿不可溢出槽外或泥漿面低于導(dǎo)墻頂面下30cm。

4 地表建筑物沉降變形分析

南京地鐵9 號線濱江公園地鐵車站地下連續(xù)墻施工受地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工工期等一系列因素影響，采用雙軸水泥土攪拌樁加固地層、液壓式抓斗成槽、“改進(jìn)護(hù)壁泥漿配比，確保護(hù)壁效果”、H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條連接、型鋼刷壁控制、墻腳清底換漿等關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行施工。該方案在實(shí)際施工過程中顯著減小了成槽時對周邊地層的震動影響，有效地防止上部軟弱土層局部坍塌。周邊建筑物及地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5 所示。由圖5 可以看出，周邊建筑物在地下連續(xù)墻施工階段最大沉降量僅為2.7mm，滿足設(shè)計(jì)要求。地下連續(xù)墻墻體施工完成后，測斜管測得墻身垂直度小于0.3%，滿足設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)場超聲波無損檢測，檢測結(jié)果顯示墻身完整，均為Ⅰ類。

圖5 周邊建筑物沉降

5 結(jié)論

本文以南京地鐵9 號線濱江公園車站地下連續(xù)墻工程為例，對長江漫灘地層條件下地下連續(xù)墻的成槽、連接等關(guān)鍵為題進(jìn)行分析研究，并提出了在此種地質(zhì)條件下的施工工藝，得出如下結(jié)論。

5.1 車站施工場地周邊建筑物較多，且環(huán)境復(fù)雜，上部地層條件差，對地表沉降控制嚴(yán)格時，可采用攪拌樁對槽壁兩側(cè)土層進(jìn)行加固處理。地下連續(xù)墻施工時可有效減小地表沉降。

5.2 漫灘復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用SG70 型液壓式抓斗成槽機(jī)，可以很好的實(shí)現(xiàn)“非對稱”地下連續(xù)墻一側(cè)入巖，一側(cè)非入巖的成槽施工，并且滿足施工過程中，地表沉降的控制。

5.3 超深地下連續(xù)墻成槽施工過程中，槽壁和槽段空置時間較長，同時，槽段穿越粉砂層和粉細(xì)砂層，為防止成槽過程中塌孔等問題的產(chǎn)生，可以適當(dāng)提高泥漿比重和粘度，以便更好地維持槽壁的穩(wěn)定性。成槽結(jié)束后及時進(jìn)行清底換漿。

5.4 長江漫灘地質(zhì)條件下，地下連續(xù)墻槽段采用H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條的方式進(jìn)行連接，能夠顯著提高結(jié)構(gòu)的整體性和抗?jié)B性能。