地下連續(xù)墻在建筑地基中的應(yīng)用研究

聶翠翠（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100043）

采空區(qū)是指在礦山開采過(guò)程中形成的地下空間，通常是礦井開采后留下的空洞[1-2]。隨著城市化進(jìn)程的加速和采礦業(yè)的不斷發(fā)展，采空區(qū)周圍的建筑物越來(lái)越多，而這些采空區(qū)的地質(zhì)條件通常復(fù)雜，地下空間存在不穩(wěn)定性和沉降等問(wèn)題，給土地使用和工程建設(shè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)[3-4]。采空區(qū)的存在也可能會(huì)對(duì)周圍的地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響建筑物的穩(wěn)定性。為了解決這一問(wèn)題，確保采空區(qū)周圍建筑物的安全穩(wěn)定，地下連續(xù)墻技術(shù)被引入到采空區(qū)建筑地基處理中[5]。地下連續(xù)墻作為一種新型的地基處理技術(shù)，可以顯著提高地基的承載力，確保建筑物的穩(wěn)定，能夠有效減少地基沉降和地層變形，避免建筑物因沉降不均或地層移動(dòng)而產(chǎn)生破壞。謝錫榮等[6]通過(guò)建立數(shù)值模型分析了裝配式地連墻中板狀的受力特點(diǎn)，研究了其在基坑工程中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果。此外，地下連續(xù)墻具有良好的防滲性能，可以有效防止地下水滲漏，保證建筑物的安全；韋相廷[7]針對(duì)地下連續(xù)墻接頭部位容易出現(xiàn)滲漏的問(wèn)題進(jìn)行了分析，制定了相應(yīng)防滲措施，提高了地下連續(xù)墻的抗?jié)B性。

為了進(jìn)一步掌握地下連續(xù)墻在采空區(qū)建筑基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用效果，確保工程的安全性和質(zhì)量，給出了地下連續(xù)墻相關(guān)施工工藝，并結(jié)合工程情況對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)注漿技術(shù)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行加固，提高了建筑的安全性和穩(wěn)定性，可以為相關(guān)工程提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

將某采空區(qū)作為此次研究對(duì)象，此采空區(qū)內(nèi)建筑需要開展地下連續(xù)墻支護(hù)工程。該工程包括地上1 層和地下6層，基坑深36.57m。建筑地基工程的地質(zhì)情況復(fù)雜，包括人工填土、淤泥、礫砂、黏土和花崗巖。在0.8m～8.5m的地下水位深度范圍內(nèi)，存在類似裂隙水和孔隙水的多種不同類型的地下水。工程計(jì)劃在預(yù)定區(qū)域建設(shè)152 幅連續(xù)墻，每幅連續(xù)墻的寬度為7.5m，其中包括18幅轉(zhuǎn)角墻。

2 地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)

2.1 施工工藝

圖1為地下連續(xù)墻施工工藝圖。先統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)備好工程中所需要的各類材料才能開始地下連續(xù)墻施工，確定好施工所需材料后開始導(dǎo)墻的建造、槽段的挖掘、施工現(xiàn)場(chǎng)的泥土清除和底部處理，然后進(jìn)行鋼板封口和鋼筋籠的吊裝工作，為地下連續(xù)墻的施工奠定基礎(chǔ)。吊放完鋼筋籠后再澆筑混凝土，澆筑完畢后將鎖口拔出，至此建筑地基超深地下連續(xù)墻的施工工藝順利完成。

圖1 地下連續(xù)墻施工工藝

為確保研究區(qū)域的超深地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定，施工前需要建造與硬化地面高度相同的導(dǎo)墻，導(dǎo)墻起到平面位置控制和垂直導(dǎo)向的作用。為了避免地面出現(xiàn)坍塌，在槽段開挖前，必須沿著地下連續(xù)墻軸線施工導(dǎo)墻，同時(shí)需要為支模工作面和放坡預(yù)留足夠的空間，以便集水溝方便排水，避免水污染。這些步驟確保了導(dǎo)墻的穩(wěn)固，為連續(xù)墻施工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，保障施工安全和工程質(zhì)量。

2.2 關(guān)于泥漿系統(tǒng)

為保證地下連續(xù)墻工程施工質(zhì)量，對(duì)地下連續(xù)墻墻底可采取隔孔跳注的方式進(jìn)行注漿施工，注漿工具選擇單向閥式注漿器，并在連續(xù)墻墻身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度2/3的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行注漿，以此保證施工效果和質(zhì)量。注漿時(shí)注漿壓力必須高于土層壓力，以確保注漿進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域。每個(gè)采空區(qū)建筑地基超深地下連續(xù)墻的標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)將設(shè)置2根注漿鋼管，直徑為50mm?？刂谱{的水灰比約為1：2，以確?；炷恋馁|(zhì)量。一旦滿足了設(shè)計(jì)要求的注漿量，就可以停止注漿，除此之外，如果連續(xù)維持注漿壓力在3MPa以上且注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的75%，也可以結(jié)束注漿。總之，注漿在超深地下連續(xù)墻施工中具有重要意義，主要用于維護(hù)施工穩(wěn)定性和墻體保護(hù)。

在制作泥漿時(shí)需要絮凝劑、膨潤(rùn)土、分散劑、加重劑、增黏劑等材料。首次制備新鮮泥漿時(shí)，必須綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)情況，1m3泥漿添加1.5kgCMC（羧甲基纖維素）、3kg 碳酸鈉、110kg 膨潤(rùn)土，并與950kg 自來(lái)水按照特定的比例混合。相關(guān)流程如下：第一步，通過(guò)連接到底部且直徑為140mm軟管的漏斗將制作材料注入；第二步，將泥漿泵置于有直徑為50mm 軟管的泥漿池內(nèi)，出口為與軟管相連的出口；第三步，逐步加入膨潤(rùn)土、其他所需材料，同時(shí)將漏斗內(nèi)的材料通過(guò)循環(huán)漿注入泥漿池內(nèi)，并采用攪拌棒不斷攪拌泥漿池內(nèi)流體至達(dá)到無(wú)凝固狀態(tài)；最后，采用空壓機(jī)進(jìn)行泥漿的處理，在泥漿池中使其膨脹，成功制作出合格泥漿。泥漿相關(guān)指標(biāo)見表1。

表1 泥漿相關(guān)指標(biāo)

在制作和使用泥漿時(shí)，需要每天進(jìn)行3次嚴(yán)格的檢測(cè)，以確保其符合表1中規(guī)定的泥漿性能指標(biāo)。在施工過(guò)程中，需要持續(xù)關(guān)注槽段液面的高度，確保其始終保持在地下水位以上約6m 的高度。如果在雨天地下水位上升，必須采取措施增加泥漿的黏度和比重，或者封閉槽口以停止挖掘槽段。同時(shí)，持續(xù)關(guān)注槽段液面高度也是防止地下水入侵的重要手段，從而保證施工現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 工程排水方案

考慮到采空區(qū)建筑地基超深地下連續(xù)墻支護(hù)工程的長(zhǎng)期性和雨季降水量較大的情況，為防止污水對(duì)環(huán)境造成污染，提出了相應(yīng)的排水施工方案。

（1）排水井的搭建

在基坑內(nèi)設(shè)置集水井和明溝，有效地收集降水和排水。在排水井的井孔與井管之間加入濾料，以阻止固體顆粒進(jìn)入排水系統(tǒng)，從而降低污染風(fēng)險(xiǎn)。選擇排水量為8t/h～17t/h、揚(yáng)程大于35m的潛水泵，并將其安裝于集水井中。為避免污水對(duì)研究區(qū)域造成水污染，地下水排水工具選擇膠管或塑料管，通過(guò)鋼絲繩將潛水泵穩(wěn)固地吊裝于集水井內(nèi)。潛水泵排出的水流，通過(guò)設(shè)置的潛水溝引導(dǎo)至工程現(xiàn)場(chǎng)的排水系統(tǒng)，確保水流能夠快速排出。

（2）挖掘四周排水溝

為了收集基坑降水，在基坑邊緣挖掘了一條深450mm、下寬450mm、上寬650mm 的排水溝，并在其中鋪設(shè)了直徑120mm的排水管。在排水口的位置搭建一個(gè)沉淀池用于分離固體顆粒和沉積物，通過(guò)沉淀池基坑排出的地下水將經(jīng)過(guò)靜置，對(duì)懸浮物進(jìn)行沉淀。沉淀后的上層地下水可以用于一些非污染性的用水，如車輛清洗等；同時(shí)，為了避免對(duì)環(huán)境造成污染，可以通過(guò)排水溝將不能再次利用的沉淀后的地下水排出。

（3）施工排水井和觀測(cè)井

從自然地面出發(fā)，首先要設(shè)置排水井和觀測(cè)井，施工時(shí)必須綜合考慮采空區(qū)的土層條件和井深。為了快速完成觀測(cè)井和排水井的搭建，選擇泵吸反循環(huán)成孔工藝，并通過(guò)反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行排水井與觀測(cè)井的施工。

（4）相關(guān)防凍措施

由于地下連續(xù)墻支護(hù)工程施工周期長(zhǎng)，需要將冷凍、降雨等情況考慮在內(nèi)，制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。在寒冷天氣下，連續(xù)墻的護(hù)坡樁身導(dǎo)水管可能會(huì)受到冰溜的影響，為預(yù)防冰溜對(duì)施工人員安全的威脅，可采用安全網(wǎng)和腳手架等設(shè)施，同時(shí)定期清理冰塊，在素土層上鋪設(shè)保溫棉氈，能夠避免槽底出現(xiàn)凍土。在溫度升高時(shí)，基槽和邊坡的變形情況尤為關(guān)鍵，需要采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)措施，對(duì)變形較大部位及時(shí)采取加固和回頂措施，以確保施工安全。此外，定期清理地下連續(xù)墻的肥槽配水溝，防止基底被污水浸泡，從而維護(hù)基坑的穩(wěn)定性。

2.4 優(yōu)化施工工藝流程

超深地下連續(xù)墻工程在地下結(jié)構(gòu)施工完成后，必須完成地下二層以下肥槽的灰土回填處理后才能繼續(xù)相鄰基坑的施工，回填比例為3：7。為提高施工效率并確保工程質(zhì)量，避免產(chǎn)生延長(zhǎng)工期的不利影響，超深地下連續(xù)墻工程施工流程進(jìn)行了以下有針對(duì)性的優(yōu)化，如圖2所示為具體流程，流程優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①可以考慮同時(shí)進(jìn)行超深基坑地下結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)筏板施工和周圍較淺基坑工程，前提是支護(hù)結(jié)構(gòu)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；②超深基坑連續(xù)墻的主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)防護(hù)已經(jīng)完成后，要在短時(shí)間內(nèi)開展外墻防水與肥槽回填工作，地下結(jié)構(gòu)和肥槽內(nèi)的混凝土強(qiáng)度逐步提高直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。通過(guò)上述施工流程的優(yōu)化，有助于迅速提升施工安全性，減少潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 優(yōu)化施工工藝流程

3 結(jié)果分析

為了驗(yàn)證上述地連墻施工技術(shù)的可行性，在邊坡的關(guān)鍵位置設(shè)置了85個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。從工程開始時(shí)進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)，并持續(xù)監(jiān)測(cè)至工程結(jié)束，監(jiān)測(cè)期限覆蓋整個(gè)工程施工過(guò)程，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將按照每5d 的周期進(jìn)行記錄。在排水井與觀測(cè)井的施工過(guò)程中，使用6BS 反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行二次清孔操作，且需要與除砂器協(xié)同工作，以確保成孔過(guò)程的順利進(jìn)行。另外，在鉆孔過(guò)程中，采用了除砂器以確保漿液中的含砂率不超過(guò)5%。當(dāng)使用反循環(huán)鉆機(jī)清理孔洞時(shí)，必須確保補(bǔ)充足夠的漿液，以滿足施工需求。此外，在使用反循環(huán)鉆機(jī)時(shí)，需要謹(jǐn)慎控制清孔力度，以避免孔底坍塌等意外情況的發(fā)生，確保不對(duì)井口和孔底產(chǎn)生不利影響。為了降低和減小地表的變形情況，此次超深地下連續(xù)墻支護(hù)工程采用了注漿方式。然而，即使在采用注漿施工后，地表仍然可能出現(xiàn)一定程度的變形，為了評(píng)估工程效果，對(duì)超深地下連續(xù)墻支護(hù)工程完成注漿施工后的地表變形進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表2。

表2 地表注漿前后相關(guān)變形參數(shù)值

從表2中能夠得出，經(jīng)過(guò)上述地連墻技術(shù)施工，研究區(qū)域地表移動(dòng)變形有顯著降低，并提升了地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了采空區(qū)建筑地基的施工安全性。進(jìn)一步分析可知，地表變形位移穩(wěn)定在±25mm左右，個(gè)別超過(guò)預(yù)警值的數(shù)據(jù)中只有2處在起重機(jī)周圍的值較高，而其他地方均未發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)，故針對(duì)起重機(jī)周圍進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)，確保邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

為了進(jìn)一步掌握地下連續(xù)墻在采空區(qū)建筑基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用效果，確保工程的安全性和質(zhì)量，給出了地下連續(xù)墻相關(guān)施工工藝，并結(jié)合工程情況對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)注漿技術(shù)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行加固，提高了建筑的安全性和穩(wěn)定性，保證了施工質(zhì)量和進(jìn)度。同時(shí)，對(duì)施工時(shí)邊坡的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的地下連續(xù)墻施工工藝和采空區(qū)注漿加固，能夠明顯降低研究區(qū)地表變形，提高了地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。進(jìn)一步分析可知，地表變形位移穩(wěn)定在±25mm左右，個(gè)別超過(guò)預(yù)警值的數(shù)據(jù)中只有2處在起重機(jī)周圍的值較高，而其他地方均未發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)，故針對(duì)起重機(jī)周圍進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)，確保邊坡的穩(wěn)定性和安全性。