復雜地質條件下地下連續墻減壓降水槽壁加固技術研究及應用

摘 要：為解決寧波地區微承壓水粉砂地層中地下連續墻槽壁失穩問題，結合寧波軌道交通地下連續墻施工，利用理論計算與現場試驗相結合的方法，對減壓降水槽壁加固施工技術進行研究，確定適合的降深、井深、井間距、抽水量等關鍵參數，最后進行現場應用效果分析和經濟成本分析。

關鍵詞：地下連續墻；減壓降水；槽壁加固；微承壓水；粉砂層

0 引言

地下連續墻施工的成敗關系到后序基坑開挖的安全，尤其在沿海軟土地區地下連續墻的施工質量控制難度較大，在這種地質條件下地下連續墻施工中容易出現槽壁坍塌，為防止地下連續墻施工槽壁坍塌，主要控制途徑有槽壁土加固、控制泥漿質量、地下連續墻施工預降水措施[1-2]。其中，槽壁兩側進行三軸攪拌樁預加固成本高、代價大、耗能多，而地下連續墻施工預降水措施較少使用，尤其在深厚粉砂層微承壓水地層中采用預降水措施很少有系統研究。

本文以寧波軌道交通地下連續墻施工為背景，介紹了減壓降水槽壁加固技術原理。為探究采用減壓降水降低③1層微承壓水位、輔助增強泥漿護壁效果的可行性，文中首先分析了減壓降深與槽壁穩定性關系、滲流數值模擬與地表沉降的關系，并根據理論計算結果確定試驗方案，尋找合適的降深、井深、井間距、抽水量等關鍵參數，最后對地下連續墻減壓降水槽壁加固施工應用效果和經濟成本進行分析。

1 減壓降水槽壁加固技術原理

1.1泥漿護壁基本原理

影響槽壁穩定性的因素包括[3]：內因主要是地層條件、泥漿性能、地下水位以及槽段劃分尺寸、形狀等；外因主要是成槽機械、施工順序及槽段外場地施工荷載等。泥漿護壁是其基本原理：泥漿通過在地層中滲漏在槽壁上形成泥皮，并在壓力差的作用下，將有效作用力作用在泥皮上以抵消失穩作用力從而保證槽壁穩定。其它因素既定時，地下水位對泥漿護壁、槽壁穩定性影響較大，尤其是在淺部砂性土分布較厚的地層條件下。在地下連續墻開挖前，通過降低粉砂土中微承壓水的水頭高度，減少外側水土壓力，使之與內側泥漿壓力持平，確保槽壁穩定。

1.2減壓降水槽壁加固技術原理

根據槽壁穩定的有利與不利因素，減壓降水的加固作用主要有以下兩方面[3]。

（1）降水提高土體強度

成槽前的減壓降水也可提高土體強度，有利于槽壁穩定。土體強度的提高與含水率變化、固結程度等有關。

（2）降低地下水位

水頭高度的降低增加了泥漿壓力與槽壁孔隙水壓力的壓力差；同時，壓力差的增加也提高了泥漿入滲土體的水力梯度、滲透速度，有助于泥皮的快速形成、滲入帶變寬，均是有利于槽壁穩定的。

2 工程概況

寧波軌道交通2號線一期TJ2108標范圍為二站一區間，壓賽堰站、壓賽堰站～大通橋站、大通橋站（含3號線換乘段）均為明挖施工，周邊環境比較簡單。主體圍護結構均為800mm厚地下連續墻，其中寧波軌道交通2號線地下連續墻最深約33m，共323幅；寧波軌道交通3號線地下連續墻最深約53m，共75幅。

2.1工程地質情況

基坑開挖范圍內分布有①1填土、①2粘土、①3淤泥質粘土、②1粘土、②2b層淤泥質粘土、②3層淤泥質粉質粘土、②4層淤泥質粘土、③1層粉土，粉砂夾粉質粘土、③2層粉質粘土、④2層粘土、⑤1層粘土、⑤2層粉質粘土、⑤3層粉土、⑥2層粉質粘土、⑥2a層粉土、⑦1層粉質粘土和⑧1層粉砂、粉土等。其中，對地下連續墻施工有重要影響的③1、③1a層厚度為4.8m～11.1m，且2號線底板均坐落在該層。地下水主要為第四系松散淺層孔隙潛水類型和深部松散巖類孔隙承壓水。

3 試驗研究

為了對比分析不同的降水井布置、降深條件下成槽效果，并兼顧成槽降水的經濟性。項目部設置3個成槽試驗段，每個試驗段成槽尺寸均為6m×0.8m×32m，槽段間隔6m。為避免其它因素干擾產生的誤差，采用相同的成槽機、泥漿配比及成槽質量控制指標，達到滿足槽壁穩定性的理論降深，確定三種降水方案。

（1）方案一：8.6m降深、井距密減壓降水槽壁加固試驗

布置了4口抽水井（編號S1～S4），孔徑550mm，井深22m，在開挖前48小時進行群井抽水；另布置4口觀測井（編號G1～G4），孔徑200mm，井深22m。控制抽水水位7.5m～9.5m；地面沉降觀測點布設20個。本次試驗的減壓降水試驗井S1～S3進行抽水，S4、G1～G4井進行觀測，重點觀測G1井水位下降情況，同時進行沉降影響觀測。

圖1 試驗平面布置圖（注：局部，其中S1～S3為抽水井，S4、G1～G4為觀測井，C1～C20為沉降點）

（2）方案二：7m降深、井距寬減壓降水槽壁加固試驗

減壓降水試驗井S5～S7進行抽水，S8、G5～G6井進行觀測，重點觀測G6井水位下降情況，同時進行沉降影響觀測。

圖2 試驗平面布置圖（注：局部，其中S5～S6為抽水井，G5～G6為觀測井，C21～C38為沉降點）

（3）方案三：5m降深、井距寬減壓降水槽壁加固試驗

減壓降水試驗井S5～S6進行抽水，G5～G6井進行觀測，重點觀測G5井水位下降情況，同時進行沉降影響觀測。

圖3 試驗平面布置圖（注：局部，其中S5～S6為抽水井，G5～G6為觀測井，C21～C38為沉降點）

3.3試驗結果分析

（1）8.6m、7m、5m降深成槽效果比較

圖4 成槽12小時后未降水與5m、6m、7m降深成槽效果對比圖

從圖4中可知，采用減壓降水槽壁加固效果明顯優于未降水前常規成槽效果。未進行成槽降水時，成槽質量差、鋸齒狀缺口較嚴重。降深5m且拉大井距時，仍有輕微鋸齒狀缺口；當降深7m時，成槽質量較5m降深時效果有所提高，但仍有輕微鋸齒狀缺口；降深8.6m且井距密時，槽壁穩定性較5m、7m降深有所提高，并且垂直度也較5m、7m降深較好。所以，在較小井間距條件下，較大減壓降深（8.6m降深）成槽效果最好，槽壁穩定性佳，對成槽質量提高效果顯著。

（2）降水成槽環境影響

為評估成槽降水對周邊環境的影響，在影響范圍內的地表沉降和分層沉降兩個方面進行監測，地表沉降監測共計8天時間，C1～C20共20個監測進行觀測。監測發現：1）在成槽抽水階段，橫向監測剖面線各點均有不同程度的沉降，隨時間變化具有一定的規律性，且隨著至抽水中心的距離增大，沉降量逐漸減小；抽水結束后，地表呈現出回彈趨勢；2）試驗期間最大沉降約6.5mm，一般沉降在3～5mm，且在試驗停止抽水后沉降有回彈，回彈1～2mm，最終沉降在3～4mm。

4 現場應用效果及成本分析

4.1現場應用效果

根據上述試驗取得的成果對標段內地下連續墻進行減壓降水槽壁加固施工，降水井單側間距12m，兩側交叉布置，每幅槽段施工時啟動其附近4口進行減壓降水，每幅槽段施工前12小時開始減壓降水。成槽后經超聲波檢測，每幅槽段穩定性良好，滿足鋼筋籠吊裝和混凝土澆筑時槽壁穩定性要求。4.2成本分析

成槽降水應用于寧波軌道交通2號線8標，并取得成功，后又推廣到寧波軌道交通2號線7標、9標，效果好、經濟效益顯著，成槽降水成本分析如表1所示。另外，抽水來的水集到蓄水池，每月為項目節約數千噸水，效益明顯。

表1 經濟分析表

加固方式

對比內容三軸攪拌樁槽壁加固降水輔助

成槽（口）備注

空樁（m3）實樁（m3）

工程量31581.2041415.10266攪拌樁工程量按合同清單。降水成槽按成槽試驗成果8m布置一口，這算平均為1.5幅一口，標段共398幅地墻，共需266口，每口井深22m。

綜合單價（元）160.19274.3920556攪拌樁綜合單價按清單；降水成槽槽壁加固綜合單價按實際發生的計算

總價（元）1642.30546.79

差價（元）546.79-1642.30+285.70=-809.82275.85萬元為試驗費用

如果不計開發試驗費用，降水成槽槽壁加固方法比三軸攪拌加固方法施工所需費用少花費1095萬元。就本項目而言，計入研發試驗費，節約費用約810萬元。

5 結論

（1）寧波地區粉砂土層中槽壁失穩原因是土體自身粘聚力低，承壓水頭高，泥漿壓力不足以穩定土體，在抓斗取土帶動泥漿的沖刷下，土體逐漸剝落，泥皮難以形成。

（2）減壓降水成槽加固是為了降水提高土體強度，降低地下水位減少槽壁水土壓力，有利于泥皮形成。

（3）在合理的降水系統條件下，在井間距6～8m、距槽壁約2～3m處，寧波地區影響槽壁穩定性的③1可達到7.0～9.5m目標降深，減壓井單井抽水量在6.0～8.0m3/d。

（4）減壓降水輔助成槽對環境影響較小，試驗期間的地表沉降，10m以內平均10～15mm，10m以外范圍平均3～5mm；試驗后，出現明顯回彈，約20%。

（5）降水成槽方法沒有污染、耗能低、成槽效率高，降水成槽抽出來的水也可以拌漿、洗井或者是場地保潔等重復利用，達到節能減排的目的。

參考文獻

[1]曹宏，潘毅.淺層砂質粉土中地下連續墻成槽的穩定措施[J].深基坑設計與施工技術，2010.

[2]姜朋明，胡中雄，劉建航.地下連續墻槽壁穩定性時空效應分析[J].巖土工程學報，1999.

[3]汪宏強，王洪新，陳立生.粉土層中保持地下連續墻槽壁穩定的井點降水控制技術[J].建筑施工，2010.

[4]陳金銘.減壓降水輔助地下連續墻成槽施工試驗研究[J].施工技術，2013.