地鐵基坑地下連續墻露筋事故原因分析及處理方法

顧海榮 侯新宇

(1.江蘇省送變電公司，江蘇 南京 211102; 2.江蘇開放大學，江蘇 南京 210036)

·巖土工程·地基基礎·

地鐵基坑地下連續墻露筋事故原因分析及處理方法

顧海榮1侯新宇2*

(1.江蘇省送變電公司，江蘇 南京 211102; 2.江蘇開放大學，江蘇 南京 210036)

通過對蘇州地鐵6座車站481幅地下連續墻露筋情況進行調查統計，分析得出地下連續墻露筋事故發生的原因，并針對不同露筋程度，采用相應施工措施對其進行后期修補處理，對類似工程具有借鑒和指導意義。

地鐵基坑，地下連續墻，露筋事故，施工泥漿

0 引言

地鐵基坑工程往往處于地面交通復雜、周邊建筑林立、地下市政管線眾多的復雜城市環境中，由于基坑開挖深度大、地下結構復雜多變[1]，在特定的工程地質環境條件下，設計、施工都受到諸多不確定性因素的影響[2]。地下連續墻支護結構由于其側向剛度大、整體性好、能夠有效止水等優點，成為控制基坑及環境變形的首選支護方式[3]，但由于其施工流程復雜、質量影響因素多等特點，施工工藝控制不當往往導致相應墻體質量事故[4]，墻面露筋就是典型的質量事故之一[5]，使局部墻體有效厚度減小，嚴重影響到基坑自身和周邊建筑物的安全，影響地下結構的使用效果[6-8]。本文對蘇州典型地質條件下的6座車站481幅地下連續墻進行調查統計，深入分析誘發地下連續墻露筋事故的多種復雜因素，研究影響露筋的主要矛盾并對事故處理措施進行評價。

1 車站基坑工程概況

研究車站所在場地按地質成因、巖土性質和工程特性等，可分為14個工程地質層，①層～⑧層對地鐵工程產生影響，其工程地質特性如表1所示。地鐵車站開挖深度約達地面下20 m，基坑深度范圍內主要穿過④層土，該層土性質復雜，厚度變化大(局部超過10 m)，主要由粉質粘土、粉土、粉砂等構成，具有中等壓縮性、強度偏低等顯著特點，其工程特性對基坑支護結構變形影響較大。

場地大環境處于水系發達的太湖流域軟土地區，且部分土層含沙量較大，地下水情況復雜，對基坑工程實施影響較大。地下水埋藏特征明顯，主要由淺層潛水、微承壓水、承壓水構成。第一層微承壓水主要由賦水性、透水性較好，含水量較豐富的④-1，④-2層組成。第二層承壓水的含水層由⑦層粉土夾粉砂及⑧層淤泥質粘土、淤泥質粉質粘土組成，厚度較大。水頭埋深在地面下2.32 m，補給來源為相鄰含水層越流補給。該承壓水的水頭較高，基坑開挖深度較大，會對穩定性產生不利影響。

2 地下連續墻露筋事故調查統計

對蘇州地鐵1號線的6座車站481幅地下連續墻進行調查統計，共有4座車站107幅地下連續墻存在不同程度的墻面露筋現象。各車站墻面露筋位置主要分布在④-1，④-2層，只有少部分向上延伸至③-2層。其中，養育巷站(YYX)露筋高度平均達到10.1 m，其他三座車站均不到3.5 m。由圖1可知，廣濟路站(GJ Rd)露筋墻幅占總墻幅的80.70%，養育巷站(YYX)也達到42.86%；由圖2可知，養育巷站(YYX)平均單幅露筋面積最大，達到51.46 m2，其他車站均未達到20%。從露筋處的內侵深度來看，養育巷站(YYX)、廣濟路站(GJ Rd)、桐涇路站(TJ Rd)都超過5.00 cm。因此，按照露筋嚴重程度可知：養育巷站(YYX)和廣濟路站(GJ Rd) 露筋嚴重，桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd) 露筋不嚴重，臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)不露筋。

表1 土層計算參數

3 地下連續墻露筋事故原因分析

導致以上地下連續墻墻面露筋事故的原因較為復雜，總體可以分為地質條件原因、場地環境原因、施工技術原因等。收集所研究車站現場的各項施工相關數據，包括泥漿參數(配合比、物理性質)、混凝土參數(配合比、充盈系數)、成槽機械設備、成槽施工速度、導墻參數、監測數據對比等，研究各種因素對地下連續墻露筋事故產生的影響。

3.1 地下連續墻成槽泥漿性質對露筋的影響

1)施工泥漿物理性質指標的影響。對施工泥漿物理性質指標進行分析，包括泥漿比重、粘度、含砂率、pH值等的平均值。由圖3a),圖3b)可知，各車站泥漿比重、粘度與露筋嚴重程度并無明顯相關性；在圖3c)中，露筋嚴重的養育巷站(YYX)和廣濟路站(GJ Rd)所使用施工泥漿的含砂率分別達到3.10%和3.42%，遠遠高于其他車站，露筋不嚴重的桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd)施工泥漿含砂率為0.40%和1.20%，不露筋臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)分別為1.55%和0.91%；在圖3d)中，露筋嚴重的養育巷站(YYX)和廣濟路站(GJ Rd)所使用施工泥漿的pH值高達8.47和8.65，而其他車站均未超過8.15。由此分析可知，施工泥漿的含砂率和pH值與露筋程度直接相關。

2)施工泥漿配合比的影響。施工泥漿的配合比對槽壁的穩定性有至關重要的影響，所調查車站均采用鈉型膨潤土泥漿，還添加了CMC(羧甲基纖維素鈉)作為增粘劑，重質純堿作為分散劑。由圖4a)，圖4b)可知：露筋嚴重的養育巷站(YYX)和廣濟路站(GJ Rd)泥漿配比中膨潤土用量僅為80 kg/m3，比不露筋臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)少1/3，同時露筋嚴重車站泥漿中水的用量比不露筋車站多，而露筋不嚴重的桐涇路站(TJ Rd)和人民路站(RM Rd)泥漿中膨潤土及水的用量卻有顯著差異。由圖4c)可知，露筋嚴重的廣濟路站(GJ Rd)和露筋不嚴重的桐涇路站(TJ Rd)的泥漿中未添加中粘CMC，會影響泥漿的粘度及泥皮的形成，圖3b)中顯示粘度偏低；露筋嚴重的養育巷站(YYX)泥漿配比中，重質純堿的用量僅為1 kg/m3，遠遠少于其他車站(≥4 kg/m3)，圖4d)泥漿配合比從根本上決定著其施工過程的物理性質，進而影響地下連續墻的施工質量。

3.2 地下連續墻混凝土性質對露筋的影響

由圖5a)可知：露筋嚴重的養育巷站(YYX)、廣濟路站(GJ Rd)的施工混凝土中水泥含量均未超過300 kg/m3，遠遠低于其他車站，而不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)的混凝土配合比中砂子含量僅為690 kg/m3，均低于其他露筋車站，如圖5b)所示。露筋嚴重的養育巷站(YYX)混凝土配合比中石子用量最低，僅為1 027 kg/m3。各車站混凝土外加劑用量對車站露筋程度的相關性不明顯，如圖5d)所示。

由圖6a)可知：露筋嚴重的養育巷站(YYX)的混凝土水灰比最大，達到0.68，導致其混凝土強度相對較低，僅為40.03 MPa。各車站混凝土強度均達到設計值，不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)的混凝土強度要高于其他露筋車站(見圖6)。由此可見，混凝土配合比從根本上決定著混凝土強度，直接影響地下連續墻的施工質量。

3.3 地下連續墻混凝土充盈系數的影響

工程中充盈系數小于1認為樁體存在缺陷。已有數據的各車站混凝土充盈系數平均值均大于1，不露筋墻幅混凝土充盈系數平均值1.05，露筋墻幅混凝土充盈系數平均值1.04，且不露筋的臨頓路站(LD Rd)和倉街站(CJ)混凝土充盈系數偏高。從充盈系數來看，各車站露筋墻幅與不露筋墻幅相差不大，只有部分露筋嚴重的幅段出現充盈系數小于1的現象(特別是養育巷站(YYX))，分析可能為地下連續墻槽孔內沉淀了較多的粉細砂土。充盈系數對墻幅露筋影響程度較小，但若小于1則墻體存在質量問題。

3.4 其他因素對地下連續墻露筋的影響

各調查車站地連墻導墻尺寸變化不大，高度、垂直度都能夠滿足規范的要求。但個別成槽垂直度的局部偏差，容易導致鋼筋籠在局部位置偏斜，甚至密貼槽壁，灌注混凝土后，易形成露筋現象。

成槽的速度對槽壁的穩定有一定影響，液壓抓斗在槽內振蕩不平穩，常常把土壁的泥皮撕脫，同時抓斗快速上下也易形成渦流，沖刷泥皮。若下放鋼筋籠后至混凝土澆筑時間間隔相對較長，會致使泥漿及砂粒沉淀，也會影響混凝土澆筑。

4 監測數據分析與處理措施

對同等條件下露筋墻幅和不露筋墻幅的監測數據分析得出：露筋嚴重墻幅的墻體側向變形總體比不露筋墻幅要大。雖然墻體側向變形影響因素較為復雜，但依然說明，不管是因為墻體局部垂直度偏差原因，還是泥漿及混凝土性能不良等原因導致的墻面露筋，都最終增加了地下連續墻側向變形。地下連續墻露筋對支護結構及環境會帶來一定程度的負面影響。

文中所統計的露筋墻幅大部分出露主筋，對于內侵深度在10 cm以內的，清理干凈墻體混凝土表面粉土、粉砂等泥皮，用細石混凝土抹面或噴射C35速凝混凝土進行墻面的修補處理；對于內侵深度超過10 cm的墻幅，在處理完表面泥皮后，則采用支模板澆筑混凝土的方法進行墻體加固。處理過后的地下連續墻在后續工程中均能滿足設計和使用要求。

5 結語

對蘇州典型粉土、粉砂，承壓水控制的復雜地質條件下地下連續墻露筋事故的主要原因：成槽泥漿質量是導致墻面露筋事故發生的根本原因。含砂率高、膨潤土用量、用水量偏多、CMC用量少、重質純堿用量少均會導致露筋事故產生。另外，混凝土水泥用量偏少、砂子用量偏高、石子用量偏低，導致水灰比過大在含水量較高的砂層容易形成露筋。充盈系數偏小也是很多露筋墻幅的一個特征，個別露筋墻幅出現小于1的情況；承壓水控制的砂性土層中，成槽機械選擇也會影響墻體質量；導墻質量、成槽速度、成槽垂直度等都需要嚴格控制。

[1] N Morgenstern, I Amir-Tahmasseb. The stability of a slurry trench in cohesionless soils[J].Geotechnique,1965，15(4):387-395.

[2] 俞建霖，龔曉南.基坑工程變形性狀研究[J].土木工程學報，2002,35(4):86-90.

[3] Hajnal I., Marton J., Regele Z.. Construction of diaphragm walls[M].John Wiley & Sons, Inc., New York，1984.

[4] Greg C. Y. Wong. Stability analysis of slurry trenches[J]. J. Geotech. Engrg,1984(110):1577-1590.

[5] Joshi, K. Long-term performance and in-situ assessment of cement-bentonite cut-off wall[D]. Ph.D. thesis, Univ. of Cambridge，2009.

[6] 中華人民共和國建設部.地鐵及地下工程建設風險管理指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

[7] 劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[8] 《地基基礎手冊》編寫委員會.地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

Analysis and processing methods of continuous underground wall exposed reinforcement accident causes of subway foundation

Gu Hairong1Hou Xinyu2*

(1.JiangsuElectricPowerTransmission&TransformationCorporation,Nanjing211102,China; 2.JiangsuOpeningUniversity,Nanjing210036,China)

Through investigating and counting continuous underground wall exposed reinforcement conditions of Suzhou subway 6-seat station at No.481, the paper finds out continuous underground wall exposed reinforcement accident causes, and applies corresponding construction measures for post maintenance in light of various exposed reinforcement, which has certain guiding meaning for similar engineering.

subway foundation, continuous underground wall, exposed reinforcement, construction slurry

1009-6825(2015)30-0052-03

2015-08-19

顧海榮(1975- )，男，碩士，高級工程師，注冊一級建造師

侯新宇(1975- )，男，副教授

TU463

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