超長入巖地下連續(xù)墻施工技術(shù)

唐雄威

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

南京世界貿(mào)易中心項(xiàng)目位于南京市河西地區(qū)，河西大街以南、廬山路以西、白龍江東路以北、江中東路以東的合圍地塊內(nèi)，基地面積32 000 m2。工程地下3層（局部有一夾層），地面部分由69層甲級寫字樓、42層商務(wù)酒店、36層酒店式公寓雙塔樓以及5層商業(yè)裙樓組成，總建筑面積約438 567 m2。

作為南京市規(guī)模最大的深基坑之一，工程基坑形狀呈矩形，南北向長約250 m，東西向?qū)捈s175 m，基坑面積36 400 m2，開挖深度普遍在16.60～19.10 m（寫字樓局部深坑達(dá)26.40 m）。基坑圍護(hù)剖面如圖1所示。

因基坑鄰近軌交且受承壓水影響，故用地下連續(xù)墻作為基坑的圍護(hù)體（兩墻合一）。基坑周邊普遍區(qū)域地下連續(xù)墻厚800 mm，北側(cè)鄰近軌交區(qū)域用厚1 200 mm地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻均要求入巖2.00～6.00 m，深度約62.00 m。基巖風(fēng)化程度不確定，故對地下連續(xù)墻作墻趾注漿以改善裂隙及槽底沉渣狀況。考慮到超深地下連續(xù)墻采用的鎖口管接頭在防滲可靠性方面不具優(yōu)勢且拔除難，故槽段接頭采用防滲可靠性更高的H型鋼接頭。

2 地下連續(xù)墻施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 成槽須穿越超厚砂土層

圖1 基坑圍護(hù)剖面示意

工程所處的南京市河西地區(qū)地貌屬長江漫灘地貌單元，場地淺層深約18.00 m范圍內(nèi)以填土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，18.00～60.00 m深度為④1粉細(xì)砂、④2中細(xì)砂、④3含礫中細(xì)砂，總厚度40.00～45.00 m，下部為⑤1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。

地下連續(xù)墻入巖，需要突破常規(guī)方式，采用特殊方式成孔、成槽。墻體超深超長、槽段空置時(shí)間長，為墻體垂直度、槽壁穩(wěn)定性控制帶來挑戰(zhàn)。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體需穿越厚40.00 m以上的砂土層。由于土層賦存承壓水，土體含礫且滲透系數(shù)大，因此，槽壁穩(wěn)定性及槽底沉渣控制難度較高[1,2]。

2.2 地下連續(xù)墻須隔斷承壓含水層

④1粉細(xì)砂、④2中細(xì)砂、④3含礫中細(xì)砂構(gòu)成的復(fù)合承壓含水層，具有含水量高、透水性強(qiáng)等特點(diǎn)，其側(cè)向徑流補(bǔ)給來源主要為長江。本工程基坑范圍內(nèi)下伏承壓含水層頂板最淺埋深15.50 m，基底已揭穿承壓含水層。

本工程基坑北側(cè)平行于基坑方向緊鄰運(yùn)營中的南京軌交1號線區(qū)間隧道（元通站—奧體中心站），隧道寬10.00 m，埋深約11.40 m，基坑邊與區(qū)間隧道外墻間凈距13.60 m。為保證軌交運(yùn)行安全，地下連續(xù)墻理論上已隔斷承壓含水層，但仍需要檢查實(shí)際施工質(zhì)量加以保證。

3 關(guān)鍵性施工措施與手段

3.1 成槽設(shè)備、工藝選擇

針對地下連續(xù)墻入巖段成槽困難問題，考慮上部非入巖段采用成槽機(jī)成槽；下部入巖段采用GPS-20鉆機(jī)進(jìn)行巖石破碎，后利用成槽機(jī)抓斗將巖屑抓出孔底，再進(jìn)行清孔。

為保證墻身的垂直度，須采用進(jìn)口帶自動(dòng)糾偏功能的施工機(jī)械。在本工程中，我們選用利勃海爾HS855HD、金泰SG50H成槽機(jī)重型抓斗成槽。

在成槽過程中，采取槽段跳挖方式以保證抓斗在挖單元孔時(shí)受力均衡，且糾偏效果比較明顯，成槽垂直度可以得到保證。在沿槽長度方向上采取套挖形式，待單孔和孔間隔墻挖至設(shè)計(jì)深度后，再沿槽長度方向套挖幾斗，將因抓斗成槽垂直度不同所形成的凹凸面修理平整，保證槽段的直線性。在抓斗沿槽長度方向套挖的同時(shí)，將抓斗下放至槽段設(shè)計(jì)深度，挖除槽底沉渣[3,4]。

3.2 槽底沉渣控制

在地下連續(xù)墻正式施工前，先后進(jìn)行非原位、原位試成槽以核對地質(zhì)資料并確定正式成槽的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。我們在現(xiàn)場空置區(qū)域施工2幅試成槽，成槽檢測報(bào)告中反映槽段除砂并靜置12 h后（12 h為地下連續(xù)墻成槽后至混凝土澆筑的時(shí)間間隔），2次試成槽沉渣厚度在90～150 cm不等，并且沉渣厚度隨時(shí)間的延長有明顯的增加（圖2）。

圖2 試成槽沉渣厚度隨時(shí)間變化曲線

對于試成槽中沉渣過厚、含砂率過高的情況，采取的主要調(diào)整措施如下。

3.2.1 泥漿性能指標(biāo)及配合比再設(shè)計(jì)

進(jìn)一步優(yōu)化地下連續(xù)墻的成槽泥漿參數(shù)，將泥漿相對密度和黏度適當(dāng)增加以減少粉細(xì)砂的沉積量，我們將原有新鮮泥漿相對密度從1.05調(diào)整至1.28，黏度增加至30 s，從而減緩沉渣速率（表1）。新鮮泥漿質(zhì)量配合比為：膨潤土∶純堿∶CMC∶自來水=130∶4.50∶1∶950。

表1 新鮮泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)

3.2.2 泥漿儲存、循環(huán)及再生處理

泥漿儲存采用集裝式泥漿箱，泥漿循環(huán)輸送采用3LM型泥漿泵，回收采用4PL型泥漿泵。分離凈化后的循環(huán)泥漿雖清除了其部分土渣，但使用過程中泥漿在槽壁表面形成的泥皮消耗了部分純堿、膨潤土和CMC等成分，并且受到混凝土中水泥、有害離子等成分的污染，使泥漿護(hù)壁性能有所削弱。因此，分離凈化后的循環(huán)泥漿，還需調(diào)整其性能指標(biāo)。

對于泥漿我們采用減少泥漿循環(huán)次數(shù)、增加泥漿循環(huán)路徑的方法將其效益發(fā)揮到最大，成槽質(zhì)量也能得到較好的控制。

3.2.3 除砂

二級濾砂：超厚砂土層對槽底的沉砂有很大的影響，我們采用二級循環(huán)濾砂處理，即在成槽時(shí)泥漿通過第一級（粗濾）將顆粒較大的砂先濾掉，然后到泥漿工廠進(jìn)行第二級過濾（泥漿工廠前置安裝CS100除砂機(jī)），保證泥漿的含砂率達(dá)到設(shè)計(jì)值（＜4%）。對于循環(huán)濾砂無法清除的槽底沉渣，利用成槽機(jī)再次清底，將槽底沉淀物清除（圖3）。

圖3 泥漿除砂示意

循環(huán)除砂：結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為含砂率不大于3.50%，之后清底，再進(jìn)行第二次循環(huán)除砂，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為含砂率不大于2.50%。

除砂約4 h后吊放鋼筋籠，再次測量沉渣，若沉渣厚度超過設(shè)計(jì)值，則利用4 000 kN履帶吊將整幅鋼筋籠吊起，采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清底。完成鋼筋籠吊放后，應(yīng)在2 h內(nèi)澆筑混凝土。

3.3 鋼筋籠分段與焊接吊裝

本工程地下連續(xù)墻墻身深度超60 m，墻體全幅配筋，針對深度逾60 m的超長鋼筋籠，現(xiàn)場采用分段吊裝方式。為縮短地下連續(xù)墻成型前槽段的空置時(shí)間，應(yīng)盡可能減少鋼筋籠分段數(shù)量。最終，我們將整幅鋼筋籠劃分為上下2節(jié)，利用1臺4 000 kN履帶吊、1臺1 500 kN履帶吊起重、吊裝。

在鋼筋籠分段吊裝焊接時(shí)，同步進(jìn)行清砂，具體的工藝流程為：槽段成槽→清孔→吊裝并臨時(shí)固定第1節(jié)鋼筋籠→吊裝第2節(jié)鋼筋籠并與第1節(jié)鋼筋籠焊接，同步進(jìn)行氣舉反循環(huán)除砂清孔→暫停清孔，下放鋼筋籠至槽底→氣舉反循環(huán)清孔，放置混凝土導(dǎo)管→清孔完畢，拔出清孔管，澆筑混凝土。

3.4 槽段接頭施工

為防止繞流，在地下連續(xù)墻的H型鋼槽段接頭兩邊設(shè)置寬300 mm、厚0.50 mm的鐵皮并回填接頭兩側(cè)的空隙，回填土為袋裝石子與土的混合物，石子粒徑5～25 mm，摻量50%～60%，采用30 kN重錘每升高2 m夯1遍，保證回填密實(shí)（圖4）。

圖4 編織袋回填處理示意

自行設(shè)計(jì)并制作強(qiáng)制式刷壁裝置，通過在刷壁機(jī)內(nèi)部設(shè)置斜向肋板，以鋼絲繩吊掛60 kN重錘作為導(dǎo)向，產(chǎn)生的水平力使得刷壁機(jī)與接頭貼緊。刷壁不少于20次，深度至槽段底部。

3.5 水下混凝土澆筑

采用導(dǎo)管法澆筑水下混凝土，混凝土導(dǎo)管應(yīng)選用φ250 mm的鋼導(dǎo)管，法蘭接頭。用混凝土澆筑架將導(dǎo)管吊入槽段規(guī)定位置，導(dǎo)管上口頂端安置混凝土料斗。鋼筋籠沉放就位后，及時(shí)澆筑混凝土，導(dǎo)管插入到距槽底300～500 mm處，在混凝土澆筑前，應(yīng)先在導(dǎo)管內(nèi)部放置球膽，檢查配比后方可澆筑混凝土。檢查并記錄導(dǎo)管的安裝長度，每車混凝土澆筑后都要記錄混凝土的上升高度、導(dǎo)管埋設(shè)深度，保證導(dǎo)管插入混凝土的深度始終保持在3～6 m。導(dǎo)管水平布置間隔不大于3m，距槽段端部不大于1.50 m。

3.6 墻趾注漿

地下連續(xù)墻的入巖段土層為第⑤1層強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)已被破壞（上部呈堅(jiān)硬土狀，下部呈碎石狀，手捏易碎，水沖易散）。為保證地下連續(xù)墻承載能力以及改善裂隙及槽底沉渣狀況，需對地下連續(xù)墻墻趾進(jìn)行注漿（圖5）。

注漿采用內(nèi)徑為48 mm的焊管，注漿管與鋼筋籠以電焊方式固定，注漿管底距鋼筋籠底不小于300 mm。

圖5 注漿管安置位置示意

在混凝土澆筑結(jié)束的3～6 h內(nèi)用清水對注漿管開塞（壓力≤2 MPa），保證單向閥打開。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，進(jìn)行注漿加固，每孔注漿2 m3（依據(jù)設(shè)計(jì)要求）。

水泥漿液的水灰比為0.50～0.60（質(zhì)量比），每根注漿管的水泥用量為2.00 t，注漿壓力控制在0.20～0.50 MPa，流量控制在10～25 L/min。當(dāng)注漿壓力達(dá)到2 MPa并持荷3 min且注漿量達(dá)到80%時(shí)，應(yīng)終止注漿[5]。

4 實(shí)施效果

本工程119幅地下連續(xù)墻由2臺成槽機(jī)歷時(shí)160 d完成，經(jīng)檢測，地下連續(xù)墻的各項(xiàng)控制指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在基坑開挖期間，地下連續(xù)墻目測墻身完整，接縫處除局部有輕微滲水現(xiàn)象外，未發(fā)現(xiàn)明顯的滲漏，承壓水抽水試驗(yàn)結(jié)果表明地下連續(xù)墻具有良好的封閉隔斷能力。

5 結(jié)語

在試成槽基礎(chǔ)上，通過對泥漿參數(shù)的控制、泥漿循環(huán)次數(shù)的改進(jìn)以及鋼筋籠吊裝過程中穿插進(jìn)行的清孔等措施，有效控制了超深地下連續(xù)墻在厚砂土層中成槽的墻底沉渣厚度。良好的墻體完整性，使得基坑降水對軌交沿線的自然水位特別是承壓水水位波動(dòng)影響達(dá)到最小，保證了軌交運(yùn)行安全，從中積累的經(jīng)驗(yàn)可為今后類似工程提供借鑒。