天津密實砂層地下連續墻施工技術控制

姚嘉杰

（上海隧道工程有限公司，上海市 200032）

天津密實砂層地下連續墻施工技術控制

姚嘉杰

（上海隧道工程有限公司，上海市 200032）

以天津5、6號線賓館西路站超深地下連續墻施工為背景，介紹了在海河沖積平原深厚鋼板砂地質條件下地下連續墻施工的應對措施及關鍵技術，現場通過對地墻成槽中及成槽后兩個施工階段各關鍵工序的把控，確保了施工質量，為今后類似工程的實施提供了一定的借鑒。

深厚鋼板砂地質；超深地下連續墻；成槽及泥漿控制要點

0　引言

天津作為海河沖積平原最具代表性的地區，其土層地基由歷史上黃河改道、海河入海泥沙堆積及新近河道沉積而成，后期由于受入海河流、沉積泥沙水力改造及區域性地質演變的影響，在平、剖面上呈現性質差異較大的黏性、砂性兩種乃至多種土層交互成層或互為透鏡的現象，致使地層“上軟下硬”“軟硬不均”。這種“上軟下硬”的土質在其特性上多表現為地表以下至15 m深度范圍為內摩擦角5°～10°、黏聚力5～15 kPa缺乏黏結力的淤泥質土層；40 m深度以下為標貫擊數接近50擊、在北方被稱為“鋼板砂”的深厚粉砂性土層。在這種土層條件下進行深度大于50 m的超深地下連續墻施工，會面臨以下難題：

地墻成槽階段：

（1）淺層極易塌孔，深層挖掘困難。

（2）深層堅硬土層開挖效率較低，成槽時間較長。

（3）施工穿越深厚砂層、開挖時間過長加之地下水的持續侵蝕，會加劇護壁泥漿性狀的變化，增加土體坍塌風險。

（4）地墻垂直度控制困難，一旦開挖趨勢形成，糾偏難度較大。

成槽后地墻成墻階段：

（1）穿越深厚砂層會造成泥漿中懸砂較多，清孔難度增大。

（2）泥漿中大量懸浮砂顆粒在鋼筋籠下放階段沉入槽底，造成深厚沉渣。

天津地鐵5、6號線賓館西路車站圍護結構采用深55 m、厚1 m的超深地下連續墻，本文結合該站地下連續墻的施工，介紹在天津海河沖擊平原深厚鋼板砂地質條件下地下連續墻施工應對關鍵技術措施及經驗，為今后類似工程提供借鑒和參考。

1　工程簡介

賓館西路站是天津地鐵5、6號線的一個同臺換乘站，車站位于天津市河西區賓水道與賓館西路交口，沿賓水道東西向布置。工程處于天津政治核心區域，結構北側為天津賓館、天津國賓館，南側為天津市政府、國家開發銀行及天津利和集團，主體結構距離市政府辦公大樓60 m，部分出入口侵入政府區界，如圖1所示。

圖1　賓館西路站車站地理位置

車站采用地下三層三跨島式車站形式，主體結構長276 m，寬23.3 m（標準段），端頭井最深達27.72 m，采用蓋挖逆作施工工藝。圍護結構為厚度1 m、深度55 m的超深地下連續墻，接頭形式采用十字鋼板接頭。地下連續墻墻趾插入粉土層和粉砂層，位于第二層承壓含水層之間，圍護結構沿深度方向難以有效隔斷承壓含水層，如圖2所示。根據施工進度安排，地下連續墻施工周期貫穿整個北方冬季，現場實際操作時需考慮冬季施工對成槽機具設備、泥漿指標控制以及混凝土澆筑質量的影響。

圖2　賓館西路站斷面地質分布及基本參數

2　施工關鍵技術控制措施

2.1成槽階段施工關鍵技術控制措施

2.1.1開挖精度及垂直度控制

成槽精度、垂直度和過程中槽壁的穩定性直接影響后續鋼筋籠的下放及周邊環境的安全。

從前5幅成槽情況來看，抓斗正常挖槽時間占總成槽時間的 20%（成槽占總施工時間的28%），有效時間并不長，較多的時間用于過程中的超聲波檢測及槽段糾偏，這兩項所耗用的時間占總成槽時間的55%左右，而且多集中在深度40～55 m施工范圍內。根據地質分析，該范圍內土層是“鋼板砂”，該類型土層質地較為堅硬，標貫擊數多集中在45～50擊，開挖較為費力，液壓抓斗開挖到該層位，若不能隨時留意開挖中設備垂直度等參數控制，一不留心抓斗容易“跑偏”，后期糾偏較為困難（地下連續墻土層情況及開挖土層留樣如圖3、圖4所示）。雖然成槽機抓斗上有推板可以進行強制糾偏，但是抓斗在底部較硬土層開挖趨勢一旦形成的情況下，其推板糾偏效果并不是非常理想，施工中只能通過在抓斗上燒焊鋼筋或者鋼板進行“強制”糾偏，這種處理不但費時、費力、效果不明顯，而且在一定程度上增加抓斗進出槽段導墻入口的風險。

圖3　開挖土層留樣

圖4　地墻土層分部及參數

（1）根據地質詳勘及地下連續墻分幅，繪制每幅地下連續墻所在位置土層分布及參數情況表，對每幅地下連續墻各深度范圍內土質的標貫擊數進行標示，施工前提醒成槽機手注意該幅土層變化，在該深度位置合理控制開挖速度，抓斗輕提慢放、減少擾動、提高精度，避免后期不必要的糾偏及超聲波檢測。

（2）開挖深度至40 m后，每隔5 m進行一次超聲波檢測，“勤測勤糾，早測早糾”，爭取在偏移初期就進行糾偏，控制開挖趨勢，將垂直度控制在合理水平。

（3）對設備加強檢修保養（尤其是冬季低溫環境），避免抓斗推板及油路損壞等故障的發生，同時增加備品備件，降低設備等零部件所增加的時間耗用。

2.1.2泥漿指標的控制

天津地區地下深層范圍內地質水文條件復雜，30 m深度以下幾乎全部是滲透系數較高的粉砂層，在動水壓力作用下易液化產生流砂。當成槽穿越深厚砂層，泥漿中的含砂率會迅速提高，致使后期沉渣厚度加劇，同時在地下水的持續侵蝕下泥漿各項性能指標迅速變化。

（1）地下水侵蝕的應對處理。在含鹽地區施工時，經常會出現泥漿絮凝、泥水分離等現象，導致泥漿的剪切力下降，漏失量上升。現場試驗及實際施工表明，即使采取充分的清孔換漿措施，置換后的泥漿在沖積平原弱堿性地下水鈣、鈉離子等礦物質的持續侵蝕下，原本穩定的泥漿體系也會迅速遭到破壞，膠體率降低、失水量增大，泥漿分液離析、迅速上下成層，劣化速度加快，在槽段底部形成一層由離析膨潤土黏稠顆粒和泥漿中懸浮沉砂組成的沉淀混合物，隨著后期混凝土的澆筑，在涂抹作用下這些沉渣大量混入隨液面上升的混凝土中無法消解和分離，造成槽段壁面松散、剝落、露筋和接頭夾泥。

針對這一情況，現場迅速進行調整，在原材料供應上要求膨潤土供應商提供含純堿的復合鈉基膨潤土用于泥漿的配置，現場在此基礎上額外增加了純堿的投放量，調整了泥漿中膨潤土的摻量配比，增強泥漿抗污染能力的同時，強化泥漿各項參數指標。同時為除去泥漿中侵入的鈉離子，在泥漿中適時補充抗鹽性強的改性淀粉添加劑，將分散性泥漿轉化為鹽水泥漿，阻止膨潤土顆粒間相互聚并的趨勢，保持泥漿性狀的穩定性。

（2）冬季泥漿的管理。冬季施工中對泥漿的指標控制及管理是不得不考慮的又一大問題。進入冬季前現場進行相應試驗，同批次制備的泥漿經過一夜凍融后與未經凍融的泥漿相比，其指標變化及劣化程度表現得異常明顯。

現場采取熱水拌制泥漿或者加入工業鹽防止泥漿結凍等方式效果都不甚理想，前者降溫速度快效果不佳，后者對泥漿黏度指標影響較大。較為適當的處理方式是確保泥漿存儲場地封閉且保暖，同時利用小型空壓機使泥漿池和筒倉內泥漿持續翻滾，防止結凍。在泥漿輸送上可適當加大泥漿輸送管路直徑、在管路上包裹保溫材料、送回漿前及時熱水沖洗等方式避免管路凍結。

2.2成墻階段施工關鍵技術控制措施

2.2.1清孔換漿

清孔換漿的目的在于置換成槽完畢后槽段內黏稠、厚重的泥漿，確保鋼筋籠吊放過程槽壁的穩定，同時減少后期混濁泥漿以及底部沉渣對混凝土澆筑質量的影響，清孔換漿完成的標準應采用換漿量與指標雙控，且必須全部達到要求后才可以停止清孔。

賓館西路站地下連續墻施工深度范圍內粉砂性土累計厚度超過25 m，根據以往施工經驗，當土層含砂土、粉土累計厚度超過3 m時考慮采用槽內100%清孔換漿可以有效降低墻面夾泥、夾砂滲漏的風險，提高墻體混凝土澆搗質量，但采用100%清孔換漿存在空間和時間兩大難題。

（1）空間。指的是施工場地（地上及地下空間），即泥漿系統清孔用漿配置容量是否滿足100%清孔換漿的要求。現場只有當泥漿儲備大于計劃日成槽量3倍容積以上，才有可能將新鮮泥漿、成槽泥漿、清孔用泥漿分開儲存放置，才有可能進行100%清孔換漿。

由于工程處于市中心核心區域，用于設置現場臨時施工設施的可操作空間有限，根據施工進度籌劃，現場需設置存儲容量不小于1 000 m3泥漿存儲設備才能滿足100%清孔換漿需求。在地下存在切改管線的情況下現場設置泥漿筒倉，將平面存放改為立體存放，成功地解決了泥漿存儲空間這一問題，同時現場配合氣舉反循環法清孔工藝（即底部吸渣，地面位置排放新鮮漿液），通過筒倉內泥漿漿液與地面之間的高差增加泥漿自上而下輸送的壓差，利用泥漿重力置換，提升清孔換漿水平。

單個泥漿筒倉泥漿存儲量為60 m3，現場共設置10個泥漿筒倉（見圖5），可存儲泥漿600 m3，同時現場配置一泥漿池，容量為36 m×9 m×2.5 m=810 m3，兩個合計存儲泥漿 1 410 m3，滿足100%清孔換漿需要。

圖5　現場泥漿筒倉的設置

（2）時間。100%清孔換漿所花費的時間會較傳統清孔換漿時間長，時間耗用越長，帶來的槽壁穩定性風險越大。

由于氣舉反循環法清孔工藝采用的是底部吸漿地面送漿的置換流程，這就要求清孔管需接長至槽段底部（共60 m），換漿前后安拆清孔管所需時間至少3 h。現場清孔換漿初期采用單管進漿、雙泵抽吸的方式進行換漿處理，進出漿量不匹配加上抽吸雙泵常損壞導致單泵抽吸，致使清孔時間較長，換漿時間一度達到5～6 h，后期現場進行調整，抽吸泵兩用一備，現場雙管進漿、雙泵出漿，氣泵損壞的頻率明顯降低，將實際100%清孔換漿時間從原先的5 h減少到3h左右，總的清孔換漿時間控制在6 h以內。

2.2.2混凝土澆筑

為了減少在深厚粉砂性土層施工時泥漿中沉砂可能對后期墻體澆筑質量帶來的影響，現場除了在泥漿性能指標、清孔換漿等工序上采取必要的控制手段外，還加強了在混凝土進料質量和溫度控制上的管控。

（1）混凝土進料質量控制。地下連續墻墻體澆筑時，一旦進料的混凝土過于稀稠，在混凝土液面上升過程中由于上部混凝土無法“頂托”住頂部沉渣或槽內泥漿而與之融合，造成槽壁表面夾泥、夾砂現象的產生。

為此，現場在與供料混凝土拌站交底時便明確混凝土退料塌落度超標范圍，對于塌落度超過±20 mm的混凝土進料堅決予以退回，同時技術員現場每100 m3檢查一次進料混凝土塌落度，對于不足100 m3的按照100 m3進行檢測，并留下影像資料便于后期查證。

（2）混凝土進料溫度控制。當混凝土入模溫度低于5℃時，水泥材料的水化熱不再反應，混凝土的強度停止增加。當混凝土的入模溫度低于0時，存在于混凝土中的液態水開始轉化成固態，并伴隨一定的膨脹應力破壞混凝土內部結構。

為了應對低溫對地下連續墻混凝土質量及后續頂拔反力箱時間預判的影響，現場配備專業測溫槍（見圖6），對每一車進料混凝土進行溫度量控，對出料時低于5℃的混凝土泵車現場立即制止其繼續放料并退料重發。

圖6　混凝土測溫槍

3　結語

地下連續墻的施工質量和滲漏控制一直是地下工程施工技術人員關注的重點，通過對天津地鐵5、6號線賓館西路站地下連續墻施工所采取的系統性、科學性技術管理手段，工程取得了良好的施工效果，施工操作的精細化管理可以為今后同類工程提供借鑒。

U231.4

B

1009-7716（2016）07-0238-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.070

2016-03-13

姚嘉杰（1983-），男，上海人，工程師，從事地下工程施工管理工作。