拋石擠淤地質條件地下連續墻成槽施工技術

鐘志全，喻暢英

(中建隧道建設有限公司，重慶 401320)

拋石擠淤施工方便、快捷，適用于大規模機械化施工，在沿海地區得到廣泛應用。拋石擠淤法是指在較厚的淤泥及淤泥質土層中拋入較大的片石、塊石，將淤泥擠出的一種強迫換土方式。

拋石被擠入淤泥后，形成離散性較大、流塑性高、厚度不均勻的殘留淤泥層。地下連續墻在拋石擠淤地層中成槽施工容易發生局部坍塌、卡錘及偏孔現象，導致施工進度滯后，地下連續墻施工難度大。本文通過工程案例分析了地下連續墻在拋石層和淤泥層中成槽存在的問題，并提出了采取槽壁加固、改良護壁泥漿參數及成槽機械設備等技術措施，降低了槽壁局部坍塌、卡錘、偏孔的施工風險，保證了地下連續墻成槽施工質量和施工進度。

1 工程概況

深圳地鐵某車站總長為157.5m，總建筑面積10720.24m2。標準段線間距14.2m，中心里程處車站頂板覆土厚度約2.93m。主體結構側墻和地連墻形成復合結構，采用明挖順做法施工。主體結構基坑支護方案主要采用800mm厚地下連續墻+內支撐的結構形式，連續墻嵌固深度不少于10m，標準墻幅按6m寬分幅，共分94幅墻施工，接頭均采用工字型鋼。

根據鉆探資料，本工程站址位于拋石擠淤填海區，回填成分主要為塊石、碎石及填土，本工程地下連續墻施工范圍內的土層從上至下主要包括：①素填土＜1-1＞；②填碎石＜1-3＞；③海相沉積淤泥（質）土層＜2-1＞；④黏性土層＜5-2＞；⑤花崗巖殘積層（＜6-1＞、＜6-2＞）。其中淤泥（質）土層中揭露層厚0.70～4.30m，平均厚度2.37m；拋石層平均厚度為5.13m，主要由粗粒花崗巖質碎石組成，其余為塊石、角礫及粘性土充填。

2 成槽存在的問題

根據我單位在拋石填海區以往的施工經驗，地下連續墻成槽施工存在以下問題。

2.1 偏孔、卡錘

卡錘和偏孔會降低地下連續墻成槽施工效率，導致施工進度滯后。

鉆錘在沖擊過程中產生偏孔的主要原因是由于槽內拋石層傾斜，端面受力不均而引起錘體向受力較小一側滑移，且隨著沖擊作業進行，側滑逐漸增大，造成槽內拋石層突出一側欠沖而軟土一側則超沖，影響成槽垂直度，產生偏孔。

產生卡錘的原因主要是鉆錘在拋石層下落或拉起的過程中，被探頭石或者回填石塊卡在樁孔某一位置處，造成卡錘。

2.2 槽壁坍塌

在淤泥層中地下連續墻成槽產生坍孔的原因主要有：①淤泥地層厚度不均勻，物理性質離散型較大、強度較低、壓縮性較高，成槽過程中易對周邊范圍內淤泥地層產生擾動，造成地下連續墻槽壁及周邊淤泥地層整體滑移；②沖孔樁機在沖擊成槽時，對槽壁外側土層產生擾動，泥漿滲入到淤泥等軟土地層中，從而不能形成凝膠，導致護壁泥漿大量流失，造成槽段內泥漿液面迅速下降，泥漿在槽壁面上無法有效形成泥皮，導致槽壁局部坍塌。

3 解決措施

3.1 拋石擠淤地層處理原則

1）地面以下5m范圍內的拋石層，采用素土或者水泥土直接對拋石層進行換填處理。按1∶2的坡率放坡刨除拋石，護坡坡面采用?8@200×200掛網噴漿。清除拋石后用水泥土回填，回填施工時分層回填碾壓，每層回填厚度20～30cm，用壓路機碾壓，7天后再進行成槽施工，換填施工后變拋石層為常規地層，降低了拋石層的厚度，有利于成槽機快速、高質量成槽。

2）地下5m范圍以下的拋石層，換填施工難度增大，故采用沖孔樁機先破除拋石層，再用成槽機成槽施工；對于淤泥層殘留較厚的區域，除上述措施之外，首先需要對施工范圍內的淤泥層進行預加固處理，提高槽壁穩定性，然后再進行成槽施工。

3.2 槽壁加固

本工程淤泥及淤泥質土層最厚達到4.3m，為了預防在淤泥地層成槽過程中槽壁局部坍塌，在成槽施工前，采用雙重管高壓旋噴樁對槽壁兩側淤泥及淤泥質土進行預加固。沿地下連續墻內外兩側各布置1排雙重管高壓旋噴樁，高壓旋噴樁樁徑為0.6m，樁中心間距為0.5m，搭接長度為0.1m，樁深為12m，高壓旋噴樁布置示意見圖1。

在加固前，淤泥層呈暗灰色，流塑狀態，強度較低；加固后土體呈淺棕色，硬塑狀態，強度較高。這是由于在高壓旋噴樁施工過程中，當雙重注漿管鉆至預定深度后，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓水泥漿液和空氣兩種介質的噴射流沖擊破壞土體，在不斷噴射和提升過程中，漿液和淤泥質土混合形成強度大、壓縮性小的圓柱形固結體，使加固樁體與土體共同承受側向土壓力、水壓力，從而提高淤泥層的抗剪強度。

采用高壓旋噴樁對地下連續墻兩側土體進行加固，能顯著提高槽壁穩定性，降低槽壁局部坍塌的風險。

圖1 高壓旋噴樁布置示意圖

3.3 護壁泥漿的改良

在地下連續墻施工過程中，護壁泥漿需具備物理及化學穩定性、合適的流動性、良好的泥皮形成能力以及適當的比重。

膨潤土泥漿有兩個作用：首先，可以懸浮部分土顆粒，減少槽段底部的沉渣；其次，當泥漿液面高于地下水位，泥漿在內外壓力差的作用下可向槽壁周圍土體內滲入，土顆粒間的孔隙被填充封堵后，很快就可以在槽壁上形成一層類似于不透水薄膜的泥皮，以保證泥漿的靜液壓力能夠作用在槽壁上，抵抗槽壁周圍土體的土壓力和水壓力，從而保證成槽施工中槽壁的穩定性。

為增強泥漿護壁效果，適當添加參合物，減少自由水的失水滲透，促使槽壁固土防塌。參合物主要包括羧甲基纖維素(CMC)和燒堿（Na2CO3），分別起增大泥漿粘度和加強膨潤土顆粒表面吸附的負電荷的作用。膨潤土造漿配比見表1。

表1 膨潤土造漿配比表(占水的百分比)

在地下連續墻成槽過程中，為防止泥漿漏失，需適當提高泥漿比重，提高泥漿比重能減少泥漿的濾失量，提高泥漿護壁效果。施工過程中應定期檢查并測試泥漿指標，及時調整護壁泥漿的密度、粘度、含砂率和pH值等參數，每兩小時測定一次，同時嚴格控制泥漿的液面高度，保證泥漿液位在地下水位0.5m以上，并不低于導墻頂面以下0.3m，液位下落應及時補漿，始終維持穩定槽段所必需的液位高度，保證形成的泥皮薄而密實，起到固定槽壁的作用。

使用復合納基膨潤土泥漿代替傳統的鈣基膨潤土泥漿，能增大泥漿的保水性和流變性，提高漿液的粘度；增大泥漿的分散性及膠凝強度，提高泥漿重度；保證泥漿在靜止時，結構較為穩定，可有效懸浮鉆屑，支撐槽壁。復合納基膨潤土泥漿的主要性能指標見表2。

表2 復合納基膨潤土泥漿的主要性能指標

3.4 成槽設備的改進

為了防止地下連續墻在成槽過程中產生卡錘和偏孔，借鑒以往的施工經驗，將傳統的圓形重錘改良成為矩形沖擊錘，有效解決了圓形沖擊錘的死角問題，且矩形沖擊錘在沖槽時能有效貼合槽壁，保證沖擊過程中的垂直度，防止沖擊錘側滑，降低了卡錘、偏孔的施工風險。由于本項目拋石層厚度為0.50～10.40m，平均厚度為5.13m，施工中沖擊錘無法一次性沖破拋石層，故采用改良后的矩形沖擊錘分兩次或兩次以上沖擊成槽，采用多次錘擊，多次清渣的方式直至穿過拋石層。通過改良后的設備成槽，降低了成槽施工中卡錘、偏孔現象，同時加快了施工進度，提高了施工質量。矩形沖擊錘見圖2。

圖2 矩形沖擊錘示意圖

4 總 結

本文以成功完成的深圳地鐵某車站實例為背景，介紹了拋石擠淤地層的形成機理，并分析了在拋石擠淤地層中地下連續墻成槽存在的問題，最后總結出在該地層中成槽施工的技術措施，通過采用槽壁加固、護壁泥漿改良、“換填+改良矩形沖擊錘直接沖擊拋石層+成槽機成槽”等方法，極大增強了地下連續墻槽壁的穩定性，有效降低了地下連續墻成槽施工過程中局部坍塌、卡錘、偏孔等風險，施工過程中安全、質量和進度均得到了有效保證，對在類似地層的工程施工有較為積極的借鑒意義。