提高富水砂層地下連續墻質量技術研究

徐 藝 文

(中鐵二十四局集團有限公司，上海 200433)

1 工程概況

1.1 項目概況

南通軌道交通2號線一期工程西起港閘區幸福站，經崇川區至終點通州區先鋒街道，全長20.4 km，共設17座車站，全部為地下車站。車站主體圍護結構采用地下連續墻進行基坑支護兼作止水帷幕，地下連續墻標準幅寬6 m，厚800 mm，深30 m～50 m。

1.2 工程地質條件

南通地處長江下游沖積平原，地形平坦，地貌類型單一。地層自上而下可劃分為：①填土、②粉土、③1粉砂夾砂質粉土、③2粉砂、③4粉細砂、③5砂質粉土夾粉砂、④1t砂質粉土夾粉質粘土、④1粉質粘土、④2粉質粘土與粉土互層、④2t砂質粉土夾粉質粘土、⑤1砂質粉土夾粉砂、⑤1t粉質粘土夾粉砂、⑤2粉砂夾砂質粉土、⑤3粘質粉土夾粉砂。基坑底以上以砂性土為主，力學性能較好，經降水疏干可進一步提升，滲透性大，④-1，④-2粘性土滲透性小，具備隔水性。

1.3 工程水文條件

地下水自上而下可劃分為：潛水、第Ⅰ1承壓水(④層以下的砂土、粉土層)、第Ⅰ2承壓水(⑥層粉砂夾粉土)。

淺層含水系統由第四紀全新世河口濱海相潛水含水層組組成。含水介質以灰色粉砂或粉砂質亞砂土，其底板為富含有機質的淤泥質亞粘土。埋深在25 m～40 m，潛水位埋深在1.0 m～4.0 m，潛水位動態受年降雨周期變化影響，參與現代水循環。

中層含水系統由第一、二承壓含水層組成，第一承壓含水層組為上更新世晚期淺海相與河口相交互成層。含水介質以青灰色粉細砂為主，含少量中粗砂，其間夾有淤泥質亞粘土層。該含水層組埋深40 m～140 m。水位埋深2 m～3 m。第二承壓水層組為中更新世早期濱海河口相沉積，含中礫中粗細砂層。底板埋深220 m～270 m，水位埋深3 m～5 m。

深層含水系統為早更新世河湖相沉積，埋深250 m～350 m，為第三承壓水層。

1.4 水文專項勘察

針對南通“富水”特點，對全線選取三個站位進一步開展水文專項勘察，研究土層各向差異滲透性、土層之間水力聯系與補給、群井降水沉降計算修正參數及潛水與承壓水回灌可行性，獲得回灌施工技術參數。

設計資料共勘察南通火車站、體育公園站、太平路北站三處，以南通火車站為例，其水文專項勘察表見表1。

表1 南通火車站水文專項勘察表

通過勘察結果進行水文地質分析，經研究發現，沿線屬長江三角洲沖積平原，地貌類型單一、地層分布均勻、地層結構穩定，地層多為富水砂層；地層力學性能較好，降水后力學性能進一步提升；隔水層較薄、較淺，部分缺失，多涉及承壓水問題。

2 施工質量問題及原因分析

2.1 落籠困難

南通地鐵卡籠統計情況分析見表2。

表2 南通地鐵卡籠統計情況分析表

通過對南通地鐵1號線各站點出現的卡籠情況進行統計，經分析可以看出，除個別卡籠墻幅存在施工精度、混凝土繞流等原因外，其余卡籠本質上均為塌槽、縮徑所致，呈現出作業時間越長，塌槽、縮徑發展愈烈的規律；異形墻幅需采取一墻兩籠工藝，成槽、鋼筋籠加工及吊裝均難度較大，塌槽、縮徑更易發生，致使卡籠現象更為突出。

2.2 墻體鼓包

通過對南通地鐵1號線各站點開挖后出現的墻體鼓包情況進行統計，經分析可以看出，南通地質水文條件下，基坑開挖后地下連續墻墻體鼓包現象較為普遍，墻體鼓包多發生于首道混凝土支撐及第二道支撐之間。鼓包形成主要因為淺層土體塌槽(①填土、②砂質粉土夾粉質粘土、③1砂質粉土夾粉砂)，淺層土體松散、孔隙大、滲透性好、內聚力小，對外力反應靈敏，在微弱動水或抓斗循環往復的碰撞等外力作用下易產生移動，喪失穩定，造成塌槽。

在成槽過程中，若抓斗進尺過慢，槽內泥漿易發生絮凝和沉淀，致使泥漿比重減小，導致槽壁失穩；若抓斗進尺過快，槽壁周圍地基土的孔隙水壓力上升，泥漿的流動使槽壁上的泥皮受到沖蝕，槽壁也容易造成失穩。

由于泥漿液柱與地層間水位存在壓力差，泥漿中水分會向槽壁內滲透而失水，使黏土顆粒黏附在槽壁上形成泥皮，砂性地層中泥漿漏失量較大，易形成厚的泥膜，疏松且易脫落，引起槽壁坍塌。

2.3 墻面露筋

通過對南通地鐵1號線各站點開挖后出現的墻面露筋情況進行統計，經分析可以看出，南通地質水文條件下，地鐵基坑地墻圍護露筋現象較為普遍；地墻露筋全基坑開挖斷面內均存在，多發生于首道混凝土支撐及第二道支撐之間；露筋為地墻槽壁縮槽形成的表觀現象，形成主要為槽壁水土壓力大于槽內泥漿壓力致使槽壁向內變位。

2.4 滲漏、夾泥

通過對南通地鐵1號線各站點地下連續墻混凝土澆筑充盈系數情況進行統計，并對比無錫、蘇州地鐵地連墻充盈系數，經分析可以看出，南通地質水文條件下，充盈系數普遍偏低，地墻縮徑現象顯著；混凝土充盈系數離散性大，地墻塌槽現象突出；鋼筋籠保護層設置不到位；導管攤鋪面積不夠，部分位置灌注不到，被泥渣充填；導管最小埋置深度不夠，泥渣從底口進入混凝土內；砂性土縮槽較為顯著，尤其是雨季；地墻施工工序銜接時間過長，塌槽后導致槽壁砂土侵入鋼筋籠。

3 設計方案優化

3.1 設計原則/標準

設計標準見表3。

表3 設計原則/標準

3.2 設計方案選擇

設計方案選擇見表4。

表4 設計方案選擇

4 施工質量控制措施

4.1 施工荷載控制

1)在含砂層、松散地層適當減小成槽速度，成槽時抓斗下放應遵循一定的原則，即輕提慢放、嚴禁蠻抓，成槽速度均值控制在5 m/h左右，防止泥漿的大幅度波動，避免因抓斗上下過程中反復碰撞槽壁造成的塌槽。

2)嚴格控制導墻施工質量，適當加大導墻深度，加固地質，導墻內側加支撐，使導墻受力均勻。

3)地鐵車站一般位于城市主干道，圍護結構距離機動車道較近，尤其是交通繁忙路段，過往車輛的振動、成槽機械的重載及施工振動對槽壁穩定不利，所以臨近道路側地下連續墻施工考慮避開交通高峰期。

4)成槽過程中，大型起重吊裝機械、混凝土罐車等施工機械盡量在遠離正在施工槽段的施工便道側行駛。

5)成槽機械下方可鋪墊鋼板分散荷載，單元槽段成槽完畢或暫停作業時，應立即將成槽機移開作業槽段，施工現場材料堆放遠離槽段，其他施工項目與施工槽段錯開時間。

4.2 施工精度控制

1)在加工槽段鋼筋籠時，嚴格控制鋼筋籠桁架筋尺寸和定位墊塊尺寸，鋼筋籠寬度應比槽段寬度小200 mm～300 mm，使鋼筋籠與兩端有空隙，避免由于鋼筋籠尺寸加工不準而導致籠寬大于槽孔寬而無法安放。

2)在成槽過程中抓斗中心面與導墻中心面相吻合，保證開挖槽壁面的垂直度和水平位置精度，每一幅地連墻成槽后均用超聲波測壁儀器對壁面垂直度進行檢測，要求孔位在沿槽段及垂直槽段的兩個方向上偏差均滿足要求。避免成槽機懸吊裝置偏心，抓斗未安置水平而導致槽壁凹凸不平而造成鋼筋籠無法入槽。

3)對鋼筋籠吊裝進行驗算，對于超長鋼筋籠適當增加吊點數量，采用雙機抬吊，使鋼筋籠起吊時受力相對均勻，避免吊裝時鋼筋籠由于彎曲變形過大而無法順利入槽。

4.3 施工時間控制

1)根據地下連續墻施工工序，合理計算各工序施工時間，保證工序銜接的時效性，每幅槽段施工做到緊湊、連續，縮短裸槽時間。

2)控制優化地墻施工時間，地墻成槽控制在10 h左右，下放鋼筋籠控制在1 h以內(越快越減小縮徑引起卡籠的風險)，填沙袋及下導管1.5 h，混凝土澆筑時間控制在4 h以內(早晚上下班高峰時提前30 min發料)，避免泥漿中懸浮物沉淀并吸附于鋼筋上而影響握裹力。

4.4 泥漿質量控制

1)泥漿拌制材料選用膨潤土，規格、性能和包裝應符合國家相關標準，粘粒含量應大于50%，塑性指數應大于20，含砂量應小于5%，二氧化硅與氧化鋁含量比值宜為3～4。

2)新配置泥漿比重為1.06～1.08,粘度25～30，含砂率小于3%，pH值8～9；循環泥漿的比重1.20～1.25，粘漿度30～35，含砂率小于6%，pH值大于8；泥漿符合下列情況之一的需廢棄，比重大于1.35,粘度大于60，含砂率小于11%，pH值14。

3)槽底清理和置換泥漿結束1 h后，槽底500 mm以內的泥漿比重應小于1.15；含砂率不大于8%；粘度不大于28 s，沉渣厚度不大于100 mm。

4)泥漿池的存儲方量要達到平均槽段容量的1.5倍～2倍，保證在有工作面的情況下，即使混凝土還沒澆筑，已經有部分泥漿可以供挖下一幅槽使用，避免出現窩工現象，同時，也可以避免混凝土澆筑時回漿放不下的情況。

泥漿指標調整規則見表5。

表5 泥漿指標調整規則

4.5 槽壁寬度控制

1)槽壁適當加寬，抓斗兩側各焊1 cm厚鋼板，抵消縮槽帶來的影響，以空間換空間、以空間換時間。

2)墊塊加密，尺寸加大，發揮扶壁作用，降低縮槽影響，降低露筋率。

3)鋼筋籠加工完成后，在鋼筋籠背土面設置彩鋼瓦或彩條布隔斷，混凝土澆筑時可減小由于塌槽引起的鼓包，也可做4 m×6 m的鋼板，在混凝土初凝前取出，增加墻面開挖后的平整度。

4.6 受力平衡控制

1)每兩幅地下連續墻設置一口潛水井，提前啟用降水井，成槽前預降水3 m～5 m，保證從成槽到混凝土澆筑期間不間斷抽水，使護壁泥漿壓力大于地下水壓力并平衡掉部分土壓力。

2)泥漿出現波動時及時補漿，保證槽內泥漿液面高度距離導墻面0.2 m左右，且高于地下水位0.5 m以上。

4.7 槽壁加固控制

1)攪拌樁加固，異形墻幅槽壁采用攪拌樁加固(深至基底下3 m)；

2)臨近一級風險源區域墻幅槽壁采用攪拌樁加固(深至基底下3 m)；

3)臨近一、二級區域風險源墻幅接縫采用旋噴樁加強止水(深至基底下3 m)；

4)較厚雜填土區采用槽壁加固，槽壁加固注意嚴控攪拌樁垂直度，避免漿液凝固侵入槽段造成新的障礙而無法成槽；

5)對充盈系數小于0.99的墻幅，應在開挖前對相鄰墻縫進行高壓旋噴注漿補強止水。

5 施工效果

通過將南通地鐵1號線總結的地下連續墻施工質量控制措施，在南通地鐵2號線地下連續墻施工過程中進行應用，地下連續墻質量得到較大提升，基本解決卡籠、大面積露筋等質量問題(見表6)。

表6 地下連續墻實際值及監測限值

除園林路外，地墻變形約為限值80%、地表沉降約為限值70%；園林路站地墻變形過大主要原因為支撐架設不及時與超挖量較大。

6 結語

針對南通特有富水砂層地質情況，地下連續墻成槽施工質量影響因素較多，施工時應從加強導墻施工、成槽作業、泥漿制備、鋼筋籠吊裝、混凝土澆筑等全過程管理，成槽時通過減小施工荷載、提高施工精度、工序有效銜接、嚴控泥漿質量、勤測槽壁寬度、提前降低水位、加強槽壁加固等措施，解決富水砂層中地下連續墻極易出現塌槽、縮徑的問題，減少涌水、涌砂、塌陷、沉降等質量事故。