長江漫灘地層地下連續墻施工關鍵技術

陶云超

(中鐵十五局集團城市軌道交通工程有限公司，河南 洛陽 471002)

目前，城市地下連續墻以其良好止水性、較大剛度等優點，在深大基坑開挖過程中廣泛應用[1]。為解決地下連續墻地下滲水的關鍵問題，Segura Castillo[2]將鋼纖維混凝土防水添加劑噴于鋼筋混凝土表層。關于地下連續墻施工成槽以及槽壁穩定性的問題，李建高[3]和陳先智[4]從泥漿性能、成分等方面進行研究，給出具體的施工參數。針對軟土地層條件下地下連續墻施工工藝，很多學者取得顯著成果[5-6]。但對于復雜地層，入巖地下連續墻施工技術，缺乏系統的研究和成套施工工藝。目前，國內外學者針對入巖地下連續墻施工過程中的“成槽效率低”、“槽壁穩定差”、“槽段接頭難”等技術難題進行研究，提出了相應的施工工藝，由于不同工程中地質條件不同，施工工藝也有所差異[7-12]。目前為止，針對長江漫灘地質條件下，入巖地下連續墻施工工藝，以及地下連續墻施工對周邊建筑物沉降變形的研究較少。本文以南京地鐵9 號線濱江公園站地下連續墻施工項目為背景，研究總結其關鍵施工技術，分析對周邊建筑物的變形規律，為類似工程提供經驗參考。

1 工程概況

1.1 設計概況

南京濱江公園地鐵車站地處揚子江大道與奧體大街交叉口，位于江蘇大劇院與金陵江濱酒店、濱江公園之間，沿揚子江大道南北向布設于奧體新城隧道西側，設計為地下二層島式，附屬包括3 個出入口、2 個消防疏散口、1 個無障礙電梯和2 個風亭。地下二層雙跨框架結構(局部雙柱三跨)、基坑尺寸為478m(長)×19.7m(寬)×16.09～17.89m(深)，采用明挖(局部蓋挖)順做法施工，圍護結構采用800mm 地下連續墻(采用Φ700@500 攪拌樁進行槽壁加固)。附屬結構均采用明挖順做法施工。

該車站基坑采用地連墻和內支撐的支護方式，圍護結構176 幅，封堵墻6 幅，共計182 幅，其中東側(奧體新城隧道側)地連墻墻長55.0～56.5m，墻趾位于中風化砂質泥巖層中；西側(濱江公園側)地連墻墻長33.6～36.5m，墻趾位于粉細砂層中。混凝土采用水下C35，抗滲等級不小于P6，見圖1。

圖1 地鐵車站平面圖

1.2 工程地質及水文條件

1.2.1 工程地質。本車站位于揚子江大道西側，屬于地勢較平坦的長江漫灘平原地貌，地面高程在4.29～7.41m 之間，地表處地質主要為人工填土，淺層為Q4沖淤積黏土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土(混夾粉土、粉砂)、粉質黏土，中部為Q4沖積粉細砂、中粗砂及Q3沖洪積卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組砂質泥巖組成。巖土層物理力學性能參數如表1 所示，車站典型地質剖面見圖2。

圖2 車站典型地質剖面圖(單位：m)

1.2.2 水文條件。車站周邊較大的地表水體為長江，距離車站約470 米；向陽河位于車站西側，距車站約250 米。車站施工范圍內無地表水體分布。長江和向陽河均距場區較遠對本項目影響不大。地下水位變化受大氣降水影響顯著，年水位一般在1.5～2.0m 范圍內變化；承壓水水位距地表1.80～4.80m、平均3.11m，標高+1.40～+4.66m、平均+2.90m，年水位變化幅度一般在1.0～1.5m左右；基巖裂隙水與承壓水之間無明顯的隔水層，其水位與承壓水相差不大。地下水及土體對地下連續墻的影響為弱腐蝕性。

表1 各土層物理力學性能參數

1.3 周邊環境

車站位于揚子江大道西側，平行揚子江大道布設。車站北端主體位于江蘇大劇院廣場下方，北端主體東側距離奧體新城隧道約20m；南端主體位于揚子江大道和萬景園路中間綠化帶下方，局部位于萬景園路和奧體新城隧道環島路下方。萬景園路寬約8m，奧體新城隧道環島路寬約8m，交通流量均不大。車站周邊地下管線較多，主要分布在車站北端江蘇大劇院廣場，車站南端分布有若干穿越管線。周邊環境相對較為復雜。

2 施工重難點

2.1 圍護結構斷面型式復雜多變，成槽深度深，穿越地層主要為粉質粘土、粉土、粉砂等，地層變化大，成槽過程中易發生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑開挖限界。同時，地下連續墻深度大，垂直精度控制要求較高，也容易發生連續墻侵入開挖限界或者是連續墻接縫處出現“劈叉踢腳”而導致基坑滲漏水。

2.2 地下連續墻澆筑深度較深，混凝土連續澆筑方量大、澆筑時間長。地連墻接縫處的止水性能要求顯著。

2.3 砂層中泥漿指標易嚴重超標，此為地連墻施工難點。

3 施工關鍵技術

3.1 槽壁加固

由于該車站周邊建(構)筑物、地下管線眾多，距離建筑物比較近，施工難度大；圍護結構斷面型式復雜多變，成槽深度深，且穿越地層淤泥質粉質粘土較多，粉土、粉砂等，地層極為復雜，成槽過程中易發生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑開挖限界。為保證地下連續墻施工正常進行，地連墻內、外側設置Φ700@500 雙軸攪拌樁進行槽壁加固處理，加固深度16.2～17.5m。雙軸攪拌樁布置如圖3 所示。

圖3 雙軸攪拌樁樁位布置圖

3.2 成槽機械選擇

目前，入巖地下連續墻施工常用設備主要有傳統的液壓式抓斗成槽機(入巖段大多需鉆機配合)和新興的雙輪銑槽機[11]。

新興雙輪銑槽機成槽效率高、安全，孔形規則、適應多種地層，但機械主要依賴進口，整機購進、租賃費用昂貴，且設備維護復雜、費用較高[11]。

該車站地下連續墻成槽深度范圍西側墻底處于粉細砂層，東側墻底入中風化砂質泥巖層中，且入巖深度較淺。綜合經濟、進度等多方面因素考慮，本工程采用SG70 型液壓式抓斗成槽機，其沖擊力和閉合力足以抓起中風化泥質砂巖，同時滿足周邊地表沉降控制要求。其成槽工藝流程如圖4 所示。

圖4 地下連續墻施工工藝流程

3.3 泥漿制備

本車站地下連續墻東側墻長55.0～56.5m，成槽施工過程中，槽壁和槽段空置時間較長，因此，對泥漿護壁確保槽壁穩定性提出更高的要求；同時，由于槽段穿越粉砂層和粉細砂層，為防止成槽過程中塌孔等問題的產生，選用比重、粘度較大的泥漿。

如若泥漿比重過大、粘度過高也將會對墻體混凝土澆筑質量帶來一系列問題。本項目通過試配和實踐，優化適宜的泥漿配置方案，以克服砂層泥漿超標問題。

通過試驗進行驗證泥漿的配合比，根據性能指標檢測，泥漿配比滿足規范和現場槽壁穩定性的要求。膨潤土為水質量的8%～12%；纖維素為膨潤土的0.05%～0.01%；純堿為膨潤土的0.3%～0.5%。本工區最不利地層為砂性土，配制泥漿按理論配合比控制，比重控制在1.03-1.10g/cm3，粘性土粘度19-25s，砂性土粘度30-35s，PH 值在8-9 之間。新制泥漿必須要膨化后方可使用，膨化時間不應少于24 小時。泥漿配比如表2 所示。

表2 泥漿配比表(每方泥漿)

3.4 H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條槽段鏈接

地連墻接縫處的止水性能是基坑安全開挖的關鍵因素。基坑開挖前，按要求在坑內設置降壓井進行坑內降水，基坑內外因此形成承壓水頭，一旦地連墻接縫處發生滲漏險情，將對基坑安全和周邊環境帶來致命的影響。本工程為增強地連墻接縫處的止水效果，采用H 型鋼板止水接頭，減少甚至杜絕了水砂突涌情況的發生，提高基坑施工的安全性。

在地連墻施工過程中，為更好地解決槽壁局部塌方可能引起H 型鋼處混凝土繞流的問題，本項目采用地下連續墻單元槽段采用H 型鋼+繞流鐵皮+角鋼壓條連接的方式。具體做法如下：

首先在先行幅槽段做好槽壁測試工作，其次在先行槽段鋼筋籠外包覆止漿鐵皮，角鋼壓條連接，盡量縮小槽壁與型鋼之間縫隙。最后在H 型鋼外側采用回填沙袋及碎石封堵，沙袋填料直徑不得大于5cm，填裝完成后及時采用夯錘堆成擊實。杜絕混凝土繞流的可能性。

3.5 清底換漿

地下連續墻承載和抗滲能力受槽底沉渣的顯著影響，因此，地下連續墻施工中必須進行清槽換漿。

清槽時，首先利用泵吸反循環法進行清底，其次利用導管吸泥漿，反復循環進行清底，確保清槽質量。清底后，要求槽底泥漿比重＜1.15，槽底50cm的沉渣厚度≤10cm。

在清槽換漿前應先清刷，用吊車將特制清掃接頭工具吊入槽內緊貼前段接頭混凝土面往復上下刷2～3 遍，將接頭處泥皮清刷干凈，使新舊兩段混凝土接合處干凈密實。

清槽結束后1h，測定槽底沉淀物淤積厚度≤20cm，槽底20cm處泥漿密度≤1.2 為合格。

換漿是繼清底后的后續作業，空氣升液器在槽底部往復移動時，當不再吸出土渣，且槽底沉渣厚度≤10cm時，空氣升液器停止移動。此刻開始置換槽底部泥漿。采樣指標合格后，清底換漿作業完成。

必須強調清底換漿過程中，應保持吸漿量與補漿量的平衡，且保證泥漿不可溢出槽外或泥漿面低于導墻頂面下30cm。

4 地表建筑物沉降變形分析

南京地鐵9 號線濱江公園地鐵車站地下連續墻施工受地質條件、周邊環境、施工工期等一系列因素影響，采用雙軸水泥土攪拌樁加固地層、液壓式抓斗成槽、“改進護壁泥漿配比，確保護壁效果”、H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條連接、型鋼刷壁控制、墻腳清底換漿等關鍵技術方案進行施工。該方案在實際施工過程中顯著減小了成槽時對周邊地層的震動影響，有效地防止上部軟弱土層局部坍塌。周邊建筑物及地表沉降監測數據如圖5 所示。由圖5 可以看出，周邊建筑物在地下連續墻施工階段最大沉降量僅為2.7mm，滿足設計要求。地下連續墻墻體施工完成后，測斜管測得墻身垂直度小于0.3%，滿足設計要求。現場超聲波無損檢測，檢測結果顯示墻身完整，均為Ⅰ類。

圖5 周邊建筑物沉降

5 結論

本文以南京地鐵9 號線濱江公園車站地下連續墻工程為例，對長江漫灘地層條件下地下連續墻的成槽、連接等關鍵為題進行分析研究，并提出了在此種地質條件下的施工工藝，得出如下結論。

5.1 車站施工場地周邊建筑物較多，且環境復雜，上部地層條件差，對地表沉降控制嚴格時，可采用攪拌樁對槽壁兩側土層進行加固處理。地下連續墻施工時可有效減小地表沉降。

5.2 漫灘復雜地質條件下，采用SG70 型液壓式抓斗成槽機，可以很好的實現“非對稱”地下連續墻一側入巖，一側非入巖的成槽施工，并且滿足施工過程中，地表沉降的控制。

5.3 超深地下連續墻成槽施工過程中，槽壁和槽段空置時間較長，同時，槽段穿越粉砂層和粉細砂層，為防止成槽過程中塌孔等問題的產生，可以適當提高泥漿比重和粘度，以便更好地維持槽壁的穩定性。成槽結束后及時進行清底換漿。

5.4 長江漫灘地質條件下，地下連續墻槽段采用H 型鋼+防擾流鐵皮+防擾流壓條的方式進行連接，能夠顯著提高結構的整體性和抗滲性能。