高水位超厚淺層砂性土層地下連續(xù)墻施工技術(shù)

張竹青 ZHANG Zhu-qing

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

1 工程概況及周邊環(huán)境情況

1.1 工程概況

上海軌交崇明線工程111 標(biāo)2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段所處區(qū)域位于長(zhǎng)興島北環(huán)河北側(cè)的農(nóng)田內(nèi)。結(jié)構(gòu)長(zhǎng)116m，寬19.0/19.8m 為地面二層地下二層（局部四層）單柱雙跨混凝土箱型結(jié)構(gòu)。采用明挖順作法施工，最大開挖深度31.7m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m 厚地下連續(xù)墻，采用十字鋼板接頭，墻深50.5～53.5m。基坑剖面圖如圖1 所示。

圖1 2# 大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段基坑剖面圖

1.2 周邊環(huán)境情況

1.2.1周邊環(huán)境

2# 大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段位于崇明區(qū)長(zhǎng)興島的新開河附近，上海長(zhǎng)江大橋東側(cè)，附近為上海機(jī)施天然氣過江隧道項(xiàng)目。轉(zhuǎn)換段周邊均為農(nóng)田。轉(zhuǎn)換段南側(cè)為北環(huán)河，河道藍(lán)線寬50m。長(zhǎng)興島內(nèi)工程沿線河網(wǎng)密集，河流縱橫，排泄暢通。2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段南側(cè)30m 有1 條新開河1，河寬約20m；北側(cè)有1 條新開河2，河寬約17m；西側(cè)有一條小明浜，河寬約3m。勘察期間測(cè)得水面標(biāo)高在2.31m 左右，河底標(biāo)高一般在0.51～1.51m 左右，水深在0.7～1.8m 左右。環(huán)境總平圖如圖2 所示。

圖2 環(huán)境總平圖

1.2.2工程、水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地基土在85.29m 深度范圍內(nèi)均為第四紀(jì)松散沉積物，主要由飽和粘性土、粉土和粉砂組成，具有成層分布特點(diǎn)。本工程連續(xù)墻槽段淺層涉及的不利土層主要為：②3-1t灰色砂質(zhì)粉土與淤泥質(zhì)黏土互層，土層分布為地下1.3～3.2m；②3-1灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下3.2～10.6m；②3-3灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下10.6～14.2m；②3-4灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下14.2～15.7m。土層滲透系數(shù)如表1 所示。

表1 土層滲透系數(shù)表

2 工程難點(diǎn)

②3層土層為本工程主要的潛水含水層，平均水位埋深為1.50m，該土層總厚度大，滲透性好，水量豐富補(bǔ)給較快且受氣候、降水影響，入江海口處受潮汐漲落影響較大。在該土層的影響下，現(xiàn)場(chǎng)試挖導(dǎo)墻溝槽后，1 小時(shí)內(nèi)即出現(xiàn)積水和邊坡大面積坍塌問題，導(dǎo)墻溝槽穩(wěn)定性如圖3 所示。

圖3 導(dǎo)墻溝槽穩(wěn)定性

同時(shí)粉土、砂土在水動(dòng)力作用下，極易產(chǎn)生透水、涌水、流砂等現(xiàn)象，對(duì)地下連續(xù)墻槽段的穩(wěn)定性存在不利影響，容易出現(xiàn)縮孔、坍方現(xiàn)象，從而影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

3 針對(duì)性施工技術(shù)

為確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，防止槽壁坍塌、縮孔，需采取措施確保成槽質(zhì)量。若采用常規(guī)的三軸攪拌樁槽壁加固，周邊環(huán)境影響小、效果佳，但造價(jià)高、工期長(zhǎng)。本工程結(jié)合自身?xiàng)l件情況采用噴射井點(diǎn)預(yù)降水、控制泥漿性能指標(biāo)等措施，確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量。

3.1 噴射井點(diǎn)預(yù)降水

3.1.1設(shè)計(jì)思路

通過短期降水及時(shí)疏通成槽范圍內(nèi)土層地下水，形成地下水位面與槽段內(nèi)泥漿液面的水頭高差，加速泥漿滲透和泥皮形成，同時(shí)通過降低粉砂性土內(nèi)的地下水使土體產(chǎn)生固結(jié)，以提高土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止成槽面土體失穩(wěn)，本工程選用在砂性土層中地下墻預(yù)降水常用的噴射井點(diǎn)降水方法。

3.1.2噴射井點(diǎn)設(shè)計(jì)及布置

噴射井點(diǎn)預(yù)降水施工分為導(dǎo)墻施工和成槽施工階段。考慮成槽機(jī)及其他機(jī)械設(shè)備行走路線，且噴射井點(diǎn)施工期間基坑未完全封閉，兩階段井點(diǎn)布設(shè)以坑內(nèi)為主，坑外預(yù)留備用井點(diǎn)位置。兩階段井點(diǎn)鉆孔直徑均為300mm，噴射井點(diǎn)平面布置如圖4 所示。

圖4 噴射井點(diǎn)平面布置圖

①第一階段施工。導(dǎo)墻施工時(shí)，井點(diǎn)沿導(dǎo)墻外邊線1.8m，每隔5m 布設(shè)一口，鉆孔深度9m，井點(diǎn)深度8.5m，濾管布置于②3-1t灰色砂質(zhì)粉土與淤泥質(zhì)黏土互層及②3-1灰色砂質(zhì)粉土層中，濾管長(zhǎng)6m，如圖5 所示。

圖5 9m 噴射井點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

導(dǎo)墻溝槽開挖前，提前開啟施工導(dǎo)墻范圍內(nèi)噴射井點(diǎn)，將潛水水位降深至導(dǎo)墻底以下1m 位置后進(jìn)行導(dǎo)墻施工，施工完成后停止降水拔除井點(diǎn)管。

②第二階段施工。

地下連續(xù)墻施工期間，井點(diǎn)沿地下連續(xù)墻外邊線2m，每幅地下連續(xù)墻布設(shè)一口，鉆孔深度14m，井點(diǎn)深度13m，濾管布置于土層滲透系數(shù)最大的②3-1灰色砂質(zhì)粉土和②3-3灰色砂質(zhì)粉土層中，濾管長(zhǎng)6m，如圖6 所示。

圖6 14m 噴射井點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

成槽前，提前3 天同時(shí)開啟槽段對(duì)應(yīng)的1 口及相鄰2 口噴射井點(diǎn)。以②3層含水層初始層壓水頭埋深1.5m 計(jì)算，同時(shí)開啟槽段范圍內(nèi)3 口噴射井點(diǎn)，槽段處最大水位降深為10.00m，可以滿足槽段開挖要求，同時(shí)槽段周邊10～15m 范圍內(nèi)水位降深約為5.00～6.00m。

3.1.3降水運(yùn)行效果

①經(jīng)過噴射井點(diǎn)預(yù)降水后，導(dǎo)墻溝槽開挖完成后溝槽兩側(cè)土體穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。如圖7 所示。

圖7 噴射井點(diǎn)降水后導(dǎo)墻溝槽照片

②地下連續(xù)墻成槽前3 天開啟對(duì)應(yīng)槽段范圍內(nèi)3 口噴射井點(diǎn)，槽段外10m 范圍內(nèi)水位降水約5m 及潛水水位在地面以下6.5m 左右，降水s-t 曲線如圖8 所示。

圖8 噴射井點(diǎn)降水s-t 曲線

3.2 控制泥漿性能指標(biāo)

3.2.1泥漿配置

①膨潤(rùn)土。為解決常規(guī)泥漿在地下連續(xù)墻施工中，護(hù)壁性能、攜渣能力、穩(wěn)定性、回收處理等性能不足，本工程采用復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土泥漿。

②施工用水。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，場(chǎng)地潛水水樣 的pH 為6～7，鹽離子含 量 為1700～1800ppm，硬度（鈣離子含量）＞425ppm。現(xiàn)場(chǎng)自來水水樣的pH 為7，鹽離子含量為200～220ppm，硬度（鈣離子含量）為50～90ppm。場(chǎng)地潛水含鹽量約為自來水的8.5～9 倍，井水中的鈣離子含量約為自來水的5～9 倍。

現(xiàn)場(chǎng)采用潛水配制的泥漿，膨潤(rùn)土無法水化膨脹，存在明顯的漿水分離現(xiàn)象，無法作為新鮮泥漿使用，故本工程選用自來水配合復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土配置泥漿。

③泥漿拌制。膨潤(rùn)土采用專業(yè)拌漿桶進(jìn)行攪拌，配漿采用自來水進(jìn)行拌制，根據(jù)實(shí)際試配結(jié)果按需加入純堿使配置泥漿泥漿pH 值控制在8～9，已達(dá)到最佳配漿效果。每次膨潤(rùn)土進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)行試配，將拌制好的新漿靜止8 個(gè)小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后投入使用。

3.2.2泥漿性能指標(biāo)及配合比

①泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)。本工程地下連續(xù)墻施工泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)見表2。

表2 泥漿性能指標(biāo)表

②新鮮泥漿試拌配合比。根據(jù)表2 的性能指標(biāo)要求，新鮮泥漿試拌配合比見表3。

表3 泥漿配合比指標(biāo)表

如按試拌配合比所拌制的泥漿不滿足要求，重新調(diào)整配合比，直至滿足后方可用于施工。

4 實(shí)施效果

4.1 試驗(yàn)槽段

為驗(yàn)證成槽預(yù)降水和泥漿的效果，避免因坍方影響成槽效率及地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，選取基坑標(biāo)準(zhǔn)段編號(hào)WW-17，接頭形式為十字鋼板，墻身50.5m 地下連續(xù)墻進(jìn)行試成槽。

試成槽前3 天開啟周邊三口噴射井點(diǎn)預(yù)降水，將槽段四周水位降低至地面下4～6m。

試成槽時(shí)的入槽泥漿選擇自來水配置的鈉基膨潤(rùn)土泥漿，泥漿比重為1.06，粘度為35″，pH=8。試成槽過程中實(shí)測(cè)泥漿指標(biāo)變化情況見表4 所示。

表4 實(shí)測(cè)槽段內(nèi)泥漿指標(biāo)

由表4 中數(shù)據(jù)可得，試成槽過程中，在地面至地面以下18m 范圍內(nèi)受粉砂性土層和潛水的影響，比泥漿重及含砂率明顯增大，粘度及pH 值降低；隨著成槽深度的增加，比重及含砂率明顯下降；靜置24h 后，槽段內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)均滿足成槽泥漿控制指標(biāo)。根據(jù)試成槽和靜置期間槽段泥漿的指標(biāo)變化，淺層粉砂性土和潛水水質(zhì)對(duì)泥漿的影響處于可控范圍。

根據(jù)槽段超聲波檢測(cè)顯示，成槽完及槽段靜置24h 后均未發(fā)現(xiàn)槽段塌方現(xiàn)象，如圖9～圖10 所示。

圖9 成槽完成后超聲波檢測(cè)記錄

圖10 靜置24h 后超聲波檢測(cè)記錄

4.2 后繼槽段

試驗(yàn)槽段施工完成后，后繼槽段采用相同的預(yù)降水措施及泥漿配置，地下連續(xù)墻成槽超聲波檢測(cè)顯示，槽壁相對(duì)穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方、縮孔等現(xiàn)象。混凝土充盈系數(shù)平均為1.05，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。基坑開挖后，地下連續(xù)墻表面平整無鼓包且未出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

根據(jù)成槽期間的超聲波檢測(cè)結(jié)果及基坑開挖后地下連續(xù)墻表面質(zhì)量情況表明，采用的噴射井點(diǎn)預(yù)降水及復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁技術(shù)措施，可有效確保地下連續(xù)墻施工期間槽段的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

在上海軌道交通崇明線工程2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段針對(duì)地下水位高、淺層粉砂性土較厚的地下連續(xù)墻施工過程中，通過噴射井點(diǎn)預(yù)降水、控制泥漿性能指標(biāo)等措施可增加槽壁穩(wěn)定性，減少地下連續(xù)墻塌方，達(dá)到提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的目的，并有良好的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)對(duì)在類似周邊環(huán)境、土層中的地下連續(xù)墻施工起到一定的借鑒作用。