通过控制泥浆质量保证地连墙施工中的槽壁稳定性探讨

李 新 陈兴辉 上海铁路枢纽工程建设指挥部

1950年意大利开始在水库大坝工程中使用地下连续墙技术，1958年我国引进了此项技术并应用于北京密云水库的施工中。经过50多年的发展，地下连续墙施工工艺日趋成熟，但在地质条件差的情况下，施工难度还是很大。为了降低恶劣地质条件下地连墙槽壁坍塌程度，施工单位一般采取在槽壁两侧施做深层搅拌桩的方法，这样做虽然保证了地连墙施工质量，却延长了工期又提高了造价。

1 新建客运专线上海调度所工程概况

新建上海调度所位于上海铁路局大院北侧，北临轻轨宝山路站，南临路局公安办公楼，东临宝山路，西临铁路客车整备场。本工程基坑总面积约5935m2，基坑周长约318.4m，开挖深度为16.7m。基坑采用地下连续墙围护结构，墙厚1m，深32.9m，共56幅；W1-1至W1-10及W1-50共11幅段采取"夹心饼干"加固方法，即内外两侧各施做一排直径为700mm的双轴搅拌桩，施工桩长为17m。

本工程场地条件极为不利，基坑外围与周边建筑物距离非常小：北侧距离轻轨宝山路站15.11m，南侧距离上海路局公安楼6.13m，东侧距离宝山路边沿8m，西侧距离客技站线路8.3m（以上均为最小距离）。在距离周边建筑物如此近的条件下，进行地连墙施工，保证槽壁稳定减少土层坍塌尤为重要，需要认真研究。

2 工程地质条件

地质勘察报告显示，该地区地面下50.30m深度范围内的地基土属第四纪上更新世Q3至全新世Q4沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成，具水平层理。拟建场地位于正常地层分布区，分布有第⑥层暗绿色粘性土硬土层，地层分布稳定。根据土的成因、结构及物理力学性指标综合分析，共可划分成7个主要层次（第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑧层）。其中，第②层可分为2个亚层（第②1层、第②3层），第⑦层可分为2个亚层（第⑦1层、第⑦2层），拟建场地第⑤层及以上土层以软弱粘性土及松散～稍密状的粉性土为主，第①层为填土，密实度为松散，层厚2.18，②1层为粉质粘土，状态为软塑，层厚0.77，②3层为砂质粉土，密实度为松散、稍密，层厚11.94，④层为淤泥质粘土，状态为流塑，层厚2.70。

地下连续墙槽壁穿过②3层土，极易造成此范围内土体塌方，对周围环境和建筑物产生恶劣影响。如何在施工中保证槽壁稳定，尽量减少土体塌方，从而降低对周围环境和建筑物的影响，是笔者关注的焦点。

3 泥浆的护壁作用及技术参数要求

泥浆由于其触变性（触变性是指胶体物质受到搅动后强度减小而成为流体，当扰动停止后，又会恢复原有强度而呈凝胶的状态的特性），在槽孔开挖过程中，能起到液体支撑的作用，使深槽保持稳定而不坍塌。泥浆的这种护壁作用主要表现在三个方面：

(1)泥浆渗入槽壁地基土的内部孔隙之后，由于不再受到扰动而形成凝胶，并将槽壁表层一定范围内的土的孔隙填满，粘附在土颗粒上，改变了土的原有结构状态，提高了粘土的抗剪强度，加大了土体的稳定性。通常，泥浆渗透区的抗剪强度可提高1倍左右。

(2)泥浆在槽壁表面上形成泥皮，牢固地贴附在槽壁上，既能防止泥浆大量漏失，又能防止地下水渗入到槽孔内。有人曾用三轴模型试验来确定泥皮抵抗变形的能力。实验的目的是要确定一个直径72mm，高130mm的砂样表面泥皮的强度。试样仅靠着少量孔隙水压力维持平衡。在没有压力条件下，在膨润土泥浆中浸泡半天后，表面形成了泥皮。试样在三轴试验中虽然发生变形，但仍与泥皮结合着。这说明，槽孔上有泥皮时，它的稳定性大大提高了。

(3)泥浆液面一般高出地下水位，比重也大于地下水，泥浆的侧压力通过泥皮很好地作用在槽壁上以平衡主动土压力，所以能产生支护作用。理论上来说，泥浆比重越大，侧压力越大，对槽壁的支护作用也越大。但考虑到对后期浇筑混凝土的影响和施工成本，应该把泥浆比重控制在满足支护要求的最小值。况且，如果泥浆质量下降，一味增加泥浆比重反而会带来反面效果。

根据以往工程经验及本工程地质情况，现场实际施工采用优质膨润土泥浆。新泥浆各项技术参数确定为：比重为1.09，粘度为25s，PH值为9，泥皮厚度1.03，泥浆的稳定性24h失水不得大于5%；循环泥浆比重不得大于1.19，理想控制状态为1.15左右，粘度在24s--28s，PH值为8-9，泥浆的稳定性24h失水不得大于10%。理论数值用于指导施工，具体施工过程中的泥浆质量控制，要根据实际工程地质情况及施工中的效果，反复调试泥浆相关参数，直至适合本工程地质条件。

4 上海调度所工程地连墙施工泥浆参数

本工程成槽施工使用的机械设备为旋挖机EXL-1300，地连墙幅长约6m，共有三抓。由于槽壁连续施工，泥浆需要循环使用。成槽机完成每一抓作业，挖斗有进入槽壁和完成挖土向上提起两个过程，泥浆随挖斗扰动在槽壁内有冲击、抽吸两个动作，运动过程中会携带部分泥沙。大量的泥沙掺入泥浆内增加了泥浆的比重。虽然其侧压力有所提高，但泥浆的粘度降低了，形成的泥皮厚而疏松，甚至无法形成泥皮，从而使泥浆的护壁性能有所降低，势必会加重槽壁的坍塌程度；同时，泥浆的比重过大，会降低浇注过程中混凝土的流动性，容易造成墙体夹泥现象，极大影响墙体质量。通过试验发现，泥浆比重控制在1.15--1.19的范围内，对槽壁的保护效果最好，槽壁的稳定性也最好。本工程具体控制标准如下：

第一抓：泥浆比重控制在1.19以内，粘度控制在30s左右。

第二抓：泥浆比重控制在1.18以内，粘度控制在27s左右。

第三抓：泥浆比重控制在1.16左右，粘度控制在26s左右。

成槽结束后：泥浆比重控制在1.15左右，粘度控制在24s-25s左右。

施工过程中严格控制循环泥浆质量是很重要的，一旦发现泥浆质量下降，技术参数超出控制范围，应立即采取措施进行调整，保证循环泥浆质量，从而保证槽壁稳定。本工程泥浆质量控制措施：

(1)泥浆测试频率。新拌制浆，拌制时和存放24h后各测定一次。成槽过程中，放浆前测定一次，成槽结束清底扫孔前测定一次，清底扫孔后再测定一次。测试部位在槽段的上、中、下三部位。回收浆未调整前测定一次，根据泥浆的指标添加相关外加剂，调整后测定一次，直到符合调整浆的性能指标。

(2)每一批新制的泥浆要进行泥浆主要性能（粘度、比重）的测试，符合技术要求的泥浆才允许使用。新制泥浆须在拌制后应静置24h后使用。

(3)对于槽段中回收的泥浆，经过净化设备处理后，对其各项性能指标进行测试，并重新调整，达到标准后才能使用。

(4)根据成槽施工中的实际情况，对泥浆配合比进行调整，以选择最合适的泥浆配合比。

5 成槽效果

地连墙浇灌混凝土的充盈系数（实际方量与理论方量的比值）是检验成槽质量最好的标准。考虑到混凝土对槽壁的侧压力会使槽壁稍有扩宽，结合其他成槽施工实际经验，充盈系数标准值取1.05比较科学。本工程成槽施工前做了充分实验，施工过程中高度重视泥浆质量的控制，地连墙槽壁稳定情况较好，充盈系数比较接近标准值。各幅段混凝土浇筑理论方量、实际方量及充盈系数如表1所示（因数据较多，此处仅列出前20幅）：

表1 各幅段混凝土浇筑理论方量、实际方量及充盈系数

由表1中数据可以看出：

(1)在总共56幅地墙中，充盈系数集中在1.05--1.2之间，占总数的68%。其具体分布情况如表2所示：

表2 总共56幅地墙中充盈系数具体分布情况表

(2)采取双轴搅拌桩加固的11幅段（W1-1至W1-10及W1-50）内，充盈系数分布情况大致相同。具体如表3所示：

表3 采取双轴搅拌桩加固的11幅段充盈系数分布情况表

整体来看，通过控制循环泥浆质量，槽壁两侧都很稳定，混凝土充盈系数始终保持在1.10左右。就本工程所处地段地质条件来说，地连墙成槽质量较好，充盈系数分布比较理想。而且，由双轴搅拌桩加固区域与没有加固的区域相比，没有表现出明显的优势。

本工程前20幅槽壁施工中混凝土理论方量与实际方量对比图如下(见图1)：

图1 理论方量与实际方量对比图

由图1可以看出：前四幅槽段施工充盈系数较大，最大的W1-22幅达到1.35；从第五幅开始，接近理论值，都在1.10左右。施工记录显示，充盈系数最大的W1-22槽段施工时循环泥浆比重达到1.24，远远大于1.19；而从W1-17幅开始，循环泥浆比重控制在1.19以下，充盈系数反而接近理论值。正常情况下，泥浆比重越大，对槽壁的侧压力越大，坍塌程度应该减小才对，本工程中为什么会出现反常情况呢？笔者经过分析认为，这是由于泥浆质量决定的。W1-22槽段施工时，虽然泥浆比重达到1.24，但那是因为泥浆中掺杂了大量泥沙的原因，泥浆的粘度大大下降，形成泥皮的能力随之下降，因而护壁功能下降；而之后施工人员及时调整了泥浆配比，严格控制循环泥浆的质量，使其粘度等技术参数保持在科学范围内，尽管此时的比重只有1.19，但泥浆的护壁能力没有减弱，因而槽壁的稳定性能较好。所以，成槽施工中，控制泥浆质量是最重要的，而不应该盲目追求泥浆比重大小。

6 结束语

通过本工程地下连续墙成槽过程实践得出，即便在上海市闸北区这种极其复杂的地质条件下，进行地连墙成槽施工，就是不采用"夹心饼干"（即槽壁墙两边施工深层搅拌桩）加固，只要能很好的控制泥浆质量，同样可以保证成槽质量。与"夹心饼干"加固的方法相比，在保证了成槽质量的前提下，达到了既降低施工成本又节约工期的目的。