富水地层中地连墙结合坑底注浆加固施工技术

吴启 涂仙杰

平南三桥是目前国内最大跨度拱桥，为保证拱座基础能够承载拱桥产生的巨大水平推力，北岸拱座基础采用超大型圆形地连墙结合坑底注浆加固卵石层的施工技术。文章针对该工程难点和结构特点，介绍了该桥拱座基础施工工艺，并阐述了地连墙结合坑底注浆加固施工技术修建拱座基础的可靠性，为今后相似地质情况下修建超大型桥梁基础提供参考。

富水地层;拱座基础;圆形地连墙;注浆加固

U443.17-A-32-109-4

0 引言

平南三桥位于平南县西江大桥上游6 km处，主桥采用主跨575 m中承式钢管混凝土拱桥，引桥采用连续箱梁，是目前国内最大跨度拱桥。

平南三桥位于北岸的拱座基础是全桥的控制性关键工程。由于地质条件极其复杂，为保证拱座基础能够承载拱桥产生的巨大水平推力，创新性地提出对北岸拱座基础采用超大型圆形地连墙结合坑底注浆加固卵石层的施工技术（见下页图1）。北岸地下连续墙外径为60 m，墙身厚1.2 m，地连墙按不等高设计，嵌入中风化泥灰岩≥4.0 m，墙身高29～35 m。地连墙墙身需穿过13.7～19.8 m厚的卵石层，考虑到卵石层成槽易塌孔的工程特性，对地连墙周边和墙内闭圈范围的卵石层内进行双液（水泥+水玻璃）静压注浆封底止水和槽壁加固工艺。平南三桥是国内首次采用地下连续墙作为拱桥支座的桥梁。北岸拱座实际施工完成后各项指标均达到设计要求，验证了在北岸富水地层中采用地连墙结合坑底注浆加固施工技术修建拱座基础的可靠性，为今后相似地质情况下修建超大型桥梁基础提供一定的参考。

1 工程地质和水文条件

平南三桥北岸拱座地处冲积河流阶地地貌，地势较平缓、开阔，软塑性粉质黏土层层厚2.0～15.1 m，可塑性粉质黏土层层厚7.3～13.1 m，卵石层层厚13.7～19.8 m，中风化泥灰岩层厚24.6～30.3 m。

桥位区分布有大型地表水体浔江，桥位区上层滞水埋藏浅，不连续条带状分布，排泄主要为大气蒸发，少量垂直下渗，与地表水水力联系微弱。北岸卵石孔隙水具备承压性，河床底面高程与卵石层顶面高程相近，卵石孔隙水稳水位与河水位相近，卵石层属强透水层，卵石孔隙水与河水呈互补关系，与浔江河水水力联系较强。

2 工程难点和结构特点

2.1 工程难点

（1）粉质黏土层承载力小，自稳性差，地连墙开槽极易导致塌孔，而由于黏土层孔隙率小，渗透性差，采用常规的注浆加固的方法浆液很难注入。

（2）北岸基础不可避免要进入层厚13.7～19.8 m的卵石层中，透水性强，且该层与浔江水系联系较强，地下水位高，降低水位难度大。

（3）基岩部分可能有溶洞等不利地质层，增加施工风险。

2.2 结构特点

针对以上难点，对北岸拱座基础创新性地提出地连墙结合坑底注浆加固的施工技术，施作外径60 m、墙厚1.2 m的超大型圆形地连墙基础。其特点在于：

（1）为使上层黏土层达到地下连续墙开槽所需的强度要求，采用水泥土搅拌桩对其进行加固，并对地层中可能存在的较大溶洞进行预处理，排除成槽过程中存在的隐患。

（2）圆形地连墙具有明显的空间效应，能够利用自身拱效应优势将外部水土压力转化为圆形围护结构的环向均匀压力，从而有助于减小基坑变形，提高结构物的整体稳定性。同时，增设内衬墙与地连墙形成墙体防渗整体，并增加了地连墙抵抗水土压力的刚度。

（3）地连墙施工完毕后，对墙内闭圈范围的卵石层进行双液静压注浆封底止水，显著增加了基坑开挖的安全性。

3 拱座基础施工

3.1 水泥土搅拌桩施工

北岸地下连续墙具有墙体深、厚度大、需嵌岩等技术特点，为确保其施工质量、安全和进度，在地连墙主体工程开工之前，用水泥土深层搅拌桩法对覆盖层上部的黏性土进行了加固。水泥土攪拌桩桩长15.5 m，桩体直径为0.6 m。具体参数和布置如图2所示。

本工程采用“两喷四搅”的施工工艺进行搅拌桩施工，保证成桩质量。通过轻型动力触探试验表明，搅拌桩加固效果明显，其承载力约为加固土体的3～4倍，且随着深度增加，承载力提升显著，达到了进行地连墙开槽施工的设计要求。

3.2 地连墙施工

3.2.1 导墙施工

导墙外径为63.2 m，内径为54.4 m，划分为8段进行施工，每段弦长24.39 m，分段接头与墙身槽段接头错开50 cm。

导墙开挖好一段后，采用绑扎钢筋，架立模板，进行混凝土灌注。当混凝土强度达到70%时拆模，拆模后及时加设对口撑，以控制导墙变形。

3.2.2 地连墙成槽

地连墙混凝土强度标号为C35，抗渗等级为S12。综合考虑到本工程地质条件和工期、质量等方面的要求，本工程选择金泰SX40-A型液压铣槽机进行施工。

地连墙拟划分为Ⅰ、Ⅱ期槽两种，各为20个，共40个槽段。其中，Ⅰ期槽轴线长度为6.942 m，分三铣成槽，先施工两侧主孔，再施工中间副孔，采用膨润土泥浆护壁;Ⅱ期槽长度为2.8 m，一铣成槽。Ⅰ、Ⅱ期槽在轴线位置的搭接厚度为25 cm。地连墙槽段划分见图3。

槽段施工顺序安排遵循以下原则：

（1）Ⅰ期槽应跳槽施工，减小相邻槽段间的相互影响;

（2）墙身混凝土龄期≥7 d，可施工紧邻槽段;

（3）尽量减少Ⅱ期槽两侧Ⅰ期槽墙身混凝土龄期差;

（4）先施工临江侧，合龙段设在下游侧。

3.2.3 护壁泥浆及清孔换浆施工

为保证地下连续墙的质量和安全，本工程地下连续墙成槽时泥浆护壁全部采用优质膨润土泥浆。

地下连续墙槽段开挖过程中，通过对泥浆制备、循环使用和废浆的处理进行全过程管理，连续不断地向沟槽中供给新鲜泥浆，使液压铣成槽机依靠泥浆将切割的碎小岩块和土体通过反循环带出槽外，确保地下连续墙安全、优质、高效施工。

3.2.4 帽梁施工

帽梁外圆半径为31.5 m，内圆半径为27.8 m，厚3 m。构造图如图4所示。将帽梁平面分10个长度单元段进行施工，设置一个长度为2.8 m的合龙段，混凝土强度标号为C35。

3.3 注浆加固施工

地连墙施工完毕后，对墙内闭圈范围的卵石层进行双液静压注浆封底止水。注浆范围为卵石层顶+11 m标高至岩面以下1 m。注浆孔采用梅花形布设，中心间距为1.5 m，浆液扩散半径为0.9 m，注浆孔孔径为130 mm。孔位布置情况见图5。

3.4 内衬墙施工

内衬墙共有5层，4种类型，1 m、1.5 m两种厚度，2.5 m、2 m两种高度，底部仰角为25°（如图6所示）。內衬墙采用逆筑法进行施工。

在施工平面上，将内衬墙划分为10段组织流水施工，施工段长度为18.1 m。每一层均设置一个长度为2.8 m的合龙段。分段接头分别与帽梁、墙身接头错开。内衬墙施工前，应先进行墙内土体的开挖。

3.4.1 土层开挖

地连墙内部土体分5层开挖至设计标高，层厚与内衬墙厚度一致。每层土均采用岛式开挖法，即先开挖外围土体作为内衬墙的施工作业面，在施工内衬墙的同时，再开挖中部区域土方，详见图7。

3.4.2 钢筋安装

钢筋安装前，先进行墙身处凿毛，露出新鲜粗骨料，以增加内衬墙与墙身混凝土的连接性。凿毛后，将预埋于墙身的连接钢筋进行调整，先安装上部内衬墙预留的连接钢筋，再安装墙身连接钢筋。

3.4.3 立模浇筑混凝土

混凝土应一次浇筑完成。浇筑时水平分层，每层30 cm，并在下层混凝土初凝前完成上层混凝土浇筑。施工过程中控制混凝土入模的温度。混凝土浇筑完成后，进行土工布覆盖养生。

4 结语

平南三桥北岸拱座基础采用地连墙结合坑底注浆加固的施工技术在国内尚属首次。通过地连墙施工完成后基坑开挖进行墙体检测，各槽段平整度、垂直度、抗渗性均达到设计要求，无渗水漏水现象，验证了在北岸富水地层中采用地连墙结合坑底注浆加固施工技术修建拱座基础的可靠性，为今后相似地质情况下修建超大型桥梁基础提供一定的参考。

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