严寒地区超深地下连续墙施工

黄斌 郎涛

摘 要：哈尔滨地处北方，冬季漫长，持续时间约为当年11月～翌年3月，由于地铁施工的连续性特点，在过程中无法避免的将进行部分严寒条件下施工。本文通过叙述其成槽、刷壁、换浆三个方面，以达到地连墙施工成品质量可控，后续基坑开挖安全风险可控的目的。对今后在严寒地区条件下的地连墙施工提供参考和经验。

关键词：地连墙;严寒;质量;成槽;刷壁;换浆

在严寒天气条件下的地铁车站深基坑围护结构，由于基坑较深，为保证基坑开挖的安全顺利实施，一般采用地下连续墙入岩以达到隔水的目的。目前，在哈尔滨现有车站大部分采用此类方法进行施工。由于施工周期长，占用场地较大，严寒气候下质量控制难度较大，因此往往在基坑开挖过程中导致地连墙出现渗漏水等问题，给基坑开挖带来较大安全隐患。

1 工程实例概况

哈尔滨市地铁3号线是哈尔滨市轨道交通规划中内城的唯一一条环线，线路绕主城区敷设，贯穿哈尔滨道里区、道外区、南岗区、香坊区、哈西地区五个区。

1.1 施工概况

车站全场长308m，标准段宽25.3m，基坑深27.698m～33.365m，地下三层结构，车站共设4个出入口，其中2号出入口顶出，3个消防疏散口及2组风亭。车站总建筑面积27352.04m²，采用明挖顺做法施工。

车站位于道路交叉口，设于城市主干道之下，车流量大，施工期间为保证道路的正常通行能力，施工围挡场地较小;另外，哈尔滨冬期较长，每年有效施工时间仅为7个月，对进度要求较高。

车站主体围护结构采用地下连续墙，厚度1000mm（局部1200 mm），地下连续墙标准幅宽5.0～6.0m，C35P8水下混凝土浇筑。设计墙深为54m、52、51、50m四种类型属超深地连墙。开挖地层主要为细砂、中粗砂、粉质粘土、中粗砂、粉质粘土、中粗砂、砾砂，墙底进入粉质泥岩，入岩深度约2.5～7.8m。墙幅分为“一”型、“L”型、“Z”型、“T” 型、“”型。接头采用十字钢板接头。

1.2 自然条件

哈尔滨地处东北亚中心地带，位于中最北端，是中国纬度最高、气温最低的城市。冬季（11～翌年3月）受极地大陆气团控制，严寒干燥，寒潮频繁，冬季漫长，雪覆大地。冬季历年平均气温为-14.2℃。

2 施工重难点

2.1 根据设计图纸，地下连续墙成槽深度约为51.0m～54.0m，标准幅宽度6m，墙厚1.0 m（局部1.2 m），每幅墙成槽时间约为22个小时，且根据地质变化情况成槽时间有可能还会增加。因此，成槽时间控制是施工重点。

2.2 根据地勘揭示，施工区域地质多为砂层及粉质黏土，可塑性不强，以及承压水影响增加了成槽过程中泥浆配比难度，小于0.075mm颗粒难以筛分，因此，成槽质量控制是重点。

2.3 由于地下连续墙槽段开挖深度较深，对成槽垂直度精度要求较高，因此，成槽垂直度控制是重点。

3 成槽

槽段开挖是地下连续墙施工的关键工序，成槽作业时间约占单元槽段施工周期的一半，成槽后槽内土体形状决定了连续墙成墙后的形态，是决定地下连续墙施工效率和质量的关键。

根据车站水文地质情况，地下连续墙成槽采用GB60液压抓斗成槽机挖土的方法施工，膨润土泥浆护壁。

3.1 成槽施工

按槽段处于基坑部位及特殊拐角等位置的划分，标准段采用“三抓成槽”的方法进行开挖，即施工时，第一抓、第二抓先抓两侧土体，最后抓中间位置土体;异形槽段先抓短边槽段，后抓长边槽段。

成槽过程中，槽内泥浆面不应低于导墙底部，同时槽内泥浆面应高于地下水位0.5m。泥漿应随着出土量补入，以保证泥浆液面在规定的高度，在抓斗掘进时，不宜补入泥浆。成槽时不宜快速掘进，以防槽壁失稳。当挖至槽底2m左右时，应用测绳配合测深，防止超挖和欠挖。

清底置换结束后，对槽内底、中、顶三倍部位的泥浆及成槽深度进行检测，如检测不满足设计及规范要求则必须再次进行清底置换，直到满足要求位置。

地连墙成槽完成后，按照规范要求进行垂直度偏差检测，垂直度按照规范要求控制在≤1/300;槽段深度误差为：0-100mm;

3.2 严寒天气设备积水冻结

在施工过程中由于室外温度较低水冻结时间较快，因此成槽机绞盘会随着施工过程中积水冻结，导致设备无法正常运行或出现设备安全故障。因此解决该问题是成槽施工的关键点。

项目施工时采购了蒸汽发生器，该设备可产生0.4Mpa压力的热蒸汽，通过管路将蒸汽接口接至成槽机绞盘位置，在成槽施工过程中通过热蒸汽的吹喷来避免成槽机绞盘积水结冰，解决了设备受冻问题。

3.3 槽段检验

现场采用超声波测壁仪分两个部位检测同一幅地连墙，两个部位的平均值即为槽段壁面平均垂直度。

4 刷壁及换浆

4.1 刷壁

由于该工程地连墙属超深地连墙，使用普通刷头无法将槽壁完全清理干净。因此根据地连墙接头结构特点，自行加工钢板刷头安装在成槽机抓斗一侧，利用成槽机抓斗自身重量加大刷壁力度，使其接缝处杂物能更好的清理干净。

4.2 清底

槽底沉渣将对地下连续墙的承载力和抗渗能力产生影响，因此，清槽换浆是地下连续墙施工中非常重要的一道工序。

沉淀法扫孔。使用挖槽作业的液压抓斗直接挖除槽底沉渣。由于泥浆有一定的比重和粘度，土渣在泥浆中沉降会受阻滞，沉到槽底需要一段时间，因而采用沉淀法清底要在成槽（第一次扫孔）结束3小时左右之后才开始。

4.3 换浆

换浆是置换法清底作业的延续，当空气升液器在槽底部往复移动不再吸出土渣，实测槽底沉渣厚度不大于10cm时，即可停止移动空气升液器，开始置换槽底部不符合质量要求的泥浆。

清底换浆是否合格，以取样试验为准，当槽内每递增5米深度及槽底处各取样点的泥浆采样试验数据都符合规定指标后，清底换浆才算合格。

4.3.1 墙底沉渣厚度控制措施

4.3.1.1 用合格的泥浆置换成槽时的泥浆.必须待槽内的泥浆全部被置换方可停止清底，对各个深度的泥浆进行指标测定（比重、粘度），如不符合要求还需重新清底。

4.3.1.2 泥浆置换过程必须连续进行，槽内泥浆指标达到要求即完成。

4.3.1.3 循环用泥浆泵其每小时的泵送量应达到既不影响置换效果又不对槽壁造成冲刷的流量。

4.3.1.4 认真清基并经过检查后，及时下放钢筋笼、导管及接头箱，并在4小时内浇灌混凝土。

4.3.1.5 下完导管后，混凝土浇筑前，对槽段内泥浆进行取样检测，如泥浆不符合规范要求，则利用导管进行二次清孔。

4.3.2 泥浆筛分

由于哈尔滨地质条件的特殊性（全富水砂层、存在0.25mm以下的粉细砂），在地连墙施工过程中，泥浆受地下水影响粘稠度下滑，粉细砂无法从泥浆中分离出来加大泥浆比重，其后果将导致：泥浆比重过大混凝土浇筑质量难以控制、导致漏筋和夹泥夹渣，给基坑开挖施工带来风险。

在施工前，项目改装了泥浆筛分设备及筛分工序，筛分设备由前台一次筛分增加了后台（泥浆池）二次筛分，筛分设备采用0.06mm双螺旋筛分设备进行泥浆筛分，有效的控制了泥浆中含沙量。

4.4 严寒条件下泥浆质量保证

4.4.1 加强泥浆调配质量

使用喷闰土+纤维素的方式调配泥浆，必要时可调整泥浆粘稠度，确保护壁有效。

4.4.2 保温

在施工过程中，泥浆管路在外部暴露，受嚴寒气温影响会出现冻结现象，可采用电加热带缠绕+保温棉包裹的方式保证管路内泥浆的不冻结，管路不“挂蜡”。

4.4.3 充分利用流动性保温

由于泥浆具有一定的粘稠性，在后盘泥浆池配制搅拌过程中无法使用加热棒进行加热，因此可适当的采用热水进行泥浆制作并采用24小时搅拌不静置的方式避免冻结。同时安装保温棚+热风机等加热设备保证泥浆温度在零上5度以上。当泥浆输送至前盘后，在保证槽口内泥浆液面标高稳定的情况下，使用回路泵进行循环，保证泥浆不冻结。

5 结语

经过施工检验及施工完成后地连墙质量分析结果显示，该站超深地下连续墙在严寒条件下施工与非严寒条件下施工质量无差别，墙体质量可以保证。

在我国严寒地区，深基坑施工已经是普遍现象。但由于每年受严寒天气影响，有效的施工周期仅为7～8个月，施工总周期较长，管理成本无形中增加，项目成本压力过大。以上施工经验可有效指导施工项目增加施工周期，降低项目总体成本，并为在严寒条件下施工积累经验。