武汉某临江项目地下连续墙不同沉渣清理方式效率对比分析

2021-03-11

工程技术研究 2021年2期

武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北武汉 430050

随着城市建设的不断发展，地下空间也在不断被开发，基坑工程深度越来越深，同时对基坑的安全性也提出了更高的要求。地下连续墙（以下简称“地连墙”）因其止水性好、刚度大、整体性好、耐久性强等优点在深基坑工程中得到了广泛运用，同时地连墙可作为地下室外墙使用，其经济性也得到了进一步的优化。地连墙施工时，难免会出现墙底沉渣过厚的情况，从而对地连墙的施工造成质量隐患，如何进一步提高地连墙墙底沉渣的清理效率，以确保工程质量，成为相关工作人员必须面对的课题。

1 工程概况

武汉复地汉正街项目位于武汉市硚口区，由2栋超高层办公楼、商业裙房、幼儿园及整体5层地下室组成，基坑总面积约为14018.6m2，周长约为485.1m，基坑普挖深度约为23.1m。基坑主要采用落底式地下连续墙+三道钢筋混凝土内支撑的支护形式，有地下连续墙87幅，设计墙厚1200mm，墙深50～57m，地下连续墙采用落底式；塔楼筏板临边段墙底进入中风化泥质粉砂岩≥1m，其余进入强风化泥质粉砂岩≥2m，混凝土等级为C35P10。

2 工程重难点

2.1 场地周边环境复杂

该项目周边环境紧张，西侧紧邻商业楼（人流量大），南侧紧邻沿河大道（车流量大），施工受到一定限制（如材料、设备进场，环境影响）。同时，施工需严格保证质量，确保基坑安全，减少对周边环境的影响。

2.2 成墙施工难度较大

基坑采用落底式地下连续墙，成墙深50～57m，垂直度偏差≤1/300，临近塔楼区域墙底进入中风化泥质粉砂岩≥1m，且墙体需穿越4～6m中粗砂夹卵砾石层，成墙施工难度较大。

2.3 地质情况复杂且沉渣不易控制

该工程地下连续墙标准段埋深约为50～57m。根据详勘报告，地下连续墙施工涉及土层为①杂填土、②淤泥质粉质黏土、③粉土、粉质黏土夹粉砂、④-2粉土夹粉砂、⑤-1粉细砂、⑤-2细砂、⑤-3粉质黏土、⑤-4中粗砂夹卵砾石、⑥-1强风化泥质粉砂岩、⑥-2中风化泥质粉砂岩。

该项目砂层较多，地连墙成槽施工时，沉渣不易控制，液压抓斗清槽无法将墙底的砂土清理干净，需要采取相应的清槽措施，以确保墙底沉渣满足要求。

3 常见的地下连续墙清槽方式

挖槽结束后，悬浮在泥浆中的土颗粒将逐渐沉淀到槽底，此外，在挖槽过程中未被排出的土渣以及吊放网片时从槽壁上刮落的泥皮等都堆积在槽底。挖槽结束后清除槽底沉淀物的工作称为清底。混凝土灌筑前需测量槽底沉渣，若槽底沉渣过厚，无法满足设计要求，则需对地连墙进行二次清底。该项目地连墙网片质量重，且上半部分主筋主要是直径为28mm和32mm的三级螺纹钢，下半部分主筋是直径为18mm的三级螺纹钢，整体起吊网片容易变形，故采用分段下放的方法来安装网片，安装时间显著增加，从开始到完成的时间约为3h。网片下放完成后，无法再用成槽机进行清底，该项目又处于市中心闹市区，7：00—9：00和16：00—19：00禁行，混凝土车无法在此时间段内到达现场，混凝土浇筑前的时间再加长，长时间的等待势必会造成墙底沉渣较厚的情况。该项目邻近江边，墙底沉渣的清除是决定该地连墙质量的重要因素。常见的清底方法有正循环清底和反循环清底。

3.1 正循环清底

正循环清底为沉渣从导管外溢出的清渣工艺。地连墙灌浆导管下放完成后，通过注浆导管注入新鲜的泥浆，置换出槽内的废弃泥浆，置换出的泥浆抽到废浆池进行处理，墙底沉渣随置换出的泥浆一起从导管外排除，从而达到清底的效果。

工艺优点：（1）操作简单，施工方便快捷；（2）泥浆流动性大，需要一定时间完成较少的墙底沉渣的清理及置换。

工艺缺点：（1）当墙底沉渣较厚时，由于沉渣上反断面的面积较大，上反速度较慢，部分比重较大的渣层颗粒会回落，需反复进行循环清孔，清底效率不明显；（2）对于置换新泥浆的需求量大，造浆压力大；（3）清底时仅能对导管周围的沉渣进行有效清理，清理面积有限，对于地连墙无法达到全部清除的效果。

3.2 气举反循环清底

反循环清底为沉渣从导管内排出的清渣工艺。气举反循环是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的送气管送至孔内，高压气体与泥浆混合在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内底端形成负压，下面的泥浆在负压作用下上升，并在气压动量的联合作用下不断补浆，上升至导管内的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动。因为导管内的截面积小于导管外壁与墙壁间的环状断面积，所以形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外。

工艺优点：（1）清孔效率较反循环较好，效果较明显；（2）操作简单，施工较方便；（3）泥浆流动性大，可以在较快时间内完成较少的墙底沉渣的清理及置换。

工艺缺点：（1）对置换新泥浆的需求量大，造浆压力大；（2）清底时仅能对导管周围的沉渣进行有效清理，清理面积有限，对于地连墙无法达到全部清除的效果；（3）连续长时间清孔时，可能会造成孔底坍塌。

3.3 组合式地下连续墙清槽方式

组合式清槽装置主要是结合正循环和气举反循环的优点，配以合适的设备，达到快速有效地清理墙底沉渣的效果。即同时采用正反循环进行清理，在墙体两侧分别下放导管，一侧采用正循环清槽，无需送新浆，用潜水泵直接抽槽段内的泥浆注入导管，泥浆从导管底部流出，形成流动的泥浆，加快孔底沉渣的流动；另一侧采用气举反循环清槽，利用气举反循环原理从导管内排泥浆，将反循环导管的出浆口直接连到泥浆净化器上，泥浆净化器放在槽段较近的地方，净化后的泥浆与槽段形成回水沟，将净化后的泥浆流入槽段中，沉渣经泥浆净化器分离后直接运走。这样既保证了流入槽段的泥浆是满足规范要求的泥浆，又解决了需输入大量新浆的问题，同时也可将沉渣清理干净。

工艺优点：（1）清孔效率高，清孔效果明显，清孔时间明显缩短；（2）操作简单，施工较方便；（3）解决了需大量新泥浆置换旧泥浆的问题；（4）两面同时清槽，槽底泥浆在两导管之间定向流动，覆盖面积大，可达到全面的清理效果。

工艺缺点：需使用的设备除以上两种，还需配备1台泥浆净化器。

4 成果对比

通过该项目多次实际对比，选取了多幅地连墙进行实验对比，对于以上3种清槽方式，清槽效果的对比情况如表1所示。

表1 不同形式的清槽方式清槽效果统计表

由表1可知，在沉渣厚度相近的情况下，采用正循环清孔基本可以达到要求，但槽底临边角落仍有部分沉渣无法清除，清孔平均用时为131min；采用气举反循环清孔，基本可以达到要求，但槽底临边角落仍有部分沉渣无法清除，清孔平均需用时67.6min；采用组合式清槽装置清孔，能达到要求的沉渣厚度，清孔平均用时为31.2min。可见，采用组合式清槽装置显著缩短了清理沉渣所需的时间，且清槽效果更好。