落底式地下连续水泥土墙止水帷幕施工监理控制探讨

2021-08-21钱士玉武汉华胜工程建设科技有限公司湖北武汉430200

建设监理 2021年5期

钱士玉（武汉华胜工程建设科技有限公司，湖北武汉 430200）

0 引言

止水帷幕是工程主体外围止水系列的总称，用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。常见的止水帷幕有水泥土搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕和地下连续墙或咬合式排桩。当支护结构采用排桩时，可采用高压旋喷或摆喷注浆与排桩相互咬合的组合帷幕。目前武汉城市建设发展较快，浅层地下室已经不能满足城市的需求，各种深大基坑越来越多，周边环境也越来越复杂，对基坑的安全性要求和对周边环境的保护要求也越来越高，传统的止水帷幕的设计理念与施工方法已不能满足深大基坑的需要。例如：三轴搅拌桩止水帷幕具有较好的经济性，但受到施工设备的限制，难以对深度超过 30 m 的止水帷幕进行施工；地下连续墙技术已经成熟且适应性较强，但造价昂贵，有时并非是最理想的选择。因此，深层地下连续水泥土墙就成为了深大基坑止水帷幕一种较好的解决方案。

1 工程概况

湖北省人民医院心血管大楼建设项目（以下简称“本项目”）位于湖北省武汉市武昌区复兴路与张之洞路交叉的湖北省人民医院内，大楼设 3 层地下室，地上 26 层，建筑物总高度为 99.85 m，总建筑面积为 54 304.29 m2，地下建筑面积为 9 174.9 m2。地下室主要用作车库和设备用房，基坑平均开挖深度约为 15 m，局部最深处达 17 m，基坑周长约为 249 m，基坑面积约为 3 600 m2。基坑安全等级为一级基坑，基坑止水帷幕为四周采用为 800 mm 等厚的落底式连续水泥土墙。

本项目场地地貌单元属长江Ⅰ级阶地，场区内地下水主要有填土层中的上层滞水和砂层中的承压水，上层滞水分布于第 ① 层杂填土中。根据地质勘察报告，本场地地层自上而下共分 10 层，分别为：第 ① 层杂填土，第 ③ 层淤泥，第 ④ 层粉质黏土，第 ⑤ 层粉质黏土、粉土、粉砂互层，第 ⑥ 层粉质黏土，第 ⑦ 层细砂，第 ⑧ 层粉砂，第 ⑨层卵石，第 ⑩1层强风化泥岩和第 ⑩2层中风化泥岩。地质情况复杂，地下水丰富，场地周边环境敏感，对基坑降水要求很高。已建的地铁 4 号线复兴路站位于本项目南侧，正在施工的地铁 5 号线位于本项目东侧。基坑四周用地条件十分紧张：基坑距离西侧核磁共振楼 2.0 m，距离北侧最近 1 层砖混结构约 40.0 m，距离东侧在建地铁 5 号线约 4.0 m，距离南侧地铁 4 号线控制线约 1.3 m。因此，基坑止水帷幕的施工质量对基坑后期安全起着非常重要的作用。

2 图纸设计要求

（1）水泥土墙：墙宽 800 mm，深度需保证墙底进入⑩1强风化泥岩至少 1 m，同时根据地勘报告和设计图纸止水帷幕墙深为 56.75 m～60.65 m，每幅墙长度 2 800 mm，搭接 400 mm。

（2）水泥：采用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水灰比1.2，水泥掺入比 25%。

（3）水泥土浆性能要求：黏度 18 s～22 s，含砂率＜4%，胶体率＞90%～95%，pH 值 8～10。

（4）墙体垂直度偏差不大于 1/300，28 d 无侧限抗压强度不小于 1.0 MPa。

3 选用液压抓斗工艺施工地下连续水泥土墙的可行性

液压连续墙抓斗工艺主要是采用液压成槽机抓取土体的方式对土体进行完全置换，最终注入浆液的一种新型止水工艺。液压连续墙抓斗具有以下特点：抓斗闭合力大，提升速度快，施工效率高；成槽的垂直性好，可配自动纠偏装置，在工作中能随时对槽壁进行修整；成槽深度深（可达 100 m），止水效果好；采用先进的电子测量系统，通过屏幕准确显示抓斗的位置方向，精确可达到0.01°；抓斗的提升和下放均有安全保护装置；采用独特的液压卷管系统，可保证各执行结构同步工作；采用可靠的主机底盘和舒适的操作系统。

根据本项目设计文件，采用两种施工工艺，即双轮铣深层搅拌技术（CSM）工艺和液压抓斗工艺。双轮铣深层搅拌技术是从地下连续墙液压铣槽机的施工原理发展而来，主要是通过钻杆下端的一对液压铣轮，对原地层进行铣、销、搅拌，同时掺入水泥浆固化液，与被打碎的原地基土充分搅拌混合后，形成具有一定强度和良好止水性能的水泥土连续墙。由于这两种工艺采用完全不同的机械设备，施工原理存在很大变化，并且在武汉市均比较少见。根据地质勘察报告，第 ⑨ 层为卵石，平均厚度约 12.06 m。对此，项目监理部组织召开研讨会听取各方专家意见，研究比较 CSM 工艺和液压抓斗工艺，查阅相关资料并做类似经验。结果表明，CSM 工艺的成槽深度一般为 50 m，并且在铣削较厚卵石层土层中止水效果不及液压抓斗工艺，不存在置换原土；采用液压抓斗工艺施工地下连续墙，具有成槽效率高、施工速度快、成槽深度深、地层适应性好等特点，若配冲击入岩抓斗，可进入中风化岩地层，最深可达 100 m。鉴于以上原因，且本项目成槽深度在 56.75 m～60.65 m 之间，最终决定采取液压抓斗施工工艺。

4 液压抓斗施工地下连续墙的工艺流程

液压抓斗施工地下连续水泥土墙的主要工序及相对应的监理控制要点，如表 1 所示。

表 1 液压抓斗施工地下连续水泥土墙的主要工序及相对应的监理控制要点

液压抓斗施工地下连续水泥土墙的工艺流程，如图 1所示。

图 1 液压抓斗施工地下连续水泥土墙的工艺流程图

5 监理控制要点

5.1 施工准备阶段的监理控制

（1）认真熟悉设计文件，了解掌握设计相关技术要求。

（2）认真研读地质勘察报告，全面了解场地所处的地质情况、水文情况等。

（3）审核专业分包单位相关资质，及时就专业分包单位情况与甲方沟通，尤其对专业分包单位类似业绩作为审核的重点之一。由于液压抓斗地下水泥土墙施工工艺比较少见，要求专业分包单位达到较高的技术水平。本项目监理单位会同建设单位对专业分包单位进行了实地考察。

（4）要求专业分包单位进场后编制施工方案，并认真审核施工方案，掌握施工部署及相关安排。

（5）根据现场实际情况和设计图纸对水泥土墙进行分幅优化。

（6）现场原材料已满足施工需要，监理单位已进行验收，水泥已见证取样并复检合格。

（7）检查进场的液压抓斗设备，验证抓斗厚度和宽度相关数据是否满足设计要求。

5.2 施工阶段的监理控制

5.2.1 导墙制作

所谓导墙是指沿地下连续墙墙面两侧修筑的具有足够强度、刚度和精度，起到挡上、导向、支承重物、存蓄泥浆和测量基准作用的两道平行于地下连续墙中心轴线的临时结构物。

（1）导墙沟槽开挖首先要做好测量放线工作，放出导墙开挖边线。由于导墙的施工精度直接关系着水泥土墙的精度，监理要对定位筋位置、导墙控制深度、净距、肋厚、钢筋绑扎制作工序进行检查验收，确保符合设计图纸要求。

（2）导墙内侧净空应比地下墙的厚度宽 30 mm～50 mm，本项目采用 850 mm。导墙顶面宜高出地面100 mm，并应保证泥浆液面高出地下水位 1.0 m。

（3）导墙墙底应设置在承载力较高的原土层中，不得漏浆。导墙背部如出现垮塌，应立即采取加固措施，回填时要分层压实。

（4）导墙内墙面应垂直，模板安装时要满足刚度和稳定性要求，严禁出现变形、倾覆现象。根据 GB 50202－2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》，导墙施工相关标准如表 1 所示。

表 1 导墙验收标准

（5）导墙混凝土应对称浇筑，强度达到 70% 后方可拆模。拆模后应立即在内墙面间加设临时支撑，竖向间距、水平间距不宜大于 1 000 mm。

导墙施工结束后，立即在导墙顶面上画出分幅线，用红漆标明单元槽段的编号；同时测出每幅墙顶标高，标注在施工图上，以备计算开挖深度。本项目共分 107 幅。

5.2.2 槽段开挖

（1）检查红漆标出的槽段长度是否符合优化后的槽段分幅，确保达到设计墙长的要求，然后采取跳挖方式。施工时由于灰浆的自凝性，随着时间的推移，灰浆强度逐渐增大，为了结合槽段的顺利开挖，结合槽段在普通槽段施工结束后的 3 d～5 d 内进行开挖。

（2）在开挖前现场配制护壁泥浆，用膨润土搅拌，并加碳酸钠改善性能，以提高护壁效果。监理人员要检查护壁泥浆的比重、黏度和含砂率。

（3）液压抓斗就位后进行开挖，确定槽段开挖顺序，根据优化后的分幅可分为普通槽段（2 800 mm）、结合槽段（2 000 mm），结合槽段的开挖如图 1 所示。为了保证抓斗开挖时左右吃力均衡和成槽垂直精度，结合槽段只有一抓且槽段宽度仅为 2.0 m，这样成槽机在开挖时，可以两边同时开挖掉 400 mm，以保证接头的整体性。

图 1 结合槽段开挖示意图

（4）在槽段开挖过程时要检查成槽机运行情况，观察抓斗挖出土质类别，判断是否与地质勘察报告相吻合；同时还可以借助成槽机电子测量系统显示器，检查当前槽段深度。槽孔垂直度必须控制在 0.3% 以内，为保证槽孔垂直度，抓斗成槽过程中要严格控制槽孔上口开挖精度。由于液压抓斗成槽机自带纠偏装置，可在显示屏上看出是否存在偏差，能随时对槽壁进行修正。监理人员要随时检查垂直偏差，若发现问题应及时纠正抓斗，确保垂直度满足要求。

5.2.3 成槽

（1）在成槽过程中，建设单位、地质勘察单位、设计单位、监理单位和施工单位要结合地质勘察报告共同确认岩样，判断是否进入强风化岩层。

（2）进入强风化泥岩层要通过测绳测量槽段深度，留好岩样，做好标识记录，终槽再次测量槽段深度，务必确保墙底进入强风化泥岩不少于 1 m，这是落底帷幕十分关键的工序。

（3）成槽至标高后，采用液压抓斗进行清淤，确保水泥土墙沉渣厚度不大于 100 mm。

（4）测绳要定期检查，确认刻数是否清晰、刻数是否有滑动现象、测绳是否打结等。

5.2.4 水泥土浆液配制

（1）待槽段开挖完成并经验收后，开始配制水泥土浆液。本项目采用的水泥土浆液均在现场砌筑的泥浆池内进行配制，采用全自动水泥土搅拌机进行搅拌，配制完成后放置在泥浆储存池内。若放置时间过长，应采用搅拌机将其搅拌均匀，以防发生沉淀、离析现象。

（2）根据设计要求，制备水泥土浆前需经过实验室试配，要及时督促施工单位做好此项工作。委托有资质的第三方进行配合比设计，明确每立方水泥土水泥、水、土的用量。

（3）严格控制水泥掺量25%，即每立方墙体水泥含量为 450 kg/m3。水泥掺量对墙体止水效果起着至关重要的作用。首先根据槽段深度计算出每副墙的体积，根据体积计算出一幅墙的水泥总用量，由于槽深均不一样，经计算每幅墙水泥总用量在 57.50 t～61.14 t 之间，需做到每幅墙计量 1 次；同时根据水灰比 1.2 计算出每盘的水泥用量，并随时检查以控制水泥用量。

（4）注浆前检查水泥土浆，保证其黏度在 18 s～22 s之间、含砂率＜4%。随时检查水泥土浆比重务必达到1.5 g/cm3～1.55 g/cm3，符合要求后方可注浆。

5.2.5 注浆

（1）采用导管法施工。导管的壁厚不宜小于 3 mm，直径在 250 mm～300 mm 之间，分节长度可视工艺要求而定。底管长度不宜小于 4 m。接头宜采用双螺纹方扣快速接头。

（2）导管使用前应试拼装、试压，试水压力可取0.6 MPa～1.0 MPa。

（3）导管下放完成后再次用测绳测量槽段深度，判断是否有沉渣，若沉渣过大，需及时清槽，确保沉渣厚度控制在 100 mm 以内。导管距离孔底应为 0.3 m～0.5 m，导管插入水泥土深度应保持在 2 m～6 m 之间。

（4）水泥土浆的停注标高应超灌 0.8 m，充盈系数不小于 1.1。

（5）用 22 kW 立式泥浆泵和螺纹软管将配制合格的水泥土浆从专用泥浆池抽出并压入槽段导管内，使水泥土浆由槽底向上将泥浆顶出并置换。水泥土浆液将槽段全部填充完成后该槽段施工完成。

5.2.6 试验墙

在正式施工前，需做试验墙，旨在检查设计参数对本地层的使用效果，检查设备对地层的适应性，核验垂直度和槽深控制情况，确保水泥土抗压强度不小于设计值 1.0 MPa、试验墙长度为 5 m。

5.3 水泥土墙验收阶段的监理工作

（1）组织止水帷幕验收工作，熟悉设计图纸检测要求，积极配合由建设单位委托的第三方检测单位组织现场检测。槽段施工完成 3 d 内，采用轻型动力触探（N10）检查上部墙身的均匀性，检验数量为施工槽段数的 1%，且不少于 3 幅。本项目共 107 幅，检测 3 幅，结果均合格且达到设计文件的要求。

（2）基坑开挖前需采用钻芯法进行钻探抽芯检测，主要检测单轴抗压强度、完整性、连续性、均匀性和深度。单轴抗压试验的芯样直径不应小于 80 mm，检测幅数不应小于总幅数的 2%，且不应少于 6 幅；每幅墙的取芯数量不应小于 3 组，每组不少于 3 个试块，抗压强度需≥1.0 MPa。本项目在施工完成后采用钻芯法对 6 幅水泥土墙进行抽芯检测，测得施工质量均达到设计要求。