长江漫滩地层地下连续墙施工关键技术

2022-04-06陶云超

科学技术创新 2022年8期

陶云超

(中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，河南洛阳 471002)

目前，城市地下连续墙以其良好止水性、较大刚度等优点，在深大基坑开挖过程中广泛应用[1]。为解决地下连续墙地下渗水的关键问题，Segura Castillo[2]将钢纤维混凝土防水添加剂喷于钢筋混凝土表层。关于地下连续墙施工成槽以及槽壁稳定性的问题，李建高[3]和陈先智[4]从泥浆性能、成分等方面进行研究，给出具体的施工参数。针对软土地层条件下地下连续墙施工工艺，很多学者取得显著成果[5-6]。但对于复杂地层，入岩地下连续墙施工技术，缺乏系统的研究和成套施工工艺。目前，国内外学者针对入岩地下连续墙施工过程中的“成槽效率低”、“槽壁稳定差”、“槽段接头难”等技术难题进行研究，提出了相应的施工工艺，由于不同工程中地质条件不同，施工工艺也有所差异[7-12]。目前为止，针对长江漫滩地质条件下，入岩地下连续墙施工工艺，以及地下连续墙施工对周边建筑物沉降变形的研究较少。本文以南京地铁9 号线滨江公园站地下连续墙施工项目为背景，研究总结其关键施工技术，分析对周边建筑物的变形规律，为类似工程提供经验参考。

1 工程概况

1.1 设计概况

南京滨江公园地铁车站地处扬子江大道与奥体大街交叉口，位于江苏大剧院与金陵江滨酒店、滨江公园之间，沿扬子江大道南北向布设于奥体新城隧道西侧，设计为地下二层岛式，附属包括3 个出入口、2 个消防疏散口、1 个无障碍电梯和2 个风亭。地下二层双跨框架结构(局部双柱三跨)、基坑尺寸为478m(长)×19.7m(宽)×16.09～17.89m(深)，采用明挖(局部盖挖)顺做法施工，围护结构采用800mm 地下连续墙(采用Φ700@500 搅拌桩进行槽壁加固)。附属结构均采用明挖顺做法施工。

该车站基坑采用地连墙和内支撑的支护方式，围护结构176 幅，封堵墙6 幅，共计182 幅，其中东侧(奥体新城隧道侧)地连墙墙长55.0～56.5m，墙趾位于中风化砂质泥岩层中；西侧(滨江公园侧)地连墙墙长33.6～36.5m，墙趾位于粉细砂层中。混凝土采用水下C35，抗渗等级不小于P6，见图1。

图1 地铁车站平面图

1.2 工程地质及水文条件

1.2.1 工程地质。本车站位于扬子江大道西侧，属于地势较平坦的长江漫滩平原地貌，地面高程在4.29～7.41m 之间，地表处地质主要为人工填土，浅层为Q4冲淤积黏土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土(混夹粉土、粉砂)、粉质黏土，中部为Q4冲积粉细砂、中粗砂及Q3冲洪积卵砾石，下伏基岩为白垩系浦口组砂质泥岩组成。岩土层物理力学性能参数如表1 所示，车站典型地质剖面见图2。

图2 车站典型地质剖面图(单位：m)

1.2.2 水文条件。车站周边较大的地表水体为长江，距离车站约470 米；向阳河位于车站西侧，距车站约250 米。车站施工范围内无地表水体分布。长江和向阳河均距场区较远对本项目影响不大。地下水位变化受大气降水影响显著，年水位一般在1.5～2.0m 范围内变化；承压水水位距地表1.80～4.80m、平均3.11m，标高+1.40～+4.66m、平均+2.90m，年水位变化幅度一般在1.0～1.5m左右；基岩裂隙水与承压水之间无明显的隔水层，其水位与承压水相差不大。地下水及土体对地下连续墙的影响为弱腐蚀性。

表1 各土层物理力学性能参数

1.3 周边环境

车站位于扬子江大道西侧，平行扬子江大道布设。车站北端主体位于江苏大剧院广场下方，北端主体东侧距离奥体新城隧道约20m；南端主体位于扬子江大道和万景园路中间绿化带下方，局部位于万景园路和奥体新城隧道环岛路下方。万景园路宽约8m，奥体新城隧道环岛路宽约8m，交通流量均不大。车站周边地下管线较多，主要分布在车站北端江苏大剧院广场，车站南端分布有若干穿越管线。周边环境相对较为复杂。

2 施工重难点

2.1 围护结构断面型式复杂多变，成槽深度深，穿越地层主要为粉质粘土、粉土、粉砂等，地层变化大，成槽过程中易发生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑开挖限界。同时，地下连续墙深度大，垂直精度控制要求较高，也容易发生连续墙侵入开挖限界或者是连续墙接缝处出现“劈叉踢脚”而导致基坑渗漏水。

2.2 地下连续墙浇筑深度较深，混凝土连续浇筑方量大、浇筑时间长。地连墙接缝处的止水性能要求显著。

2.3 砂层中泥浆指标易严重超标，此为地连墙施工难点。

3 施工关键技术

3.1 槽壁加固

由于该车站周边建(构)筑物、地下管线众多，距离建筑物比较近，施工难度大；围护结构断面型式复杂多变，成槽深度深，且穿越地层淤泥质粉质粘土较多，粉土、粉砂等，地层极为复杂，成槽过程中易发生塌孔造成混凝土超灌甚至侵入基坑开挖限界。为保证地下连续墙施工正常进行，地连墙内、外侧设置Φ700@500 双轴搅拌桩进行槽壁加固处理，加固深度16.2～17.5m。双轴搅拌桩布置如图3 所示。

图3 双轴搅拌桩桩位布置图

3.2 成槽机械选择

目前，入岩地下连续墙施工常用设备主要有传统的液压式抓斗成槽机(入岩段大多需钻机配合)和新兴的双轮铣槽机[11]。

新兴双轮铣槽机成槽效率高、安全，孔形规则、适应多种地层，但机械主要依赖进口，整机购进、租赁费用昂贵，且设备维护复杂、费用较高[11]。

该车站地下连续墙成槽深度范围西侧墙底处于粉细砂层，东侧墙底入中风化砂质泥岩层中，且入岩深度较浅。综合经济、进度等多方面因素考虑，本工程采用SG70 型液压式抓斗成槽机，其冲击力和闭合力足以抓起中风化泥质砂岩，同时满足周边地表沉降控制要求。其成槽工艺流程如图4 所示。

图4 地下连续墙施工工艺流程

3.3 泥浆制备

本车站地下连续墙东侧墙长55.0～56.5m，成槽施工过程中，槽壁和槽段空置时间较长，因此，对泥浆护壁确保槽壁稳定性提出更高的要求；同时，由于槽段穿越粉砂层和粉细砂层，为防止成槽过程中塌孔等问题的产生，选用比重、粘度较大的泥浆。

如若泥浆比重过大、粘度过高也将会对墙体混凝土浇筑质量带来一系列问题。本项目通过试配和实践，优化适宜的泥浆配置方案，以克服砂层泥浆超标问题。

通过试验进行验证泥浆的配合比，根据性能指标检测，泥浆配比满足规范和现场槽壁稳定性的要求。膨润土为水质量的8%～12%；纤维素为膨润土的0.05%～0.01%；纯碱为膨润土的0.3%～0.5%。本工区最不利地层为砂性土，配制泥浆按理论配合比控制，比重控制在1.03-1.10g/cm3，粘性土粘度19-25s，砂性土粘度30-35s，PH 值在8-9 之间。新制泥浆必须要膨化后方可使用，膨化时间不应少于24 小时。泥浆配比如表2 所示。

表2 泥浆配比表(每方泥浆)

3.4 H 型钢+防扰流铁皮+防扰流压条槽段链接

地连墙接缝处的止水性能是基坑安全开挖的关键因素。基坑开挖前，按要求在坑内设置降压井进行坑内降水，基坑内外因此形成承压水头，一旦地连墙接缝处发生渗漏险情，将对基坑安全和周边环境带来致命的影响。本工程为增强地连墙接缝处的止水效果，采用H 型钢板止水接头，减少甚至杜绝了水砂突涌情况的发生，提高基坑施工的安全性。

在地连墙施工过程中，为更好地解决槽壁局部塌方可能引起H 型钢处混凝土绕流的问题，本项目采用地下连续墙单元槽段采用H 型钢+绕流铁皮+角钢压条连接的方式。具体做法如下：

首先在先行幅槽段做好槽壁测试工作，其次在先行槽段钢筋笼外包覆止浆铁皮，角钢压条连接，尽量缩小槽壁与型钢之间缝隙。最后在H 型钢外侧采用回填沙袋及碎石封堵，沙袋填料直径不得大于5cm，填装完成后及时采用夯锤堆成击实。杜绝混凝土绕流的可能性。

3.5 清底换浆

地下连续墙承载和抗渗能力受槽底沉渣的显著影响，因此，地下连续墙施工中必须进行清槽换浆。

清槽时，首先利用泵吸反循环法进行清底，其次利用导管吸泥浆，反复循环进行清底，确保清槽质量。清底后，要求槽底泥浆比重＜1.15，槽底50cm的沉渣厚度≤10cm。

在清槽换浆前应先清刷，用吊车将特制清扫接头工具吊入槽内紧贴前段接头混凝土面往复上下刷2～3 遍，将接头处泥皮清刷干净，使新旧两段混凝土接合处干净密实。

清槽结束后1h，测定槽底沉淀物淤积厚度≤20cm，槽底20cm处泥浆密度≤1.2 为合格。

换浆是继清底后的后续作业，空气升液器在槽底部往复移动时，当不再吸出土渣，且槽底沉渣厚度≤10cm时，空气升液器停止移动。此刻开始置换槽底部泥浆。采样指标合格后，清底换浆作业完成。

必须强调清底换浆过程中，应保持吸浆量与补浆量的平衡，且保证泥浆不可溢出槽外或泥浆面低于导墙顶面下30cm。

4 地表建筑物沉降变形分析

南京地铁9 号线滨江公园地铁车站地下连续墙施工受地质条件、周边环境、施工工期等一系列因素影响，采用双轴水泥土搅拌桩加固地层、液压式抓斗成槽、“改进护壁泥浆配比，确保护壁效果”、H 型钢+防扰流铁皮+防扰流压条连接、型钢刷壁控制、墙脚清底换浆等关键技术方案进行施工。该方案在实际施工过程中显著减小了成槽时对周边地层的震动影响，有效地防止上部软弱土层局部坍塌。周边建筑物及地表沉降监测数据如图5 所示。由图5 可以看出，周边建筑物在地下连续墙施工阶段最大沉降量仅为2.7mm，满足设计要求。地下连续墙墙体施工完成后，测斜管测得墙身垂直度小于0.3%，满足设计要求。现场超声波无损检测，检测结果显示墙身完整，均为Ⅰ类。