复杂条件下地连墙试成槽施工分析与管理

金 磊（上海天佑工程咨询有限公司， 上海 200092）

0 引 言

地下连续墙（以下简称“地连墙”）是目前深基坑工程中常见的一种围护结构形式。地墙施工成槽机械设备有许多种类，其中液压抓斗式成槽机对地层适应性很强，从软黏土到含有砾石的冲击层，均可进行挖槽，且费用比铣槽机要低，在房屋建筑、地铁工程等专业领域应用比较广泛。在工程实践中，为验证泥浆配比和成槽设备选型能否适应地层条件、预防和避免槽壁坍塌等事故，通常需根据成槽设备选型、工程地质特点、周边环境条件等因素，经综合比较分析后在正式施工前进行试成槽。结合不同工程特点，在环境保护要求较高或地质条件复杂的情况下可进行非原位试成槽，对于要求较低或不具备施工条件的也可进行原位试成槽。可见，地下连续墙试成槽施工是大面积地墙正式施工前的一项关键性工作，通过试成槽施工，不仅可以验证机械选型、施工参数等，也能暴露出试成槽期间存在的问题。试成槽总结对指导后续地连墙质量控制与施工组织都具有重要意义。因此，应在地连墙试成槽前针对工程特点提前做好策划，并注重对实施过程的跟踪检查和分析，这样才能更好地实现“试成槽”目的。本文以某工程在复杂施工条件情况下地连墙试成槽为案例，对地墙试成槽前施工条件分析、过程控制与管理环节进行梳理和总结，希望对类似工程有所启示和帮助。

1 基坑地墙围护设计概况

1.1 基坑概况

某工程基坑开挖总面积约17 740 m2，设三层地下室，基坑安全等级为一级，采用明挖顺作法施工。基坑南北长约140 m，东西长约150 m，根据开挖筹划分A、B、C三个区实施。其中A区设三道混凝土支撑，面积约13 499 m2，挖深约16.2 m；B区设四道混凝土支撑，面积约2 752 m2，挖深约17.1 m；C区设四道支撑（除首道为混凝土支撑外，其余为钢支撑），开挖面积约1 027 m2，挖深约16.3 m。分区开挖顺序为先开挖A坑，待A区底板完成再开挖B坑。当A坑完成至±0.00且B坑底板完成后，最后开挖C坑。

1.2 地层条件

根据勘探揭示，拟建场地115 m深度范围内各土层均为第四纪松散沉淀物，根据地基土成因、结构及土性综合分析，共划分十个大层。浅部约1.00 m～9.40 m深度范围内分布有粉性土。场地属于古河道切割地层，缺失第⑥层硬土层，局部分布第⑤4层灰绿色粉质黏土。第⑤1-t层砂质粉土（顶面埋深约16.12 m～26.03 m，层厚1.90 m～21.00 m）、第⑤2层黏质粉土（顶面埋深约27.62 m～42.39 m，层厚4.30 m～22.80 m）为微承压含水层。在局部第⑤4层埋深约44.80 m～45.80 m处分布第⑦层砂质粉土（顶面埋深约37.01 m～45.19 m，层厚1.60 m～6.10 m），第⑦层下部为厚度较大第⑧层灰色粉质黏土夹砂（顶面埋深约38.12 m～55.07 m，层厚2.20 m～17.70 m）。

1.3 周边环境

基坑周边环境复杂。西侧、东侧环境保护等级均为一级。其中西侧为双向八车道的城市主干道，路下有已运营的南北走向地铁车站及双圆隧道区间，隧道顶最浅埋深约13.6 m，基本与基坑西侧平行，隧道外轮廓边线距离基坑西侧最近约26.5 m。东侧为3层浅基础混合结构房屋（屋面为钢筋混凝土空腹桁架＋壳体屋面，柱下扩大独立基础），距离基坑东侧最近约10.9 m。南侧、北侧环境保护等级为二级，南侧主要以7层浅基础砖混结构住宅居民区为主，距离基坑最近约37.5 m。北侧为一栋3层和5层的桩基础钢筋混凝土框架结构房屋，距离基坑最近约27.5 m。

1.4 围护设计

根据基坑采用地连墙围护（强度水下C35，抗渗等级P6）。西侧、东侧分别采用1 m厚（共35幅）和1.2 m厚（共7幅）地连墙，其余侧及中隔墙采用0.8 m厚地墙（共99幅），合计141幅地墙。为减少降水对周边环境的影响，外围护地连墙墙深为51 m～55 m（采用十字钢板、H型钢接头），基本将⑤1-t层和⑤2层隔断，墙趾进入第⑧层。基坑内中隔墙墙深为35 m～39 m（采用锁口管接头）。为提高外围护地墙止水性及成槽稳定性，西侧地铁侧采用φ850 mm@600三轴搅拌桩槽壁加固，桩长30 m，加固体28 d强度≥1.2 MPa。非地铁侧采用φ650 mm@450三轴搅拌桩槽壁加固，桩长分别为18 m和21 m，加固体28 d强度≥1.0 MPa。

2 地墙实施重难点分析与试成槽策划

2.1 重难点分析

2.1.1 地层条件较差

成槽深度范围浅层地下障碍（废弃房屋及基础、废弃人防等）比较多，局部有暗浜，第②3层砂质粉土渗透性较好，第③、④、⑤1-1层土为高含水、高压缩、低强度的软弱黏性土，地层条件较差，对地连墙成槽稳定性影响大，若控制不当，易出现槽壁坍塌、地连墙鼓包等质量问题。

2.1.2 水文条件复杂

场地内第⑤1-t层微承压水层埋深较浅，基坑西北角第⑤1-t层与下部第⑤2层相互连通。场地第⑥层土缺失，基坑西南侧第⑤2层第⑦层承压含水层相互连通。基坑开挖过程中需分级降低第⑤1-t层、第⑤2层微承压水头，水文地质复杂，对地墙止水性和墙体施工质量提出很高要求。

2.1.3 环境保护要求高

西侧、东侧环境保护等级为一级，基坑施工保护对象均具有施工前既有病害多、结构抵抗变形能力弱的特点，是地连墙试成槽及正式施工期间重点监护区域。北侧5层桩基础房屋在基坑1～2倍挖深范围内，结构整体性较好。南侧主要以住宅小区房屋房屋为主，距离基坑约3倍挖深范围，居民维权意识较高，对施工扬尘、噪音控制要求高。

2.1.4 施工组织难度大

桩基围护阶段主要涉及工程桩（钻孔桩）、立柱桩、土体加固（搅拌桩和旋喷桩）和地连墙。开挖前工期紧、工序多、组织难度大，主要表现在施工场地小，工序安排和交通组织难度大。其次，每月仅能批复12 d夜间施工许可（以下简称“夜施”），给地连墙工序衔接带来很大挑战。

2.2 设备选型

成槽工艺采用“液压抓斗式”工法，为适应地质水文条件、满足有效槽深和垂直度控制、确保地墙施工进度，计划配置3台国产金泰SG系列液压抓斗式成槽机（主要参数如表1所示）。单幅地墙三抓成孔，垂直度控制采用推板纠偏方式，由抓斗配备纠偏导板和纠偏仪，通过纠偏仪来监控抓斗实时状态，需纠偏时由处理器发出信号到液压控制油缸，通过油缸伸缩来调整抓斗，随时对槽壁进行修整。同时配备先进的电子测量系统，抓斗的深度及位置方向可用屏幕显示。

表1 SG系列成槽机主要参数性能表

2.3 泥浆选型

护壁泥浆选用复合钠基膨润土泥浆（具体指标如表2所示）。与普通钙基钠基膨润土泥浆相比，该泥浆具有良好的保水性和流变性，分散性较好，具有较高胶凝强度和很强的悬浮土渣能力，能显著改善泥膜质量，改良槽壁土体，起到增强槽壁稳定性的作用。按施工经验配比新鲜泥浆，每立方米泥浆投料量为膨润土30 kg～40 kg、水990 kg、纯碱按需配制。泥浆指标根据情况动态优化调整。

表2 复合钠基膨润土泥浆主要检测指标

2.4 位置选择

由于施工场地较小，故选择原位试成槽方案。根据地连墙“跳幅”施工顺序，将基坑每边首开直线幅作为原位试成槽段（具体数据如表3所示）。考虑到西侧地铁保护要求高（隧道沉降、收敛累计预警值需控制在±5 mm），在A、B、C区西侧地墙首开幅均试成槽。东侧、北侧、南侧主要保护对象为既有房屋建筑（浅基础房屋沉降累计报警±30 mm、桩基础房屋±20 mm），与基坑围护距离在1～3倍挖深范围内，每边选择一幅试成槽。

表3 基坑各边试成槽位置策划表

2.5 环境监测

2.5.1 非地铁侧监测

主要对试成槽期间周边地面及房屋沉降情况进行观测。受场地限制，深层土体分层沉降、土体深层水平位移在围护阶段暂无法测点布置。地连墙围护阶段试成槽期间，仅在槽段10 m范围内布置临时地面沉降观测点（间距控制在2 m/点），成槽期间每8 h观测一次施工地面沉降（成槽结束48 h后暂停观测）。周边房屋建筑沉降变形情况利用第三方监测已布点进行观测。

2.5.2 地铁侧监测

地铁侧监测主要依托地铁监测部门委托的专业监测单位进行监测，隧道内平均每5环布置一处沉降和收敛观测点；在围护阶段，地铁监测频率平均监测周期为一周。西侧地墙试成槽及实施期间主要根据地铁监测反馈信息指导施工。

3 地墙试成槽过程控制与分析

3.1 试成槽施工概况

根据场地条件、工序安排和跳幅顺序，在槽壁加固土体强度、导墙混凝土强度满足设计要求及成槽作业准备条件的前提下，相关方于2019年度按方案策划分别先后组织了7幅不同位置的地连墙试成槽施工（具体情况如表4所示），每幅试成槽地连墙施工结束后专项组织了总结分析会，为后续类似区域地连墙施工的组织优化和质量控制提供了经验。

表4 基坑各边试成槽施工统计表

3.2 成槽质量分析

3.2.1 实际地层分析

试成槽期间，依托附近勘察孔分析地层分布特性，对不同挖深范围抓槽取土观察颗粒状况，初步鉴别土性（黏性土、粉性土、砂性土），与原勘察资料进行对比。经对比发现，实际地层条件与勘察报告描述的土质基本相符，未发现明显的土质异常情况。

3.2.2 泥浆性能分析

试成槽施工期间，分别对新鲜泥浆、循环泥浆和清孔后泥浆性能指标进行取浆检测，经检测，发现泥浆性能指标均控制在要求范围内。混凝土灌注前，在导管内取浆检测泥浆、沉渣厚度和槽段深度，与清孔前相比，未发现明显异常变化，表明泥浆性能总体能够满足成槽护壁控制要求。

3.2.3 成槽质量分析

试成槽期间，在槽壁加固深度、槽壁加固以下至设计槽深范围按每孔开挖15 m左右，由施工方自配检测仪器进行一次超声波槽段检测），通过成槽过程检测评估槽壁加固质量、垂直度控制与纠偏效果。槽段混凝土灌注结束后，结合混凝土充盈系数进一步统计分析。实施期间试成槽槽段质量控制指标总体可控，部分槽段试成槽期间暴露出一些问题。对部分暴露出的影响成槽施工质量的因素总结分析，并采取改进措施。

（1）D1-8为中隔墙区首幅0.8 m厚地连墙试成槽。成槽检测发现开挖10 m深度以内浅层槽壁坍孔现象偏多（灌注后混凝土充盈系数为1.208）。这是因为该区域附近废弃方桩及基础等地下障碍比较多，基础清障回填或拔桩后孔洞回填欠密实，导致槽壁加固时位于欠密实土体范围，存在浆液外溢影响加固质量的情况。经原因分析后，重点对后续清障后回填质量加强了控制，后续施工期间发现浅层坍孔现象有所缓解。

（2）B1-4为西侧地铁侧首幅1 m厚地墙试成槽（距离地铁隧道约49m），在首开孔南孔开挖至10 m左右深度时发现向开挖面偏斜现象，偏移量为20 cm。开挖至25 m时偏移达到30 cm，经分析发现，原成槽机推板纠偏已难以达到纠偏效果，改用SG50（用800 mm抓斗）配合钢垫箱修孔措施，开挖至30 m以下发现有修正趋势，成槽至设计标高后最终偏斜量为15 cm。该槽段在北孔、中孔成槽期间也出现类似深度向开挖面偏斜现象，这与槽壁加固垂直度偏斜有关联。另外，地铁侧设计要求外排比内排槽壁加固强度高，可能存在外硬内软情况，导致成槽向开挖面偏斜（取芯检测外排为1.24 MPa、内排为1.06 MPa）。经分析得出原因后，施工人员重点对后续未完成的西侧地铁槽壁加固成桩垂直度进行了重点控制和检查，针对西侧槽壁加固普遍存在外硬内软的特点，加强成槽顺序、速度和过程检测控制，后续西侧地墙施工期间类似向开挖面偏移的情况得到了有效控制。

（3）A1-3为西侧地铁侧首幅1.2 m厚地连墙试成槽（距离地铁隧道约26.5 m）。成槽施工过程中情况质量控制指标总体正常，主要制约问题是因工期比较紧，在成槽、接头箱安装时均无夜施许可，大致工序时间过长。另外，A1-3是第一幅1.2 m厚地墙施工，配套的接头箱没有提前预拼（直接从其他工地转运），在实际拼装过程中清理、拼接时间长，导致该幅地墙试成糟总时耗费了93 h，关键工序时间衔接不紧凑连续。经分析得出原因后，为确保地铁安全，加强地墙工序衔接，施工人员在后续西侧地墙施工期间布置了均需有夜施许可方能成槽的要求加强工序衔接控制。

3.2.4 第三方检测分析

为进一步加强对成槽质量的检测，在施工自检基础上，委托第三方对所有槽段成槽超声波进行100%复检（0.8 m厚地墙两端各检测1点，超过1 m地墙两端及中孔各检测1点），符合要求后再进入后道工序。根据第三方检测报告，质量指标与施工检测基本相符（具体情况如表5所示）。

表5 第三方超声波检测质量指标统计表

3.3 环境影响分析

3.3.1 非地铁侧环境影响分析

基坑外围护地墙试槽期间，东侧、北侧、南侧主要对试成槽期间10 m范围内地表沉降、房屋建筑物沉降情况进行观测。通过地表沉降监测反馈，最大沉降值和日变化量均未超过1 mm，成槽至设计标高后约24 h内沉降变形趋于平缓，其后基本变化不大。通过房屋沉降监测反馈，试成槽开始至混凝土灌注结束后1 d，最大沉降值变形为0.33 mm。综合以上分析得出，地连墙试成槽对周边沉降影响不大。

3.3.2 西侧地铁变形分析

西侧地铁双圆盾构隧道因抵抗变形能力较差，对保护要求较高。施工人员根据施工顺序安排先后组织了三次试成槽（B1-4、A1-3、B1-22）。其中B1-4、A1-4分别为A区西侧地铁侧首幅1 m地墙、B区西侧地铁首幅1.2 m厚地墙，A/B区西侧地墙于3月8日至5月1日全部施工完毕。通过对地铁该阶段变形的趋势进行分析，可以发现S10点出现隆起趋势，3月1日累计隆起为4.35 mm，至3月22日出现累计隆起报警5.41 mm，至4月10日达到隆起最大累计5.76 mm，至5月1日后出现沉降趋势。初步分析得出，地铁变形主要与周边加载或卸载有关，出现变形的时间段恰好与3月8日至5月1日的A/B区西侧地墙施工期有所重叠，且S10点因位于车站与区间变形缝位置，较为敏感。

3.4 施工工效分析

3.4.1 单幅槽段工效分析

地墙液压抓斗式工法影响单幅槽段总施工时间的关键工序分别为成槽、吊放钢筋笼、接头箱安装和导管混凝土灌注，其中成槽工序时间在单幅地墙工序中占比较大。在试成槽期间除了跟踪关键工序时间外，需兼顾有无夜间施工许可的影响。通过关键工序耗时整理分析，初步测算单幅有钢板接头地连墙总时间，有夜间施工许可情况下为45 h左右、无夜间施工许可情况下为60 h左右。在后续施工组织安排中，应进一步细化每道工序作业时间，成槽开始时间均基本控制在每日6:00，尽量确保地连墙工序安排形成规律性，以满足各道工序衔接紧凑的要求。

表6 试成槽槽段主要关键工序时间统计表

3.4.2 制约工效因素与措施

通过对试成槽槽段施工期间工序进行跟踪，能够发现一些制约单幅地墙工效的因素。通过施工总结分析原因，在后续地墙施工中采取改进措施，进一步提高地墙工效。

表7 试成槽段制约工效因素分析与改进措施

4 结 语

地下连续墙作为深基坑常用的围护结构，是确保深基坑及周边环境安全的关键环节。随着深基坑施工需求的不断提升，地连墙施工技术也在不断发展，地连墙的深度也越来越大，新技术、新工艺、新设备、新材料应用比较多，除了传统的抓槽，还有铣槽、抓铣结合的施工工艺。在地连墙正式施工前，应开展针对性的地连墙试成槽管理，施工人员要考虑地层条件，通过试验验证机械选型、泥浆配比、成槽工艺等施工参数，指导后续施工；在试成槽前考虑工艺技术、质量因素；做好施工条件的分析，如在城市市区内施工，往往会遇到施工场地狭小、作业时间无法连续等施工组织管理难题。如果考虑不全面，也会影响到后续地墙正式施工进度、质量和安全。因此，加强地连墙试成槽管理，是控制地连墙施工质量的重要前提和保障，需要各参建方高度重视。