富水砂层地下连续墙施工技术研究

林浪峰

（中铁十二局集团华南工程有限公司，广东 中山 528400）

随着经济的快速发展，越来越多的城市开始兴建城市轨道交通工程，地铁站由于基坑规模，因此采用地下连续墙作为车站围护结构。富水砂层地质是地下连续墙施工不利的地质条件之一，不仅会浪费成本，严重时还会导致基坑安全事故[1]。该科研项目结合南通极端地质条件和现场实际情况，采取一系列措施保证地下连续墙施工质量，总结了富水砂层地质下地下连续墙施工质量控制要点，形成整套施工工艺，为该类项目提供参考[2]。

1 项目实例

1.1 项目概况

该课题研发项目是南通市建设项目，属于城市轨道交通中的一号线一期工程项目，车站整体长234.86m，宽20.66m。通沪大道站主体围护结构采用厚1m 地下连续墙，共94 幅，地下连续墙端头井处墙长43.2m，其中标准段长39.8m，整体采用工字钢作为接头。

该项目为富水砂层地质下地下连续墙施工，地下水位高，表层土多为杂填土、淤泥等劣质土体，+0.23m～-19.85m多为粉砂层，该地质条件对地下连续墙施工很不利[3]。常规的规范、标准不适用于该工程，必须采取预控措施来保证地下连续墙施工质量。

1.2 施工部署

场地布置主要包括泥浆制备棚、集土坑、钢筋笼加工平台、钢筋原材料和堆场。泥浆制备棚尺寸为50m（长）×13m（宽）×4.5m（高），内含36 个2m×2m×6m 泥浆箱，可储备约640m³泥浆，满足现场施工需求。泥浆制备棚内布置泥浆制备原材堆放区、泥浆制备区，分区域储存新制泥浆、循环泥浆以及废弃泥浆。集土坑尺寸为35m（长）×6m（宽）×3m（高），可容纳体积630m³，单幅槽段土方量约250m³，满足现场施工需求[4]。钢筋笼加工平台尺寸为44m（长）×6m（宽），两侧设电焊机棚，加工平台高差≤2cm。钢筋原材堆场尺寸为38m×6m，最大可容纳钢筋约600t，满足现场施工需求。地下连续墙施工进度计划见表1。

表1 地下连续墙施工进度计划

1.3 地下连续墙施工中槽壁稳定性分析

地下连续墙施工中重要的内容之一是保证槽壁的稳定性，也是防止发生槽壁塌方事故的关键，一旦槽壁失稳出现塌方事故，不仅会影响施工进度，还会降低工程的综合质量[5]。因此，要做好槽壁的稳定性分析与计算，并根据计算结果，及时采取有效措施。

参照梅耶霍夫的经验公式，当槽内的泥浆处于充满状态时，可假设槽壁上部无荷载且处于垂直状态[6]，此时临界稳定状态下的槽深计算如公式（1）所示。

式中：Hcr为临界稳定状态下的槽深；N为承载力系数；Cu为不排水抗剪强度；γ0为土的浮重度；γ1为泥的浮重度；K0为静止土压力系数。

针对砂性土，沟槽在施工中倒塌安全系数的计算如公式（2）所示。

式中：K1为砂性土沟槽在施工中倒塌安全系数；P0m为开挖面侧的土压力；P1m为沟槽内测的泥浆压力。

针对无黏性土，沟槽在施工中倒塌安全系数的计算如公式（3）所示。

式中：K2为无黏性土沟槽在施工中倒塌安全系数；φ为土体内摩擦角。

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计算施工过程中的沟槽避免横向变形，如公式（4）所示。

式中：x为沟槽横向变形；μ为土体泊松比；h为沟槽深度；G为土体压缩模量。

按照上述公式，计算施工过程中的相关参数，如果施工中倒塌安全系数、沟槽横向变形超出设计值，说明地下连续墙施工中槽壁存在失稳风险，要及时采取加固措施。

2 富水砂层地下连续墙施工

2.1 水塘换填

由于场地内水塘与基坑围护结构重叠，因此为保证导墙施工质量与地连墙成槽质量，须换填水塘。清淤应确保清除塘底部的泥沙和其他垃圾[7]。将淤泥清理干净后，应保证塘底大致平坦，并在一天内排干淤泥。施工工序如下：1）开挖深坑，确定清淤深度。2）挖掘机挖出鱼塘底淤泥后，用倾卸车直接运到弃土场。3）底泥清除干净后，再回填一段，为施工机械搭建一个临时工作平台，回填的高度与原位面齐平。4）清淤必须干净彻底。5）以能确保工程质量为前提准，根据现场情况确定挖泥的深度。

在回填过程中，地下连续墙5m 内水塘区域采用15%的P.O42.5 水泥土回填，须回填面积约814.3 m2。剩余水塘区域采用渣土回填，须回填面积约2337.9 m2。回填所用水泥和渣土提前运至现场储备，便于清淤后及时回填。

2.2 槽壁加固

根据槽壁稳定性分析结果，加固该结构。现场鱼塘拟定采用灰土换填+二重管高压旋喷桩槽壁加固的处理方案。根据以往施工经验，Z字幅地下连续墙经常会出现槽壁坍塌、卡笼等现象，因此对四幅Z字幅地下连续墙也采取了高压旋喷桩槽壁加固措施。高压旋喷桩采用复合硅酸盐水泥（P.C.42.5），桩位沿地下连续墙槽壁两侧单排布设，桩心距地下连续墙侧壁500mm[8]。换填区域桩径800mm，桩距700mm，桩深25m；Z字幅段桩径800mm，桩距700mm，桩深6m，沿地下连续墙槽壁两侧单排布设，桩心距地下连续墙侧壁500mm。换填区域桩径800mm，桩距700mm，桩深25m；Z字幅段桩径800mm，桩距700mm，桩深6m。高压旋喷桩布置如图1 所示。

图1 高压旋喷桩布置示意图 （单位：mm）

二重管高压旋喷桩施工工序包括测量放线、引孔、钻孔、喷射浆液、旋喷提升和成桩，工序如图2 所示。

图2 二重管高压旋喷桩施工程序图

表2 二重管高压旋喷灌浆主要技术参数

2.3 浅层降水与导墙施工

由于场地地下水位高，降雨频繁，项目部探挖现场导墙施工部位，1h 后槽壁1.2m 处出现槽壁坍塌、渗水情况，因此项目部制定了浅层降水处理方案，施工导墙须提前进行浅层降水以确保土体强度符合导墙施工要求。现场沿地下连续墙两侧外延2m布设浅层疏干井62口，井深10m，间距约15m。浅层降水井布置如图3 所示。

图3 浅层降水井布置示意图

在完成槽壁加固、浅层降水运行后，开始地下连续墙导墙施工，导墙施工采用木模板+钢管支撑，单个流水段为40m。导墙模板支护完成后须检验其垂直度，垂直度≤3‰。模板涂刷脱模剂，并分规格堆放。模板支护不能有明显拼缝。施工中要将导墙面往槽口外顺坡，避免雨天雨水大量汇入槽内影响泥浆性能。

2.4 地下连续墙钢筋笼制作与连续墙成槽施工

该工程地下连续墙钢筋笼较长、较重，首开幅最重约59.2t，所以确保钢筋笼安全入槽是工程的重点。项目部前期收到图纸后发现设计横向桁架筋为“W”形，为了保障吊装安全，在图纸会审中将其调整为“X”形。而纵横向桁架交叉处、横向桁架与工字钢连接处是吊装过程中力传递的重点，所以项目部对纵向桁架与水平桁架交叉位置加焊C25“L”形钢筋加固，水平桁架钢筋顶接“H”形钢处加焊C25“L”形钢筋将水平桁架与“H”形钢连接加固。钢筋笼骨架加固措施如图4 所示。

图4 钢筋笼骨架加固措施示意图

在地下连续墙混凝土浇筑过程中，“H”形钢接头连接处是受力薄弱环节，容易受混凝土挤压，导致外鼓、错位而出现混凝土扰流、开挖后渗漏等情况，“H”形钢偏位严重还会影响偏位侧地下连续墙钢筋笼入槽。项目部采用3C32 钢筋“H”形帮焊加强钢连接处。在钢筋笼入槽过程中，钢筋笼难免会与槽壁摩擦导致后期开挖出现露筋质量缺陷，项目部用覆盖彩条布对钢筋笼开挖两侧进行绑扎牢固，有效地减少露筋质量缺陷。

现场是透水性较高的砂质地层，在含水沙地层中，槽壁稳定性较差，极易发生塌槽。因此要顺利通过该含水砂层，除了要采取一般成槽工艺和技术措施外，还要在成槽过程中，严密检测泥浆的密度和相应的技术参数的变化，动态管理泥浆，定期利用专用取浆筒，对该地层不同标高的泥浆质量进行取样检测。当槽段处于闲置状态时，应及时注浆。必要时，可适当地缩短沟槽断面的长度，从而达到土拱效应的目的。

3 社会和经济效益分析

3.1 社会效益

该项目对现场实地勘察并结合地质报告分析，采取一系列富水砂层地质地下连续墙施工技术措施，保证了围护结构施工质量，基坑开挖后，地下连续墙仅出现8 处轻微渗点，通沪大道站围护结构施工质量得到了业主的广泛好评，并组织2 号线施工单位进行参观、学习，分享施工经验。

富水砂层地质下，地下连续墙施工困难，很容易出现槽壁坍塌、墙体夹砂夹泥导致鼓包、露筋、漏水等质量缺陷，通过该课题的研发，上述施工措施在该工程上的成功运用，为富水砂层地质下地下连续墙施工提供了宝贵的实践经验，顺利地解决了因富水砂层地质不良影响造成的问题，对地质相近的工程有指导意义。

3.2 经济效益

课题小组前期通过综合分析地质勘察报告和现场实地勘探，采取了浅层降水、槽壁加固、原材投入和彩条布覆盖等一系列措施确保地下连续墙的施工质量，节约了大量围护结构堵漏材料和人工成本，保证工程进度，取得了较好的经济效益。对比其他标段类似工程产生的材料和人工费用，项目部前期虽加大增加预控措施投入约30 万元，但基坑开挖后，围护结构仅有8 处轻微渗漏点，节约地下连续墙堵漏费用约100 万元，综合投入产生的成本，实际产生经济效益约70 万元。

4 结论

虽然富水砂层地质下地下连续墙施工技术措施已成功应用于该工程，但是在课题研究过程中也发现不少问题：1）由于前期采取的措施投入较大且后期产生的经济效益难以量化，因此推广应用需要业主、设计单位共同推进。2）泥浆性能受气候等多方面影响较大，富水砂层地质泥浆黏度性能流失迅速，地下连续墙成槽过程中还须加强检测并随时调整频次。3）虽然采取了很多技术措施，但地下施工具有不确定性，仍然有个别地下连续墙出现鼓包、露筋、渗漏质量缺陷。

上述问题要在将来的实践应用中，通过积累经验，总结理论知识，反馈和解决产生的问题，进一步优化该施工技术。