外海复杂地质条件下地下连续墙施工技术

王合庄,刘 东

(中交一航局第二工程有限公司,山东 青岛 266000)

因其结构之完整及其抗渗性能之可靠,地下连续墙在工程中得到广泛的应用。随着理论研究的丰富和实践经验的积累,地下连续墙从设计到施工的各项工作方法均较为成熟,但部分工程的地下连续墙施工条件复杂,在特殊地质条件下易出现地下连续墙变形、渗漏水等问题[1]。基于此,仍需深入研究地下连续墙施工技术,确定技术应用方案,在特殊地质条件下有效建设地下连续墙[2]。

1 工程概况

在核电工程的取水口工事中,采取的围堰防渗方法为沿东西方向平行于内护岸的布置,总长度达到了1 343 m,系由砂桩地基处理技术与抛石堆载新建围堰的结合。这种做法延长了新建围堰的总长度,达到了580 m。在东西两侧的防护墙,则是先通过爆破挤压淤堤,再在此基础上进行施工,总长度345.4 m,墙壁厚度0.8 m,深度达到30.7～42 m,顶端标高+5.0 m,底部要求进入弱透水层,且下沉深度不小于2 m。

在展开研究之前,要明确该地点的风向类型。在此地区,主风向为SE方向,其次为ESE方向,两方向出现的频次分别为18%和11%。风力最强的风向分别为NW方向和ESE方向,最大风速可达28 m/s和18 m/s;次强风力风向为SW方向和W方向,最大风速分别为17 m/s和16 m/s。根据统计数据,8级以上的大风主要在热带风暴季节,即7-9月该地区表现显著。该地年平均波高在1.2～1.7 m,年最大波高下限值不低于4.5 m,多数年份波高在6～7 m。历年7-10月,最大波高大多数处于5～6 m。受台风影响,波高可高达7 m以上。当台风在该地附近登陆并正面冲击时,波高可增至12～15 m。

2 施工难点

在开挖山石堤并进行围堰施工的过程中,留下了较多的空隙且平均潮差达到了6 m,由于动水效应的显著性,在开槽过程中可能会出现漏浆及槽孔的大面积塌陷。为确保防渗墙开槽施工的安全性,必须构建一个稳固的施工平台,具体的处理措施包括：

(1)合理划分槽段,尽量小槽段施工,增大泥浆比重和强度,防止漏浆塌孔[3]。

3 防渗墙主体施工

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1所示。

图1 施工工艺流程

3.2 槽段划分

混凝土防渗墙一般被划分为若干个单元槽段。各个槽段通过间隔两序的造孔挖掘并在墙体灌注混凝土。首先,I期槽孔的施工启动;而II期槽孔则在I期槽孔的混凝土强度达到设计标准后进行施工;最终,各个I期和II期槽段会联结形成无缝且整体的防渗墙[5]。

3.3 钻劈法防渗墙槽段划分

槽段划分如图2所示。

图2 钻劈法槽孔划分示意

①-⑤是槽孔的代表序号;1#、3#是Ⅰ期槽;2#则是II期槽。端在槽段处于连接状态时,即可用作接头孔推动相关作业的开展。Ⅰ期槽孔通常由4个孔长0.8 m的主孔和3个孔长1.0 m的副孔构建而成,槽段总长度6.2 m;Ⅱ期槽孔(槽孔两端点接头管构成的端孔排除在外)的构成部分有两个：2个孔长0.8 m的主孔和3个孔长1.2 m的副孔,槽段总长度4.6 m。

3.4 钻劈法成槽施工

采用冲击钻机的“钻劈法”进行孔道及槽壁施工,其应用范围将极为广泛,能够适应各种地质条件。其执行步骤如下：首先,利用冲击钻机在主要孔洞中进行钻凿,直至钻至孔洞的底部;然后,劈打副孔。在劈打副孔的过程中,通过将接砂斗放置于两个相邻主孔之间,可以有效地接出大部分在施工过程中掉落的钻渣。在钻进期间可将数量众多的粘土投进孔内,一方面可以堵漏挤秘,另一方面可以将泥浆的粘度提高以悬浮钻渣,进而提高施工的效率。

考虑到在副孔实施劈击操作时,钻头产生的碎片可能部分或全部进入主孔,因此,需要进行多次主孔钻凿操作,即所谓的“回填”。

当利用击钻机开展造孔作业时,均利用抽砂筒排碴的方式来开钻主孔与打回填。

钻孔任务在主孔和副孔阶段完成后,现场很可能仍然残留一些额外的工作任务,对此,现场施工人员必须进行精确的定位,并按照从顶部到底部的步骤,仔细清理这些残留的工作区域(这类清理工作常常被形象地称为“打小墙”)。如此,便可构建出一个宽度、深度均符合施工标准的完整槽孔。

这一堆师承当中，李瑞东最精研的，是岳青山所传的岳氏连拳，李瑞东称其为岳氏心意六合拳；和王兰亭、甘淡然分传的南北两派太极，在后来的李氏武学中，分别被称为文太极与武太极。

在钻取软弱地层时,利用冲击钻机进行钻进操作应以“轻打勤放”为原则,即将冲程设定为500～800 mm,频率设定为45次/min,并且尽量少放钢绳的施工方式;就坚硬度较高的地层而言,可利用冲程较高(1 000 m)、频率较低(40次/min)的加重平底十字钻头以重打法的施工方式来开展钻进作业。再辅之以密度较高的泥浆、经常抽砂或将粘土球投进孔里的方式,就可以有效地增加泥浆的悬浮力和钻头钻进力度,并让钻头可以常常钻进地层的新鲜面上。

在实地开展施工期间,可按照实地情况调整槽段的总长度,在不会塌孔的前提条件下,可尽量地延伸槽孔的长度,如此便可有效地降低槽段接缝的出现概率,在确保工程品质的同时,也能够减少施工时长。

主副孔可同时开展施工作业,如主孔处先钻凿2～3 m,转而钻凿副孔2～3 m;再继续开展主孔钻凿作业。如此反复施工,便可避免主孔开展作业期间出现邻近副孔坍塌的现象。

为了确保主孔与副孔空间关系的连续性和稳定性,主孔终孔的深度差异必须严格控制在1 m以内,其中,对于中间副孔和深度较大的主孔之间的深度差,必须控制在小于两相邻主孔深度差的三分之一;对于始终大于1 m的主孔终孔深度差,需要在中间副孔区域采集岩石样本来执行鉴定工作,以确保主孔终孔的深度差异控制在1 m以下,并且副孔底部的高程必须低于两相邻主孔中间位置的高程。

3.5 防渗墙槽孔清孔

在清孔前,需提前检测各个深度的泥浆浆液密度和孔中沉碴厚度,并预估清孔所需浆液总量,并检测孔中的淤积厚度。

II期槽在开展清孔作业期间,需清刷接头孔的混凝土表层上的泥浆痕迹,使其符合施工要求：孔内沉淀趋于稳定,不再增多,且刷子钻头钢丝上没有泥点。

清孔期间可将大部分泥浆浆液回收利用起来,若工程施工条件允许,可设置沉淀存浆池,利用泵来收回浆液,即可减小经费投入。

浇筑混凝土期间,在主孔开展作业时利用槽孔上端排掉的泥浆施工也是可行的,还能够利用沉淀存浆池来重复利用浆液,节省经费。

孔底沉淀主要成分如下粘土块、砂子和一些微小钻碴,将上述物体清除后即可加大孔底粘性,进而增强泥浆悬浮的功能。实际施工步骤如下：按照标准把CMC(高粘)制成水溶液,完工后将其放置在封闭性佳的玻璃瓶或者塑料袋内(确保没有气泡和空隙),将其挂在抽桶底部并下放至孔底,至孔底砸破包装将其混进浆液与钻屑内,随之用抽桶将其排出。重复上述工序,即可克服难以抽除孔底沉渣的难题。

3.6 混凝土浇筑

采用搅拌运输车辆将混凝土输入槽口中,再通过溜槽分散导出至各个导管内进行输送。在浇筑混凝土期间,需严格把控导管下料的速度,使其均匀下放,且将槽中混凝土面层的高度差控制在0.5 m以下,在导管预设深度与混凝土提升速度相匹配的情况下,应适时地将导管抽离,其中的提升速度最理想地设置在2～4 m/h。其目标是持续抬升至施工平台的海拔高度顶部。导管预计埋进混凝土1～6 m,避免顶部沉碴和多余浆液涌入混凝土中,对混凝土品质产生消极影响。在施工期间,需加大测量槽内混凝土面面高的力度,再按照测量参数调整浇筑次序,以确保混凝土面上升匀速的同时,能够对导管进行控制和拆除,同时,确保埋入混凝土的深度能够达到施工规定的要求。

3.7 防渗墙槽段连接

槽段连接成功与否决定了防渗墙是否发挥作用,接头孔开展作业期间应牢牢把控其斜孔率,确保各个区域墙体接缝的宽度超出预设墙体的厚度。在这个项目中,将采用套接结构。

套接选择钻凿法来开展作业,I期槽孔灌筑完工、塑性混凝土首次凝结后且II期槽钻进期间,在I期槽端部分,可以进行全孔钻打,由此在某一点处构建出半圆柱状的II期槽段孔,保证接头孔各深度的搭接厚度均符合施工标准。等II期槽灌筑作业完毕后,便可将I、II期槽段连接起来,形成墙体。

4 成槽施工问题及技术对策

4.1 漏浆处理

本工程在高水位下施工,极易造成塌孔。因此,在槽段开挖之前,需要准备足够的海泥与锯末等材料,以便在浆液泄漏时能够迅速进行处理。一般来说,处理方法包括迅速投入木屑和海泥,并使用钻头将其压实以堵塞孔隙。如果情况更为严重,可能需要大量使用水泥浆料,以便完全填充孔洞并保持静止。在浆液不再泄漏后,可以重新开始钻进。

4.2 塌孔的处理

造成槽孔侧壁凹陷的成因可能多样化,包括泥浆的质量、槽段土质的形态与致密性,以及孔洞本身的稳定性。在槽孔面临严重塌陷的情况下,及时对其进行回填修补,将回填物的高度维持在塌孔表面上方2 m处,并进行压力压实,当回填物沉积至密实状态时,再重新建立孔洞。对于少数塌孔,可采用混凝土灌注的方式进行处理,在混凝土初凝状态后,再进行二次打孔。

4.3 孔斜的处理

当孔斜问题极为严重时,常见的解决手段是充填并再次钻取。常用的填充材料包括砂卵石或碎石,有时是低标号的混凝土,有时是更硬的大块卵石或块石。这些具体方案将视实际情况而定。然后,将按照已阐述的指导原则,以较慢的节奏进行再次钻取,以确保钻孔的垂直度符合要求。在进行混凝土接头孔的施工时,若发现上游和下游的偏斜程度远超预期,应对其及时处理。可采用填充卵石或块石或低标号混凝土的方式,并在重新钻孔后进行施工。若偏斜问题出现在左右两侧,应对设计孔深时的偏差值进行仔细计算,采用两钻法进行施工,以避免混凝土强度提升导致施工难度增加,以及处理孔斜问题的难度加大。

4.4 堵管的处理

在管路阻塞的情况下,振动上下的管道或能提升其流动性。在此策略失效的情况下,可在规定的管道长度范围内调整其位置,同时,依据混凝土间的压差来降低混凝土流出的难度。倘若所有调整策略均未奏效,可以考虑重新配置另一套导管。然而,在启动灌注过程之前,务必选用小型抽吸筒清洁导管内的泥浆,防止泥浆混合。

5 结语

综上所述,近几十年来地下连续墙工艺,在基础工程和地下工程领域成为了广泛应用的施工技术。该施工方法不仅保护相邻的建筑物体,还具备防土止渗、噪音小、墙体刚度大等优势,因此被普遍引入到各类建筑项目的基础施工内。本文以实际工程施工为例,认真研究了地下连续墙施工要点,探讨了复杂地质条件下,防渗墙施工工艺及对于漏浆和塌孔的处理,旨在推进施工的安全、质量、进度,为整体的工程品质提供保障。