高水位超厚浅层砂性土层地下连续墙施工技术

张竹青 ZHANG Zhu-qing

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

1 工程概况及周边环境情况

1.1 工程概况

上海轨交崇明线工程111 标2#大小盾构转换段所处区域位于长兴岛北环河北侧的农田内。结构长116m，宽19.0/19.8m 为地面二层地下二层（局部四层）单柱双跨混凝土箱型结构。采用明挖顺作法施工，最大开挖深度31.7m。围护结构采用1.2m 厚地下连续墙，采用十字钢板接头，墙深50.5～53.5m。基坑剖面图如图1 所示。

图1 2# 大小盾构转换段基坑剖面图

1.2 周边环境情况

1.2.1周边环境

2# 大小盾构转换段位于崇明区长兴岛的新开河附近，上海长江大桥东侧，附近为上海机施天然气过江隧道项目。转换段周边均为农田。转换段南侧为北环河，河道蓝线宽50m。长兴岛内工程沿线河网密集，河流纵横，排泄畅通。2#大小盾构转换段南侧30m 有1 条新开河1，河宽约20m；北侧有1 条新开河2，河宽约17m；西侧有一条小明浜，河宽约3m。勘察期间测得水面标高在2.31m 左右，河底标高一般在0.51～1.51m 左右，水深在0.7～1.8m 左右。环境总平图如图2 所示。

图2 环境总平图

1.2.2工程、水文地质条件

场地地基土在85.29m 深度范围内均为第四纪松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉土和粉砂组成，具有成层分布特点。本工程连续墙槽段浅层涉及的不利土层主要为：②3-1t灰色砂质粉土与淤泥质黏土互层，土层分布为地下1.3～3.2m；②3-1灰色砂质粉土，土层分布为地下3.2～10.6m；②3-3灰色砂质粉土，土层分布为地下10.6～14.2m；②3-4灰色砂质粉土，土层分布为地下14.2～15.7m。土层渗透系数如表1 所示。

表1 土层渗透系数表

2 工程难点

②3层土层为本工程主要的潜水含水层，平均水位埋深为1.50m，该土层总厚度大，渗透性好，水量丰富补给较快且受气候、降水影响，入江海口处受潮汐涨落影响较大。在该土层的影响下，现场试挖导墙沟槽后，1 小时内即出现积水和边坡大面积坍塌问题，导墙沟槽稳定性如图3 所示。

图3 导墙沟槽稳定性

同时粉土、砂土在水动力作用下，极易产生透水、涌水、流砂等现象，对地下连续墙槽段的稳定性存在不利影响，容易出现缩孔、坍方现象，从而影响地下连续墙的施工质量。

3 针对性施工技术

为确保地下连续墙施工质量，防止槽壁坍塌、缩孔，需采取措施确保成槽质量。若采用常规的三轴搅拌桩槽壁加固，周边环境影响小、效果佳，但造价高、工期长。本工程结合自身条件情况采用喷射井点预降水、控制泥浆性能指标等措施，确保地下连续墙施工质量。

3.1 喷射井点预降水

3.1.1设计思路

通过短期降水及时疏通成槽范围内土层地下水，形成地下水位面与槽段内泥浆液面的水头高差，加速泥浆渗透和泥皮形成，同时通过降低粉砂性土内的地下水使土体产生固结，以提高土体强度和稳定性，防止成槽面土体失稳，本工程选用在砂性土层中地下墙预降水常用的喷射井点降水方法。

3.1.2喷射井点设计及布置

喷射井点预降水施工分为导墙施工和成槽施工阶段。考虑成槽机及其他机械设备行走路线，且喷射井点施工期间基坑未完全封闭，两阶段井点布设以坑内为主，坑外预留备用井点位置。两阶段井点钻孔直径均为300mm，喷射井点平面布置如图4 所示。

图4 喷射井点平面布置图

①第一阶段施工。导墙施工时，井点沿导墙外边线1.8m，每隔5m 布设一口，钻孔深度9m，井点深度8.5m，滤管布置于②3-1t灰色砂质粉土与淤泥质黏土互层及②3-1灰色砂质粉土层中，滤管长6m，如图5 所示。

图5 9m 喷射井点结构图

导墙沟槽开挖前，提前开启施工导墙范围内喷射井点，将潜水水位降深至导墙底以下1m 位置后进行导墙施工，施工完成后停止降水拔除井点管。

②第二阶段施工。

地下连续墙施工期间，井点沿地下连续墙外边线2m，每幅地下连续墙布设一口，钻孔深度14m，井点深度13m，滤管布置于土层渗透系数最大的②3-1灰色砂质粉土和②3-3灰色砂质粉土层中，滤管长6m，如图6 所示。

图6 14m 喷射井点结构图

成槽前，提前3 天同时开启槽段对应的1 口及相邻2 口喷射井点。以②3层含水层初始层压水头埋深1.5m 计算，同时开启槽段范围内3 口喷射井点，槽段处最大水位降深为10.00m，可以满足槽段开挖要求，同时槽段周边10～15m 范围内水位降深约为5.00～6.00m。

3.1.3降水运行效果

①经过喷射井点预降水后，导墙沟槽开挖完成后沟槽两侧土体稳定，未出现塌方现象。如图7 所示。

图7 喷射井点降水后导墙沟槽照片

②地下连续墙成槽前3 天开启对应槽段范围内3 口喷射井点，槽段外10m 范围内水位降水约5m 及潜水水位在地面以下6.5m 左右，降水s-t 曲线如图8 所示。

图8 喷射井点降水s-t 曲线

3.2 控制泥浆性能指标

3.2.1泥浆配置

①膨润土。为解决常规泥浆在地下连续墙施工中，护壁性能、携渣能力、稳定性、回收处理等性能不足，本工程采用复合钠基膨润土泥浆。

②施工用水。根据水质监测报告，场地潜水水样 的pH 为6～7，盐离子含 量 为1700～1800ppm，硬度（钙离子含量）＞425ppm。现场自来水水样的pH 为7，盐离子含量为200～220ppm，硬度（钙离子含量）为50～90ppm。场地潜水含盐量约为自来水的8.5～9 倍，井水中的钙离子含量约为自来水的5～9 倍。

现场采用潜水配制的泥浆，膨润土无法水化膨胀，存在明显的浆水分离现象，无法作为新鲜泥浆使用，故本工程选用自来水配合复合钠基膨润土配置泥浆。

③泥浆拌制。膨润土采用专业拌浆桶进行搅拌，配浆采用自来水进行拌制，根据实际试配结果按需加入纯碱使配置泥浆泥浆pH 值控制在8～9，已达到最佳配浆效果。每次膨润土进场，进行试配，将拌制好的新浆静止8 个小时后进行检测，检测合格后投入使用。

3.2.2泥浆性能指标及配合比

①泥浆的各项性能指标。本工程地下连续墙施工泥浆的各项指标见表2。

表2 泥浆性能指标表

②新鲜泥浆试拌配合比。根据表2 的性能指标要求，新鲜泥浆试拌配合比见表3。

表3 泥浆配合比指标表

如按试拌配合比所拌制的泥浆不满足要求，重新调整配合比，直至满足后方可用于施工。

4 实施效果

4.1 试验槽段

为验证成槽预降水和泥浆的效果，避免因坍方影响成槽效率及地下连续墙施工质量，选取基坑标准段编号WW-17，接头形式为十字钢板，墙身50.5m 地下连续墙进行试成槽。

试成槽前3 天开启周边三口喷射井点预降水，将槽段四周水位降低至地面下4～6m。

试成槽时的入槽泥浆选择自来水配置的钠基膨润土泥浆，泥浆比重为1.06，粘度为35″，pH=8。试成槽过程中实测泥浆指标变化情况见表4 所示。

表4 实测槽段内泥浆指标

由表4 中数据可得，试成槽过程中，在地面至地面以下18m 范围内受粉砂性土层和潜水的影响，比泥浆重及含砂率明显增大，粘度及pH 值降低；随着成槽深度的增加，比重及含砂率明显下降；静置24h 后，槽段内泥浆各项指标均满足成槽泥浆控制指标。根据试成槽和静置期间槽段泥浆的指标变化，浅层粉砂性土和潜水水质对泥浆的影响处于可控范围。

根据槽段超声波检测显示，成槽完及槽段静置24h 后均未发现槽段塌方现象，如图9～图10 所示。

图9 成槽完成后超声波检测记录

图10 静置24h 后超声波检测记录

4.2 后继槽段

试验槽段施工完成后，后继槽段采用相同的预降水措施及泥浆配置，地下连续墙成槽超声波检测显示，槽壁相对稳定，未出现塌方、缩孔等现象。混凝土充盈系数平均为1.05，符合设计及规范要求。基坑开挖后，地下连续墙表面平整无鼓包且未出现渗漏水现象。

根据成槽期间的超声波检测结果及基坑开挖后地下连续墙表面质量情况表明，采用的喷射井点预降水及复合钠基膨润土泥浆护壁技术措施，可有效确保地下连续墙施工期间槽段的稳定性。

5 结论

在上海轨道交通崇明线工程2#大小盾构转换段针对地下水位高、浅层粉砂性土较厚的地下连续墙施工过程中，通过喷射井点预降水、控制泥浆性能指标等措施可增加槽壁稳定性，减少地下连续墙塌方，达到提高地下连续墙施工质量的目的，并有良好的经济效益。该技术对在类似周边环境、土层中的地下连续墙施工起到一定的借鉴作用。