卵石及砂巖地質條件下的地下連續墻施工*

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

0 引言

隨著我國城市建設由東向西逐步推進，西北地區超深超大基坑工程必將越來越多，而選用一種安全可靠的圍護結構，是深基坑工程成功的關鍵。地下連續墻圍護結構以其地質適應性廣、墻體剛度大和整體性好、施工對周邊環境影響小、基坑開挖過程安全性高，以及可作為地下結構外墻等特點被深基坑工程普遍采用。本文以蘭州鴻運·金茂項目一期深基坑工程地下連續墻施工實例為背景，探討了地下連續墻施工工藝在西北地區典型地質條件（卵石及砂巖）下實施的諸多問題[1-2]。

1 工程概況

蘭州鴻運·金茂項目一期工程位于甘肅省蘭州市慶陽路2號，東方紅廣場東口，是市中心繁華地帶，周邊鄰近城市主干道和多幢民宅建筑，道路下有多條市政管線，周邊環境保護要求較高。工程±0.00 m相當于絕對高程+1 516.30 m。基坑面積約為20 100 m2，基坑周長558 m，地下4層，A、B塔樓區域開挖深度分別為23.60 m和22.40 m，裙樓區域開挖深度為21.60 m，是整個西北地區最深的基坑。

本工程基坑開挖階段圍護結構采用地下連續墻，合計97幅。地下連續墻墻厚均為800 mm，槽段深度31.60～33.60 m，各槽段之間設置圓形鎖口管柔性接頭，混凝土強度等級為水下C35。地下連續墻嵌入基底以下砂巖層中不小于10 m。

2 工程地質水文特性

本工程淺部有③層卵石層，層頂埋深較淺（揭露表層填土2.00～5.60 m后即為卵石層），層厚1.80～10.60 m，且粒徑較大卵石普遍存在（卵石粒徑多為2～8 cm，少量卵石粒徑可達10 cm以上，個別為粒徑大于20 cm的漂石）；地下連續墻墻趾坐落于④層砂巖層，該層具有“遇水軟化、擾動后強度降低，特別是有水情況下擾動后強度急劇降低”的特征。工程地下水埋深較淺，上層滯水水位為地表以下0.50～2.50 m，且無統一穩定的水位面；地下孔隙潛水水位在地表以下3.20～4.30 m，且該類含水層滲透性好，水量大。

3 施工難點分析

3.1 卵石層中硬度大，成槽易偏斜，且易漏漿

本工程場地巖土組成主要為上部卵石層及下部砂巖層。卵石層厚度1.80～10.60 m，且粒徑較大卵石普遍存在；砂巖層的顆粒排列緊密，呈密實狀，在未擾動的情況下巖體強度較高；同時，卵石層中骨架間充填物不均勻，卵石顆粒間細顆粒充填物普遍缺失，易導致成槽設備抓斗在該層中產生偏斜。且顆粒間隙大，含土量少，滲透系數大，易導致泥漿流失，從而導致槽壁失穩塌方。

3.2 地下水豐富，形成側向徑流

卵石層富含孔隙性潛水，水位埋深較淺（地下水位位于地表下3.20～4.30 m），土層滲透性好（滲透系數k平均為27.00 m/d）。卵石層地下水主要受上游和高階地潛水和河水補給，以側向徑流為主，并向下游排泄，水流形成類似暗河，水量較大。地下水位過高易導致地下連續墻成槽階段泥漿液面與地下水位面差值偏小，從而直接影響護壁泥漿的有效作用力（泥漿柱壓力）的大小，使泥漿滲透緩慢，影響泥皮形成，不利于槽壁穩定[3-4]。

3.3 ④層砂巖層地質特殊，槽壁易失穩

因地下連續墻墻趾坐落于④層砂巖層，為減少槽段內泥水滲流對砂巖層的影響，對槽段內的泥漿配比要求高。

3.4 砂巖層基底沉渣大

成槽完成后，對基底的清理工作很關鍵，除了成槽完成后及時下放鋼筋籠和澆筑混凝土外，如何從源頭上減少槽底的沉渣，也是一項難題。

4 施工關鍵技術

4.1 導墻設計與施工

導墻設計及施工時，為減少卵石層中易頸縮的影響，阻擋表層滯水通過卵石層滲入槽段中，設計將導墻寬度放寬5～6 cm，深度適當加深（圖1）。

圖1 導墻示意

4.2 成槽施工

綜合考慮工程地質水文特性、整體工期要求及類似工程的施工經驗，選用重型抓斗成槽機，成槽機須具備以下優點。

1）施工效率高：抓斗閉合力大，提升速度快；

2）成槽的垂直性好：可配糾偏裝置，x與y2個方向都能自動糾偏；

3）先進的電子測量系統：對其深度及位置方向可精確到0.01°；

4）安全可靠的保護系統：抓斗的提升和下放均有安全保護裝置。

控制成槽機的成槽速度，卵石中的速度應低于紅砂巖中的成槽速度，在卵石層中的掘進速度為1.00～1.20 m/h，在砂巖層中的掘進速度為1.70～1.90 m/h。

通過電子糾偏系統將槽段偏斜方向和角度值直接反映在駕駛室的電腦屏幕上，成槽機司機第一時間調整糾偏油缸，避免槽壁向坑內或坑外偏斜。

4.3 泥漿性能優化

紅砂巖卵石層中，顆粒間隙大，且含土量少，滲透系數大，易導致泥漿漏失，從而導致槽壁失穩塌方。且由于本工程地下水位高，影響護壁泥漿的有效作用力的大小，使泥漿滲透緩慢，影響泥皮形成，不利于槽壁穩定。故選用密度小、黏度小、失水量小、能形成薄而韌性強的護壁泥皮的優質泥漿，從而使泥漿的靜水壓力有效地作用于槽壁上，防止槽壁剝落，確保槽段在成槽機械反復上下運動過程中保持土壁穩定[5-7]。

確定成槽時，為滿足護壁要求，槽內泥漿應達到以下性能指標（表1）。

表1 泥漿性能指標參數

泥漿應存放24 h以上，使膨潤土充分水化后方可使用。在泥漿輸入過程中，嚴格控制泥漿的液位，保證泥漿液位在導墻頂面以下0.50 m處，液位下落時要及時補漿，以防塌方。

4.4 槽底沉渣控制

由于本工程土體含砂量大，為確保護壁效果及混凝土質量，也為能將泥漿高效利用，應對槽段被置換后的泥漿進行除砂處理，同時進行測試，直至各項指標符合要求后使用。

配備專用泥漿除砂設備來改善循環泥漿的質量，增強泥漿的攜砂能力，減小槽底沉渣厚度。

每1幅地下連續墻挖至高于設計槽深0.50～1.00 m位置時暫停成槽，并于鋼筋籠吊起運送至槽口，待下放前采用撩抓法對槽段進行清基，同時挖至設計深度，再立即下放鋼筋籠，并及時下放導管和澆筑混凝土。

4.5 混凝土施工

蘭州地區并無地下連續墻水下混凝土施工的記錄，確定配合比是本工序的重中之重，為改善水下混凝土的和易性，混凝土中宜摻進外加劑，水下混凝土常用的外加劑有減水劑、緩凝劑等，摻進外加劑前，必須經過實驗，以確定外加劑的使用種類、摻進量和摻進程序。當施工設備、運輸方法或運輸距離、施工氣候等條件發生變化時，所要求的混凝土坍落度也隨之改變。為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用水量根據實際情況做適當調整（一般保持水灰比不變）。

蘭州地區地下水的腐蝕性較大，混凝土配合比中還應添加防腐阻銹劑及緩凝減水劑。

4.6 槽底注漿

由于注漿管底為砂層，細顆粒較多容易堵塞管子，故注漿管采用白鐵管，連接采用外套式內螺紋接頭，頂端采用外套式內螺紋堵頭，連接過程中需密切注意接頭的密封性，注漿管的下端比實際槽深深0.20～0.50 m，混凝土終凝后及時進行清水開塞劈通。

注漿時采用注漿壓力及水泥用量雙重控制標準：由于基底巖層硬度大，注漿壓力需適度增加，控制在4 MPa以內，每根注漿管的水泥用量為2.50 t[8-10]。

5 實施效果

根據地下連續墻超聲波測壁儀所測的槽壁垂直度數據匯總，全部97幅槽段槽壁垂直度均滿足設計1/400的要求，平均沉渣厚度為90 mm，充盈系數總體在1.03左右，從側面印證了在成槽施工的過程中基本沒有出現坍塌現象；通過超聲波透射檢測和現場取芯表明，受檢地下連續墻墻身未發現缺陷，澆筑質量較好，其混凝土強度等級均滿足C35設計要求。基坑開挖后地下連續墻成槽質量良好，墻面平整（圖2）。

圖2 基坑開挖后地下連續墻狀況

6 結語

西北地區地質條件與東部沿海軟土地基有著顯著差異，在典型的卵石和砂巖層的特殊地質條件下，地下連續墻施工首先應充分考慮各項因素來選用合適的成槽設備；其次，至關重要的一個環節為通過配比試驗來調控泥漿性能，完善泥漿工藝，確保成槽過程中槽壁的穩定性；同時，通過除砂技術的運用，提高泥漿的利用率，減少槽底沉渣；另外，需要選用合適的水下混凝土。

本次蘭州鴻運·金茂項目一期工程為西北地區基坑工程首次采用地下連續墻施工工藝，對今后西北地區類似工程的策劃和施工起到了積極的借鑒作用，具有開拓性的意義。