拋石擠淤地質(zhì)條件地下連續(xù)墻成槽施工技術(shù)

鐘志全，喻暢英

(中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401320)

拋石擠淤施工方便、快捷，適用于大規(guī)模機(jī)械化施工，在沿海地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。拋石擠淤法是指在較厚的淤泥及淤泥質(zhì)土層中拋入較大的片石、塊石，將淤泥擠出的一種強(qiáng)迫換土方式。

拋石被擠入淤泥后，形成離散性較大、流塑性高、厚度不均勻的殘留淤泥層。地下連續(xù)墻在拋石擠淤地層中成槽施工容易發(fā)生局部坍塌、卡錘及偏孔現(xiàn)象，導(dǎo)致施工進(jìn)度滯后，地下連續(xù)墻施工難度大。本文通過(guò)工程案例分析了地下連續(xù)墻在拋石層和淤泥層中成槽存在的問(wèn)題，并提出了采取槽壁加固、改良護(hù)壁泥漿參數(shù)及成槽機(jī)械設(shè)備等技術(shù)措施，降低了槽壁局部坍塌、卡錘、偏孔的施工風(fēng)險(xiǎn)，保證了地下連續(xù)墻成槽施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

1 工程概況

深圳地鐵某車站總長(zhǎng)為157.5m，總建筑面積10720.24m2。標(biāo)準(zhǔn)段線間距14.2m，中心里程處車站頂板覆土厚度約2.93m。主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻和地連墻形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用明挖順做法施工。主體結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)方案主要采用800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式，連續(xù)墻嵌固深度不少于10m，標(biāo)準(zhǔn)墻幅按6m寬分幅，共分94幅墻施工，接頭均采用工字型鋼。

根據(jù)鉆探資料，本工程站址位于拋石擠淤填海區(qū)，回填成分主要為塊石、碎石及填土，本工程地下連續(xù)墻施工范圍內(nèi)的土層從上至下主要包括：①素填土＜1-1＞；②填碎石＜1-3＞；③海相沉積淤泥（質(zhì)）土層＜2-1＞；④黏性土層＜5-2＞；⑤花崗巖殘積層（＜6-1＞、＜6-2＞）。其中淤泥（質(zhì)）土層中揭露層厚0.70～4.30m，平均厚度2.37m；拋石層平均厚度為5.13m，主要由粗粒花崗巖質(zhì)碎石組成，其余為塊石、角礫及粘性土充填。

2 成槽存在的問(wèn)題

根據(jù)我單位在拋石填海區(qū)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，地下連續(xù)墻成槽施工存在以下問(wèn)題。

2.1 偏孔、卡錘

卡錘和偏孔會(huì)降低地下連續(xù)墻成槽施工效率，導(dǎo)致施工進(jìn)度滯后。

鉆錘在沖擊過(guò)程中產(chǎn)生偏孔的主要原因是由于槽內(nèi)拋石層傾斜，端面受力不均而引起錘體向受力較小一側(cè)滑移，且隨著沖擊作業(yè)進(jìn)行，側(cè)滑逐漸增大，造成槽內(nèi)拋石層突出一側(cè)欠沖而軟土一側(cè)則超沖，影響成槽垂直度，產(chǎn)生偏孔。

產(chǎn)生卡錘的原因主要是鉆錘在拋石層下落或拉起的過(guò)程中，被探頭石或者回填石塊卡在樁孔某一位置處，造成卡錘。

2.2 槽壁坍塌

在淤泥層中地下連續(xù)墻成槽產(chǎn)生坍孔的原因主要有：①淤泥地層厚度不均勻，物理性質(zhì)離散型較大、強(qiáng)度較低、壓縮性較高，成槽過(guò)程中易對(duì)周邊范圍內(nèi)淤泥地層產(chǎn)生擾動(dòng)，造成地下連續(xù)墻槽壁及周邊淤泥地層整體滑移；②沖孔樁機(jī)在沖擊成槽時(shí)，對(duì)槽壁外側(cè)土層產(chǎn)生擾動(dòng)，泥漿滲入到淤泥等軟土地層中，從而不能形成凝膠，導(dǎo)致護(hù)壁泥漿大量流失，造成槽段內(nèi)泥漿液面迅速下降，泥漿在槽壁面上無(wú)法有效形成泥皮，導(dǎo)致槽壁局部坍塌。

3 解決措施

3.1 拋石擠淤地層處理原則

1）地面以下5m范圍內(nèi)的拋石層，采用素土或者水泥土直接對(duì)拋石層進(jìn)行換填處理。按1∶2的坡率放坡刨除拋石，護(hù)坡坡面采用?8@200×200掛網(wǎng)噴漿。清除拋石后用水泥土回填，回填施工時(shí)分層回填碾壓，每層回填厚度20～30cm，用壓路機(jī)碾壓，7天后再進(jìn)行成槽施工，換填施工后變拋石層為常規(guī)地層，降低了拋石層的厚度，有利于成槽機(jī)快速、高質(zhì)量成槽。

2）地下5m范圍以下的拋石層，換填施工難度增大，故采用沖孔樁機(jī)先破除拋石層，再用成槽機(jī)成槽施工；對(duì)于淤泥層殘留較厚的區(qū)域，除上述措施之外，首先需要對(duì)施工范圍內(nèi)的淤泥層進(jìn)行預(yù)加固處理，提高槽壁穩(wěn)定性，然后再進(jìn)行成槽施工。

3.2 槽壁加固

本工程淤泥及淤泥質(zhì)土層最厚達(dá)到4.3m，為了預(yù)防在淤泥地層成槽過(guò)程中槽壁局部坍塌，在成槽施工前，采用雙重管高壓旋噴樁對(duì)槽壁兩側(cè)淤泥及淤泥質(zhì)土進(jìn)行預(yù)加固。沿地下連續(xù)墻內(nèi)外兩側(cè)各布置1排雙重管高壓旋噴樁，高壓旋噴樁樁徑為0.6m，樁中心間距為0.5m，搭接長(zhǎng)度為0.1m，樁深為12m，高壓旋噴樁布置示意見(jiàn)圖1。

在加固前，淤泥層呈暗灰色，流塑狀態(tài)，強(qiáng)度較低；加固后土體呈淺棕色，硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高。這是由于在高壓旋噴樁施工過(guò)程中，當(dāng)雙重注漿管鉆至預(yù)定深度后，通過(guò)在管底部側(cè)面的一個(gè)同軸雙重噴嘴，同時(shí)噴射出高壓水泥漿液和空氣兩種介質(zhì)的噴射流沖擊破壞土體，在不斷噴射和提升過(guò)程中，漿液和淤泥質(zhì)土混合形成強(qiáng)度大、壓縮性小的圓柱形固結(jié)體，使加固樁體與土體共同承受側(cè)向土壓力、水壓力，從而提高淤泥層的抗剪強(qiáng)度。

采用高壓旋噴樁對(duì)地下連續(xù)墻兩側(cè)土體進(jìn)行加固，能顯著提高槽壁穩(wěn)定性，降低槽壁局部坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 高壓旋噴樁布置示意圖

3.3 護(hù)壁泥漿的改良

在地下連續(xù)墻施工過(guò)程中，護(hù)壁泥漿需具備物理及化學(xué)穩(wěn)定性、合適的流動(dòng)性、良好的泥皮形成能力以及適當(dāng)?shù)谋戎亍?/p>

膨潤(rùn)土泥漿有兩個(gè)作用：首先，可以懸浮部分土顆粒，減少槽段底部的沉渣；其次，當(dāng)泥漿液面高于地下水位，泥漿在內(nèi)外壓力差的作用下可向槽壁周圍土體內(nèi)滲入，土顆粒間的孔隙被填充封堵后，很快就可以在槽壁上形成一層類似于不透水薄膜的泥皮，以保證泥漿的靜液壓力能夠作用在槽壁上，抵抗槽壁周圍土體的土壓力和水壓力，從而保證成槽施工中槽壁的穩(wěn)定性。

為增強(qiáng)泥漿護(hù)壁效果，適當(dāng)添加參合物，減少自由水的失水滲透，促使槽壁固土防塌。參合物主要包括羧甲基纖維素(CMC)和燒堿（Na2CO3），分別起增大泥漿粘度和加強(qiáng)膨潤(rùn)土顆粒表面吸附的負(fù)電荷的作用。膨潤(rùn)土造漿配比見(jiàn)表1。

表1 膨潤(rùn)土造漿配比表(占水的百分比)

在地下連續(xù)墻成槽過(guò)程中，為防止泥漿漏失，需適當(dāng)提高泥漿比重，提高泥漿比重能減少泥漿的濾失量，提高泥漿護(hù)壁效果。施工過(guò)程中應(yīng)定期檢查并測(cè)試泥漿指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整護(hù)壁泥漿的密度、粘度、含砂率和pH值等參數(shù)，每?jī)尚r(shí)測(cè)定一次，同時(shí)嚴(yán)格控制泥漿的液面高度，保證泥漿液位在地下水位0.5m以上，并不低于導(dǎo)墻頂面以下0.3m，液位下落應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿，始終維持穩(wěn)定槽段所必需的液位高度，保證形成的泥皮薄而密實(shí)，起到固定槽壁的作用。

使用復(fù)合納基膨潤(rùn)土泥漿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鈣基膨潤(rùn)土泥漿，能增大泥漿的保水性和流變性，提高漿液的粘度；增大泥漿的分散性及膠凝強(qiáng)度，提高泥漿重度；保證泥漿在靜止時(shí)，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，可有效懸浮鉆屑，支撐槽壁。復(fù)合納基膨潤(rùn)土泥漿的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 復(fù)合納基膨潤(rùn)土泥漿的主要性能指標(biāo)

3.4 成槽設(shè)備的改進(jìn)

為了防止地下連續(xù)墻在成槽過(guò)程中產(chǎn)生卡錘和偏孔，借鑒以往的施工經(jīng)驗(yàn)，將傳統(tǒng)的圓形重錘改良成為矩形沖擊錘，有效解決了圓形沖擊錘的死角問(wèn)題，且矩形沖擊錘在沖槽時(shí)能有效貼合槽壁，保證沖擊過(guò)程中的垂直度，防止沖擊錘側(cè)滑，降低了卡錘、偏孔的施工風(fēng)險(xiǎn)。由于本項(xiàng)目拋石層厚度為0.50～10.40m，平均厚度為5.13m，施工中沖擊錘無(wú)法一次性沖破拋石層，故采用改良后的矩形沖擊錘分兩次或兩次以上沖擊成槽，采用多次錘擊，多次清渣的方式直至穿過(guò)拋石層。通過(guò)改良后的設(shè)備成槽，降低了成槽施工中卡錘、偏孔現(xiàn)象，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，提高了施工質(zhì)量。矩形沖擊錘見(jiàn)圖2。

圖2 矩形沖擊錘示意圖

4 總 結(jié)

本文以成功完成的深圳地鐵某車站實(shí)例為背景，介紹了拋石擠淤地層的形成機(jī)理，并分析了在拋石擠淤地層中地下連續(xù)墻成槽存在的問(wèn)題，最后總結(jié)出在該地層中成槽施工的技術(shù)措施，通過(guò)采用槽壁加固、護(hù)壁泥漿改良、“換填+改良矩形沖擊錘直接沖擊拋石層+成槽機(jī)成槽”等方法，極大增強(qiáng)了地下連續(xù)墻槽壁的穩(wěn)定性，有效降低了地下連續(xù)墻成槽施工過(guò)程中局部坍塌、卡錘、偏孔等風(fēng)險(xiǎn)，施工過(guò)程中安全、質(zhì)量和進(jìn)度均得到了有效保證，對(duì)在類似地層的工程施工有較為積極的借鑒意義。