地下連續墻工法在某深基坑工程中的應用

張艷芬,莫海軍

(1.廣東科學技術職業學院建筑工程學院，廣東珠海 519090； 2.中德工程有限公司，澳門 )

地下連續墻工法起源歐洲，1920年Augst Wolfholz提出理論啟蒙，1951年意大利ICOS發展為具體實用工法，隨后陸續推廣到歐洲各國及南美、加拿大、日本、美國、中國等地，至今已有相當成熟的經驗。澳門城區是世界上人口最稠密的地區之一，當地建筑多緊貼用地紅線設置地下車庫，為減小深基坑開挖對周邊建筑及市政設施的影響，基坑支護設計及施工尤為重要，而地下連續墻作為當前主流深基坑開挖擋土結構，較好地解決了以上問題。

澳門某綜合大樓工程設計采用地下連續墻及半逆作法方案，地下連續墻由臺灣專業公司承建。在其施工過程中，單元分倉采用剛性連接而取消鎖口管，泥漿護壁采用高分子聚合穩定液替代膨潤土泥漿。本文詳細介紹了相關工法，以供同類型工程參考。

1 工程設計及施工概況

綜合大樓工程位于澳門下環街地段，地下三層，占地面積約2 500 m2，場地南北長90 m，東西寬35 m，呈木瓜形狀。地面標高+2.5～3.0 m，設計基坑開挖底標高-10.1 m，局部最大開挖深度15.6 m。基坑周邊緊鄰市政主干道李加祿街及貨倉街，四周既有建筑為40年樓齡以上之七層舊建筑，且基礎狀況未知。地下室外墻距路邊市政管線為1.5 m，距離現有建筑4～10 m。根據巖土工程勘察報告，地下水位位于+1.0～1.5 m，主要土層以回填土及強風化花崗巖為主。設計方案采用0.60 m厚地下連續墻擋土，第一道水平支撐采用鋼結構支撐，設置于+2.15m標高，地庫一層及以下各層結構逆作，以樓面結構作為水平支撐。地下室施工期間，要求周邊建筑物傾斜小于1/500，周邊道路沉降小于25 mm。

地下連續墻施工包括施工前準備、輔助工程施工、連續墻單元施工。施工前準備主要進行施工規劃、現場放樣及施工大樣圖報批等；輔助工程施工包括導溝及場地硬化施工、穩定液儲存池施工、棄土坑施工、鋼筋加工場設置等；連續墻單元施工則包括坑槽挖掘、鋼筋籠加工及吊放、水下混凝土澆筑等工序。

2 施工規劃及單元分倉

地下連續墻施工單元按照接頭形式可分為母單元(先作單元，兩端為接頭端板)、公單元(后作單元，兩端為母單元)、公母單元(一端為母單元，一端為接頭端板)三種，每一個施工單元都包括溝槽挖掘、鋼筋籠吊放、混凝土澆筑等完整的施工循環。單元長度及劃分要依據鄰房位置及狀況、地質狀況、挖掘機械及方法、鋼筋籠制作吊裝以及施工流程所需工時等因素來決定。單元分隔過程中應考慮開挖機械刀法的經濟性原則，通常母單元長度設定為2～3 m，公單元4～6 m，視工程狀況適當調整，同時注意將單元接頭位置與結構柱位錯開，并避免轉角單元規劃為母單元。本工程共設置母單元23個，公單元23個，公母單元4個，其中轉角單元5個，單元分割圖如圖1所示。

3 輔助工程施工

導溝構筑的好壞將直接影響連續墻施工質量，本工程導溝側壁為200 mm厚鋼筋混凝土結構，深度以不小于2 m或貫入原狀土層0.2～0.5 m為原則，導溝內凈空尺寸為650 mm，比連續墻設計厚度兩側各增加25 mm。在連續墻轉角部位，導溝須配合挖掘機端部形狀設置有突出角，突出部位以0.2～0.3 m為佳，見圖2。導溝墻外側須高于內側50 mm，避免施工過程中穩定液外溢。另外，可在導溝內每隔10～15 m設置100 mm厚度素混凝土隔墻，起到支撐作用，以確保導溝內凈空尺寸及導溝側壁穩定性。

本工程穩定液存儲池采用鋼筋混凝土結構，存儲池設置內隔墻分隔成逐級連通的六個小存儲池，存儲池與導溝之間通過管道連通，含有泥沙的穩定液通過挖掘機械泵回存儲池，泥沙在存儲池逐級沉淀過濾后，通過管道自流進入導溝，使之形成一個完整的水循環系統。

4 溝槽挖掘及開挖刀法

根據場地土特征，本工程施工采用CASAGRANDE-K3L雙輪銑及MASAGO抓斗配合開槽。單元分割完成后，繼而進行挖掘下刀位置及順序安排。一刀尺寸以抓斗兩端圓弧以內直線段距離為機械有效長度(2.5 m)，抓斗端部圓弧部分(0.1 m)稱為稱為無效長度，刀法分割以有效長度為計算標準。以下為兩種典型區段的挖掘刀法。

圖1 地下連續墻單元分割

圖2 轉角部位導溝設置

4.1 直線單元挖掘

直線單元挖掘通常由母單元及公單元交錯進行。母單元開挖一般設置三刀，第一刀和第二刀為滿刀，第三刀為銑刀；公單元開挖一般設置一至兩銑刀，如圖3所示。開挖時應密切注意機械之穩定平衡狀態，尤其是銑刀時端部為已挖掘部分，須平衡分配動力，嚴格控制其垂直精度，避免側向傾斜。

圖3 典型直線單元挖掘刀法(單位:mm)

圖4 轉角公母單元挖掘刀法(單位:mm)

4.2 轉角單元挖掘

轉角位置可設置公母單元或公單元。若設置為公母單元，則其一側為母單元，已完成挖掘及混凝土澆筑等相關工序，另一側溝槽挖掘第一刀為滿刀，第二刀為銑刀；若設置為公單元，則轉角兩側全為母單元，已完成挖掘，通常按公單元長度進行一至兩銑刀挖掘即可。如圖4所示。

5 超泥漿穩定液護壁

為防止溝壁坍塌，抵抗土壓及地下水壓力，防止地下水滲出，溝槽內須以穩定液填充，本工程采用超泥漿穩定液(SuperPro PAA)，施工包裝有桶裝(高濃縮乳液)或袋裝(粉末)兩種。超泥漿穩定液主要成分為分子量巨大的高分子聚合物聚丙烯酰胺，在與水分子結合后產生膨脹并提高水的粘滯度，在挖掘面形成一層富有韌性的膠合薄膜，將土壤顆粒縱橫膠結，起到防止開挖面坍塌、穩定溝槽的效果。

5.1 超泥漿穩定液的優點

與傳統的膨潤土相比，超泥漿穩定液具有較多優點：易于拌和，即拌即用，易于貯存；具潤滑性，可減少機具磨擦，降低旋轉的扭轉力、磨擦力及黏附性，能提高機械鉆掘速度及工作效率；分子結構帶強陰性離子，將與土壤顆粒表面的陽離子吸附，包裹土壤顆粒，使之不易水解并凝聚變大，加快懸浮泥沙顆粒沉淀速度；槽底易于清理干凈，基底沉泥少，有效減少甚至消除沉泥現象；深水取樣含沙量小，澆筑混凝土不易產生包泥現象；鋼筋上無殘留泥漿及穩定液，不影響混凝土與鋼筋之間的握裹力；多次使用無劣化現象，理論上可無限循環使用；無毒無污染，生態環保，廢棄物簡單處理即可直接排入下水管網，施工成本低。

5.2 超泥漿穩定液制備及質量控制

拌和水質中重金屬含量將影響超泥漿使用功效，使用自來水拌和即可滿足要求。若使用地下水，則要求重金屬離子含量不超過0.04 %，酸堿度介于pH 8～pH 12之間。拌和時可將超泥漿穩定液(或粉末)緩慢倒入噴射式拌和管或者流速強的水流中即可。

使用超泥漿穩定液SuperPro PAA施工時，現場需配合之檢驗項目有下列四項：

(1)黏滯度：使用馬氏漏斗器(Marsh Funnel)檢驗，建議粘滯度不小于32 s，其中黏土32～36 s，細砂34～40 s，粗砂40～50 s，礫石50 s以上。

(2)相對體積質量：使用泥漿比重器(Mud Balance)檢驗，正常值為1.03±0.01。

(3)含砂量：使用含砂量測定器(Sand-Content Set)檢驗，含沙量不大于1 %。

(4)酸堿值：使用石蕊試紙或酸堿值電測表檢驗。

由于超泥漿穩定液SuperPro PAA在挖掘過程中易遭地下重金屬以及混凝土中的所含鈣離子之污染，而影響超泥漿穩定液SuperPro PAA的功效，因此循環使用過程中，回收液須以純堿處理，使重金屬含量降低，使硬水變成軟水，以恢復其最佳水質狀態。同時，必須維持酸堿值于pH 8～pH 12，以利超泥漿發揮最大活性。

5.3 超泥漿穩定液的廢棄處理

超泥漿穩定液SuperPro PAA廢棄處理時，可先用漂白劑，借著將酰酸氧化，使聚合物羧基產生反應而破壞其結構。2 h后再摻入硫酸鋁(明礬)，使穩定液酸堿度值降低至pH 7.0左右，穩定液粘滯度隨之消失，靜置2 h沉砂將沉淀至貯存槽底，水質澄清后便可直接排入下水道中，或用于場地灑水除塵等，不會造成第二次的環境污染。

6 連續墻接頭處理

本工程地下連續墻采用端板式接頭，端板采用5 mm厚鋼板壓制成形，并預先開孔以便穿設連續墻水平鋼筋。另外端板上滿焊附著兩條L50×5止水角鋼，可有效增強連續墻單元接頭抗滲性能。

施工過程中，前一單元的接頭總會因為相鄰單元開挖空置時間過久而附著泥屑，或者澆注混凝土時泥漿流入、產生水泥土膠體，或者接頭鋼筋附著淤泥，致使鋼筋握裹力不足降低接頭強度，因此施工時須重點對端板及接頭鋼筋進行清理。清理設備采用箱型鋼及扁鐵，箱型鋼厚度0.25 m，寬度1.0 m，長度8 m，三面設置鋼刷；扁鐵厚度45 mm，其中一側設置鋼刷。接頭清洗先以吊車吊運箱型鋼沖擊端板處的大型泥塊或泄漏的水泥漿體，再以箱型鋼另一側的鋼刷清理端板上附著的泥垢；端板處連續墻內外層狹小空間則先以扁鐵進行進行沖擊，再以扁鐵側的鋼刷進行清理。

7 施工檢測

7.1 基槽檢測

地下連續墻基槽開挖過程中須以超聲波測定槽壁精度及坍塌情況，檢測設備采用日本Koden-604檢測儀。各單元隨挖掘深度中途檢測1～2次，根據測試結果隨時修正機械垂直精度及穩定液配比，以保證溝槽側壁精準及減少坍塌發生。溝槽挖掘完成后進行最終檢測，檢測結果如圖5所示。若檢測結果出現較為嚴重的坍方情況，須在混凝土澆筑時采取預備措施，以減少后期處理難度。

圖5 基槽檢測結果

7.2 混凝土質量檢測

為檢測地下連續墻混凝土澆筑質量，除了留置常規的混凝土試塊以檢測其抗壓強度和抗滲性能外，還須檢測水下混凝土密實度與連續性，施工中常利用超聲波檢測(CSL)。在制作鋼筋籠時預先埋設鋼質聲測管，聲測管直徑50 mm，管中間距1 m，底部距槽底300 mm左右即可，并以薄鐵皮封底，連續墻內外側各布置一排。超聲波檢測時聲波發射端和接收端探頭分別插入對角布置的檢測管內，記錄聲波的接收和反彈信號，從而了解混凝土內部狀況。若發現混凝土夾渣、斷層等疑似缺陷，則可通過鉆孔取芯進一步驗證處理。

另外，連續墻內每2 m間距布置φ100 mm鋼管，用于連續墻底界面取芯，檢測連續墻底部混凝土質量以及界面沉渣狀況，若出現較厚沉渣通常采用高壓注漿進行補強處理。

8 結束語

本工程共施工地下連續墻50個單元，單元深度18～30 m不等。施工中采用超泥漿穩定液替代膨潤土泥漿護壁，采用鋼板剛性連接替代鎖口管連接，經超聲波檢測驗證基槽壁塌方較少，水下混凝土澆筑質量好，施工單元接頭滲漏極少。地下連續墻總體施工效果良好，環保高效且施工成本低，值得在同類型工程中推廣。