論超厚卵石地層地下連續墻成槽關鍵技術

吳曉雷

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，濟南250002）

1 引言

20世紀80年代初期，我國開始引入地下連續墻施工工藝。地下連續墻施工工藝具有十分良好的防水性能，剛度較強，且具備較高的施工機械化程度，不需要高強度勞動。在我國深基坑圍護結構中，地下連續墻作為臨時或永久截水墻以及擋土墻有著良好的應用效果[1]。近年來，隨著我國城市建設不斷發展，地下連續墻施工應用范圍逐步擴大，在一些工程地質條件十分復雜的區域，地下連續墻施工技術也開始逐漸被應用。本文以實際工程為例，詳細介紹了在超厚卵石地層中地下連續墻成槽的關鍵技術。

2 工程概況

秦望廣場工程地處杭州市富陽區，線路起自富春街道金橋南路與秦望路交叉口，終點位于秦望南路與春江南路交叉口處。工程全長3 070m，隧道全長2 872m，其中，盾構段長1 258m。秦望廣場地下綜合體施工規模約為260m×206m，深度為12.4 m，緊鄰江濱西大道，位于富春江江邊，地下綜合體開發基坑距離富春江約為40m。圍護結構采用43m深800mm厚地下連續墻+高壓旋噴止水。

本項目所處地層基本為淤泥質粉質黏土、粉砂層、圓礫、卵石層及風化巖（見圖1），該層屬強透水地層，滲透系數較大，且本基坑距富春江僅40m，具有承壓性，地下連續墻成槽施工過程中極易發生塌孔現象，槽壁質量也很難控制。通過對地下連續墻成槽過程中各個階段參數進行對比分析，總結出一套系統性成果。

3 影響地下連續墻成槽質量的因素

超厚卵石地層地下連續墻在成槽過程中往往會出現垂直度偏差過大、漏漿、表面平整度差等各種問題，如果不能有效控制成槽質量，不僅會直接導致施工成本增加，同時還會對圍護結構的安全性產生直接影響。而提升地下連續墻成槽質量的主要措施有：選擇合理的成槽方式及成槽機械；對分槽段的長度進行合理劃分；對泥漿性能進行改善。其中，成槽機械的選型和糾偏精度、泥漿護壁以及成槽方法是影響地下連續墻成槽質量的關鍵。

4 成槽機械選型以及糾偏精度

在選擇成槽機械的過程中，應當對以下幾個因素進行綜合考量：機械設備的性能、施工條件、地下連續墻厚度及強度、開挖深度、地層特性[2]。經過各個方面的比對，最終本工程選用徐工XG700E型液壓抓斗成槽機。選擇這個型號設備的原因如下：（1）施工效率較高，該機械有著較大的抓斗閉合力且提升速度較快，對于卵石地層，保障成槽穩定的重要因素就是成槽速度；（2）成槽垂直性較好，該機械能夠配置糾偏裝置，自動糾正X與Y兩個方向的偏差；（3）具備先進的電子測量系統，該型號的機械能夠將測量精度精確到0.01 °；（4）該型號機械具備相對安全且可靠的防護系統，在抓斗上升以及下降過程中都配備了安全保護措施。

圖1 秦望廣場工程地質斷面圖

5 超厚卵石地層地下連續墻成槽方法

5.1 成槽試驗段的問題分析

現階段，被廣泛應用的地下連續墻成槽工藝有銑削成槽、沖擊成槽以及抓斗成槽[3]。其中，應用最為普遍的還是抓斗成槽施工技術。本工程在施工過程中也選擇抓斗成槽技術，對試驗段成槽結果進行研究表明：對于超厚卵石地層施工過程，抓斗成槽機的進尺速度相對較慢，受工程地質軟硬分布不均的影響，很難有效控制抓斗垂直度，進而導致成槽垂直度出現嚴重偏差。而本工程實踐結果表明，控制地下連續墻垂直度有十分重要的作用，甚至是保障地下連續墻穩定性以及避免地下連續墻墻體受到侵害的關鍵，能夠充分保障周圍環境的穩定性以及基坑的安全性。

5.2 地下連續墻成槽新技術

5.2.1“一槽、三抓、四引孔”成槽法的應用

對試驗段施工結果進行充分分析，適當改進了傳統成槽方法，提出了一種對于超厚卵石地層地下連續墻成槽更加有效的施工工藝，即“一槽、三抓、四引孔”成槽法[4]。在應用過程中，首先，施工單位應當采用旋挖鉆機引孔，隨后采用成槽機開展成槽施工，參照槽段長度來確定引孔數量，針對本工程實際情況，選擇4個引孔。

5.2.2 成槽垂直度控制

首先，鉆機引孔的垂直度控制措施。在實際施工前，施工單位應嚴格參照超厚卵石地層特征，對鉆頭的磨損、鉆頭直徑等進行嚴格檢查，及時更換損耗嚴重的鉆頭[5]。施工過程中應當對旋挖鉆機引孔間距進行嚴格控制，保障成槽機在抓土過程中抓斗切削齒刀位置在引孔范圍之內，最大限度地避免由于抓斗受力不均勻而發生傾斜，進而造成垂直度偏差過大的問題。

施工前，相關施工人員應準確定位桅桿，并在作業過程中對桅桿位置進行適當調整。在調整過程中，相關施工人員可以通過顯示器上的桅桿工作界面的實時監測畫面掌握桅桿位置與狀態，充分保障施工質量。

在鉆孔過程中，施工人員應緩慢鉆進鉆頭，進而形成穩定的護壁，充分保障孔位的準確性。與此同時，在鉆孔過程中還需要用距離交匯法對鉆桿位置進行定期核校，若出現偏離情況應立即進行調整，直到孔位定形才能停止核校工作。

在旋挖鉆施工過程中，若遇到鉆進困難或是傾斜的情況，則應采用沖擊反循環鉆機方形鉆頭對偏斜部分進行鑿除，當修孔工作真正完成之后，槽孔內部空間開始逐漸變大，而在這種情況下抓斗導向板導向作用徹底失效。因此，可以在這種情況下利用沖擊鉆圓形鉆頭打設引孔，充分保障抓斗斗體的導向作用，避免發生再次傾斜。

最后，相關施工人員應當對槽段開挖順序進行合理設計，對施工全過程進行嚴格的質量管理，充分保障地下連續墻的成槽質量。

6 泥漿護壁技術

6.1 泥漿制備

在泥漿制備過程中，需要充分考慮施工現場的地質條件，確定好泥漿性能指標，這里將卵石砂巖層作為泥漿配置過程中需要關注的核心。對相似地質條件下的其他工程項目進行調查分析，發現在面對卵石砂巖層的情況下，地下連續墻施工采用的多是膨潤土泥漿，指標新漿相對密度通常不會超過1.10 ，含砂率不超過4%，黏度一般在24 Pa·s之內[3]。

結合該工程實際情況開展相應的泥漿配比試驗，選擇3種不同的泥漿材料：（1）某國產泥漿材料，只需要依照配比加水攪拌就可以得到相應的泥漿；（2）某進口泥漿材料，同樣可以加水直接配置泥漿；（3）自主配置的泥漿，主要材料包括CMC（羧甲基纖維素鈉）、膨潤土等。考慮到地層本身特點，國產泥漿材料缺乏針對性，而進口泥漿材料雖然性能優越，但是成本較高，因此，最終選擇自主配置泥漿。設計泥漿指標為：

黏度：20～25 P a·s；

失水量：＜20m L；

相對密度：1.06 ～1.10 ；

泥皮厚度：＜2mm；

含砂率：＜4%；

pH：8～10。

經過大量試驗對比后，最終確定泥漿材料的配比見表1。

6.2 泥漿應用

6.2.1 在試成槽階段的應用

地下連續墻施工前，需要做好槽段的非原位試驗成槽。在這個階段，需要對槽壁穩定性、泥漿性能指標以及成渣厚度等進行檢測，借助相應的試成槽試驗，確定具體施工數據，為地下連續墻施工提供指導。在本工程中，其厚度取與地下連續墻一樣的厚度800mm，寬度為4m，結合現場實際情況確定成槽深度[4]。

為了保證泥漿性能測試的準確性，共進行2次試驗，泥漿材料配比采用了表1所示的2種。初次試成槽深度為31 m，在成槽過程中，泥漿性能得到了有效控制。在成槽完畢，混凝土回填前，將其靜置24 h，超聲檢測結果顯示，槽壁穩定性良好，沒有出現塌方問題。之后進行水下混凝土澆筑，澆筑第2車混凝土時，澆筑速度變慢，混凝土置換泥漿難度增大，對槽段內泥漿進行測試發現其黏度從原本的23.31 P a·s增大到了40 P a·s。分析原因，可能是因為混凝土中的鈣離子或地下水中的鎂離子進入泥漿中，導致泥漿相對密度增大，黏度與凝膠化傾向也隨之增大。第二次成槽深度25m，以5 m為間隔，對每個階段的泥漿性能都進行了測試，結果顯示，泥漿的黏度、含砂率和相對密度會隨成槽深度的增大而逐漸增大，但是整體較為穩定，因此，將其作為實際施工中的泥漿配比。

表1 2次試驗得到的泥漿材料性能指標

6.2.2 在施工階段的應用

依照CMC∶膨潤土∶堿∶水=0.8 ∶90∶4∶1 000的配比進行泥漿配置，結合實際情況，進一步降低了其黏度（20 P a·s）。結合相關測試結果分析，在卵石砂巖層中，泥漿相對密度穩定在1.10 ～1.20 ，除個別區域外，泥漿黏度約在20～30 P a·s，含砂率不超過5%，表明整個施工過程中，護壁泥漿性能都處于穩定可控的狀態[5]。

7 結論

1）地下連續墻試驗段成槽質量檢測指標中，大部分問題是垂直度偏差較大。對此進行分析可知，地下連續墻施工質量出現問題的根本原因是成槽工藝不當以及泥漿性能較差。

2）根據實驗段的成槽效果分析，提出了一種適合超厚卵石地層的地下連續墻成槽方法，也就是所謂的“一槽、三抓、四引孔”成槽法。在成槽過程中應采用“鉆抓法”，先采用旋挖鉆機引孔，再使用成槽機抓土成槽。

3）通過地下連續墻成槽過程中各個階段護壁泥漿性能參數的對比分析，得到了合理的泥漿配比，對于卵石砂巖地層有著良好的適用性，能夠切實保障地下連續墻施工效果，也為類似地質地下連續墻成槽施工提供參考和借鑒。