高水位超厚淺層砂性土層地下連續墻施工技術

張竹青 ZHANG Zhu-qing

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

1 工程概況及周邊環境情況

1.1 工程概況

上海軌交崇明線工程111 標2#大小盾構轉換段所處區域位于長興島北環河北側的農田內。結構長116m，寬19.0/19.8m 為地面二層地下二層（局部四層）單柱雙跨混凝土箱型結構。采用明挖順作法施工，最大開挖深度31.7m。圍護結構采用1.2m 厚地下連續墻，采用十字鋼板接頭，墻深50.5～53.5m。基坑剖面圖如圖1 所示。

圖1 2# 大小盾構轉換段基坑剖面圖

1.2 周邊環境情況

1.2.1周邊環境

2# 大小盾構轉換段位于崇明區長興島的新開河附近，上海長江大橋東側，附近為上海機施天然氣過江隧道項目。轉換段周邊均為農田。轉換段南側為北環河，河道藍線寬50m。長興島內工程沿線河網密集，河流縱橫，排泄暢通。2#大小盾構轉換段南側30m 有1 條新開河1，河寬約20m；北側有1 條新開河2，河寬約17m；西側有一條小明浜，河寬約3m。勘察期間測得水面標高在2.31m 左右，河底標高一般在0.51～1.51m 左右，水深在0.7～1.8m 左右。環境總平圖如圖2 所示。

圖2 環境總平圖

1.2.2工程、水文地質條件

場地地基土在85.29m 深度范圍內均為第四紀松散沉積物，主要由飽和粘性土、粉土和粉砂組成，具有成層分布特點。本工程連續墻槽段淺層涉及的不利土層主要為：②3-1t灰色砂質粉土與淤泥質黏土互層，土層分布為地下1.3～3.2m；②3-1灰色砂質粉土，土層分布為地下3.2～10.6m；②3-3灰色砂質粉土，土層分布為地下10.6～14.2m；②3-4灰色砂質粉土，土層分布為地下14.2～15.7m。土層滲透系數如表1 所示。

表1 土層滲透系數表

2 工程難點

②3層土層為本工程主要的潛水含水層，平均水位埋深為1.50m，該土層總厚度大，滲透性好，水量豐富補給較快且受氣候、降水影響，入江海口處受潮汐漲落影響較大。在該土層的影響下，現場試挖導墻溝槽后，1 小時內即出現積水和邊坡大面積坍塌問題，導墻溝槽穩定性如圖3 所示。

圖3 導墻溝槽穩定性

同時粉土、砂土在水動力作用下，極易產生透水、涌水、流砂等現象，對地下連續墻槽段的穩定性存在不利影響，容易出現縮孔、坍方現象，從而影響地下連續墻的施工質量。

3 針對性施工技術

為確保地下連續墻施工質量，防止槽壁坍塌、縮孔，需采取措施確保成槽質量。若采用常規的三軸攪拌樁槽壁加固，周邊環境影響小、效果佳，但造價高、工期長。本工程結合自身條件情況采用噴射井點預降水、控制泥漿性能指標等措施，確保地下連續墻施工質量。

3.1 噴射井點預降水

3.1.1設計思路

通過短期降水及時疏通成槽范圍內土層地下水，形成地下水位面與槽段內泥漿液面的水頭高差，加速泥漿滲透和泥皮形成，同時通過降低粉砂性土內的地下水使土體產生固結，以提高土體強度和穩定性，防止成槽面土體失穩，本工程選用在砂性土層中地下墻預降水常用的噴射井點降水方法。

3.1.2噴射井點設計及布置

噴射井點預降水施工分為導墻施工和成槽施工階段。考慮成槽機及其他機械設備行走路線，且噴射井點施工期間基坑未完全封閉，兩階段井點布設以坑內為主，坑外預留備用井點位置。兩階段井點鉆孔直徑均為300mm，噴射井點平面布置如圖4 所示。

圖4 噴射井點平面布置圖

①第一階段施工。導墻施工時，井點沿導墻外邊線1.8m，每隔5m 布設一口，鉆孔深度9m，井點深度8.5m，濾管布置于②3-1t灰色砂質粉土與淤泥質黏土互層及②3-1灰色砂質粉土層中，濾管長6m，如圖5 所示。

圖5 9m 噴射井點結構圖

導墻溝槽開挖前，提前開啟施工導墻范圍內噴射井點，將潛水水位降深至導墻底以下1m 位置后進行導墻施工，施工完成后停止降水拔除井點管。

②第二階段施工。

地下連續墻施工期間，井點沿地下連續墻外邊線2m，每幅地下連續墻布設一口，鉆孔深度14m，井點深度13m，濾管布置于土層滲透系數最大的②3-1灰色砂質粉土和②3-3灰色砂質粉土層中，濾管長6m，如圖6 所示。

圖6 14m 噴射井點結構圖

成槽前，提前3 天同時開啟槽段對應的1 口及相鄰2 口噴射井點。以②3層含水層初始層壓水頭埋深1.5m 計算，同時開啟槽段范圍內3 口噴射井點，槽段處最大水位降深為10.00m，可以滿足槽段開挖要求，同時槽段周邊10～15m 范圍內水位降深約為5.00～6.00m。

3.1.3降水運行效果

①經過噴射井點預降水后，導墻溝槽開挖完成后溝槽兩側土體穩定，未出現塌方現象。如圖7 所示。

圖7 噴射井點降水后導墻溝槽照片

②地下連續墻成槽前3 天開啟對應槽段范圍內3 口噴射井點，槽段外10m 范圍內水位降水約5m 及潛水水位在地面以下6.5m 左右，降水s-t 曲線如圖8 所示。

圖8 噴射井點降水s-t 曲線

3.2 控制泥漿性能指標

3.2.1泥漿配置

①膨潤土。為解決常規泥漿在地下連續墻施工中，護壁性能、攜渣能力、穩定性、回收處理等性能不足，本工程采用復合鈉基膨潤土泥漿。

②施工用水。根據水質監測報告，場地潛水水樣 的pH 為6～7，鹽離子含 量 為1700～1800ppm，硬度（鈣離子含量）＞425ppm。現場自來水水樣的pH 為7，鹽離子含量為200～220ppm，硬度（鈣離子含量）為50～90ppm。場地潛水含鹽量約為自來水的8.5～9 倍，井水中的鈣離子含量約為自來水的5～9 倍。

現場采用潛水配制的泥漿，膨潤土無法水化膨脹，存在明顯的漿水分離現象，無法作為新鮮泥漿使用，故本工程選用自來水配合復合鈉基膨潤土配置泥漿。

③泥漿拌制。膨潤土采用專業拌漿桶進行攪拌，配漿采用自來水進行拌制，根據實際試配結果按需加入純堿使配置泥漿泥漿pH 值控制在8～9，已達到最佳配漿效果。每次膨潤土進場，進行試配，將拌制好的新漿靜止8 個小時后進行檢測，檢測合格后投入使用。

3.2.2泥漿性能指標及配合比

①泥漿的各項性能指標。本工程地下連續墻施工泥漿的各項指標見表2。

表2 泥漿性能指標表

②新鮮泥漿試拌配合比。根據表2 的性能指標要求，新鮮泥漿試拌配合比見表3。

表3 泥漿配合比指標表

如按試拌配合比所拌制的泥漿不滿足要求，重新調整配合比，直至滿足后方可用于施工。

4 實施效果

4.1 試驗槽段

為驗證成槽預降水和泥漿的效果，避免因坍方影響成槽效率及地下連續墻施工質量，選取基坑標準段編號WW-17，接頭形式為十字鋼板，墻身50.5m 地下連續墻進行試成槽。

試成槽前3 天開啟周邊三口噴射井點預降水，將槽段四周水位降低至地面下4～6m。

試成槽時的入槽泥漿選擇自來水配置的鈉基膨潤土泥漿，泥漿比重為1.06，粘度為35″，pH=8。試成槽過程中實測泥漿指標變化情況見表4 所示。

表4 實測槽段內泥漿指標

由表4 中數據可得，試成槽過程中，在地面至地面以下18m 范圍內受粉砂性土層和潛水的影響，比泥漿重及含砂率明顯增大，粘度及pH 值降低；隨著成槽深度的增加，比重及含砂率明顯下降；靜置24h 后，槽段內泥漿各項指標均滿足成槽泥漿控制指標。根據試成槽和靜置期間槽段泥漿的指標變化，淺層粉砂性土和潛水水質對泥漿的影響處于可控范圍。

根據槽段超聲波檢測顯示，成槽完及槽段靜置24h 后均未發現槽段塌方現象，如圖9～圖10 所示。

圖9 成槽完成后超聲波檢測記錄

圖10 靜置24h 后超聲波檢測記錄

4.2 后繼槽段

試驗槽段施工完成后，后繼槽段采用相同的預降水措施及泥漿配置，地下連續墻成槽超聲波檢測顯示，槽壁相對穩定，未出現塌方、縮孔等現象。混凝土充盈系數平均為1.05，符合設計及規范要求。基坑開挖后，地下連續墻表面平整無鼓包且未出現滲漏水現象。

根據成槽期間的超聲波檢測結果及基坑開挖后地下連續墻表面質量情況表明，采用的噴射井點預降水及復合鈉基膨潤土泥漿護壁技術措施，可有效確保地下連續墻施工期間槽段的穩定性。

5 結論

在上海軌道交通崇明線工程2#大小盾構轉換段針對地下水位高、淺層粉砂性土較厚的地下連續墻施工過程中，通過噴射井點預降水、控制泥漿性能指標等措施可增加槽壁穩定性，減少地下連續墻塌方，達到提高地下連續墻施工質量的目的，并有良好的經濟效益。該技術對在類似周邊環境、土層中的地下連續墻施工起到一定的借鑒作用。