砂卵石地层地下连续墙施工关键技术

谭文武

摘要：文章介绍了长沙地铁一号线汽车北站卵石地层地下连续墙的导墙施工工艺及操作要点，并对施工关键点——成槽垂直度的控制、槽壁稳定控制做了详细描述，以期为类似工程提供参考。

关键词：砂卵石地层；地下连续墙；导墙施工；成槽垂直度；槽壁稳定控制

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0107-03

一、工程概况

（一）工程简介

汽车北站是长沙市地铁一号线一期工程起点站，本站为地下两层岛式车站，起讫里程K9+907.4～K10+366.9，车站总长459.5米，有效站台宽度11米，标准段基坑宽度19.7米，车站主体基坑深度约16～23米、结构覆土厚度2～3米。车站主体围护结构采用地下连续墙+内支撑支护体系，主体结构采用明挖顺作法施工。

（二）工程地质及水文地质

拟建场地从地貌上属湘江Ⅰ级阶地，具二元结构沉积地层。人工填土下为湘江Ⅰ级阶地的粉质粘土、砂砾石层，下伏基岩为中厚—厚层状中元古界冷家溪群板岩（Pt）。粉质粘土层分布较连续；但强透水层细砂、粗砂、圆砾、卵石相变较大，分布不稳定；基岩层面较平缓，分布较稳定。地层自上而下依次为：杂填土，层厚0.7～5.3m；粉细砂，层厚1.0～4.5m；中粗砂，层厚0.7～5.3m；圆砾、卵石，层厚1.4～7.5m；强风化板岩，层厚0.2～8.4m；中风化板岩，层厚7.5～32.11m。结构顶板处于杂填土层，结构底板处于强风化板岩、中风化板岩层。

地下水类型分为第四系松散层中的孔隙承压水、强-中风化基岩裂隙水，局部分布赋存于人工填土、粘性土中的上层滞水。水位埋深1.5～4.3m。主要富存在中粗砂、砾砂及圆砾层中，主要含水层厚度12～16m，大气降雨是本地区地下水的主要补给来源。

（三）工程周边边界条件

车站位于长沙市芙蓉北路与江湾路丁字路口处，为始发站，沿芙蓉北路南北呈一字型布置；汽车北站站址周边用地为商业和居住用地。周边建筑有东侧为京广铁路和采砂场，西北角为金霞大型居住小区，西侧为长沙市汽车北站和湘江世纪城大型居住小区。车站所在芙蓉北路为长沙市南北方向主干道，现状道路红线宽60m。

二、工程难点分析

1．车站结构位于芙蓉北路西半幅，原路面结构以下为杂填土，质地松散，分布连续，层厚大，卵石、砾石含量较高，在导墙施工开挖过程中容易垮塌，不易成型，即使成型也不稳定，不利于成槽设备安全施工。

2．连续墙体穿越的主要地层同样也为杂填土、粉细砂、粗砂、圆砾石，层厚大，分布连续，在成槽设备施工过程中如何控制槽壁稳定，防止坍塌难度较大。

3．连续墙成槽过程中，首先成槽机进行冲抓，进入强、中风化岩层时，采用冲击钻施工，泥浆调配、冲程控制、泥浆置换是控制难点。

三、地下连续墙的设计

根据该工程的难点分析，车站围护结构设计在满足车站施工各阶段的受力要求的前提下，首先考虑对周边环境和建筑物的保护，同时还应考虑施工难度及可操作性。连续墙设计宽0.8m，墙体采用C30钢筋混凝土。基坑开挖深度16～21m。连续墙设计深度19～26m，嵌岩深度3～5m。

整个车站共分168幅，基本类型有“一”字型、“L”型、“Z”型共三种，标准槽幅长度6m，异性槽幅根据机械开槽能力适当减小，槽幅之间采用“工”字钢连接。

四、地下连续墙施工

（一）工艺流程

根据车站总体施工进度要求，地下连续墙采用1台BH-12型液压抓斗成槽机、24台CZ-50型冲击钻由南向北施工。标准幅宽配置两台冲击钻施工。施工时分双雌幅、双雄幅、雌雄幅，基坑转角处连续墙均作为闭合幅。地下连续墙施工工艺如图1所示：

（二）施工方法

1．导墙施工。地下连续墙导墙采用倒“L”型，导墙槽净宽850mm，肋厚150mm，翼面宽1150mm，C30钢筋混凝土结构。标准导墙的结构尺寸如图2所示：

2．成槽施工。成槽施工前对槽段进行编号，并在导墙上标明方位与顺序。正式施工前选择标准幅段作为成槽工艺试验段，以核对地质资料，检验所选用的设备、施工工艺及技术措施的合理性，取得成槽、泥浆护壁、混凝土灌注等第一手资料。

3．泥浆制作。为了保证槽壁稳定，采用膨润土泥浆进行护壁，泥浆液面控制在导墙下30～50mm。

4．清孔及刷壁。

（1）清孔是指成槽结束并终孔验收合格后，把槽孔中的不合格泥浆以及残留在孔底和孔壁上的淤泥物清除掉的工序。该工序采用撩抓法清底，在成槽完毕后进行。当槽底沉渣已经清除干净后应及时换浆。

换浆后距孔底50cm范围内泥浆性能应满足以下要求：槽底泥浆比重<1.15，黏度<40s，含砂量<6%，且保证槽底沉渣厚度不大于100mm。

（2）清孔换浆结束前，用刷壁器慢速沉入槽底部，再中速提升刷壁器，往复多次，直至完全清除土渣和泥皮。

5．钢筋笼制作加工及吊装。钢筋笼一次加工成型，并在上、下层主筋间距2m增设桁架筋，以满足起吊要求；钢筋笼吊放采用125T、55T两台履带吊抬吊空中回直、整体入槽的施工方法。

6．混凝土浇筑。混凝土浇注采用双导管法施工，导管直径为250mm，接头采用丝扣连接，丝扣间用橡胶密封圈密封，导管底距孔底30cm左右。导管吊装完成后，灌注水下混凝土。浇注过程中每30min测量1次导管埋深，并绘制浇注图，混凝土面上升速度控制在2m/h。

五、砂卵石地层地下连续墙施工关键技术

砂卵石地层地下连续墙施工关键技术在于如何控制槽体垂直度和保证槽壁的稳定。

（一）成槽垂直度的控制

1．导墙施工质量控制。导墙是成槽设备的导向，其施工质量的好坏直接影响地下连续墙的轴线和标高。因此，导墙施工时要保证其位置正确，内墙面要垂直，导墙拆模后墙内采用80×80mm方木支撑，上下两道，混凝土养护期间重型设备不得在导墙附近作业停留，成槽前支撑不允许拆除，以免导墙变位。由于导墙周边将承受成槽机、冲击钻等设备荷载的压力，所以导墙基础必须满足地基承载力要求，对于基础不符合要求的地段需先进行地基处理。

（1）导墙开挖后，结合设计提供地质资料，表层砂卵石层不超过3m，则采用换填粘土处理，换填宽度4m，分层压实，松铺厚度控制40cm，重型压路机压实，压实度>90，采用环刀法检测。

（2）导墙开挖后，若表层砂卵石层超过3m，则采用袖阀管注浆处理，处理深度结合设计提供地质资料，约6～8m。

2．成槽工艺控制。

（1）合理安排槽段开挖顺序，使抓斗两侧的阻力均衡，抓斗成槽时应匀速缓慢抓取。

（2）由于抓斗本身自重较大（达12t），每次抓斗提升出渣完毕下放时，要保持斗体稳定、垂直，缓慢下放至槽内，这样既可以对已成槽部分进行垂直检验，又可用斗体本身重量对槽孔偏移部分进行修偏处理。

（3）抓斗每抓取1次即旋转180°，且斗体匀速下落至槽底，也可以有效地控制槽孔的垂直度。

（4）在成槽过程中采取有效的检测手段分阶段对槽孔垂直度进行检测，发现问题及时处理，以确保成槽垂直度满足设计及规范要求。成槽过程中可采用重锤法每4m进行1次检测，终孔成槽后采用超声波进行检测。

（5）成槽过程中垂直度要勤测勤纠，避免一次纠偏过大造成塌孔；对于垂直度偏差过大的槽孔应采用黏土回填，自然沉降密实后重新开槽的办法进行处理。

（6）成槽机对槽段内杂填土、砂卵石地层抓槽完毕后，冲击钻迅速就位冲孔，防止静置时间过长，泥浆沉淀，易塌孔。

（7）冲击钻冲程控制在1.5～2m，防止冲程过大，震动造成塌孔，若出现偏孔现象，及时回填片石冲击予以纠偏。

（二）槽壁稳定的控制

1．泥浆质量控制。砂卵石地层中卵石含量高，地层孔隙率较大，所以保证护壁泥浆质量，是确保槽壁稳定的关键。该工程采用膨润土泥浆护壁，并在施工过程中加入适量的CMC及其他外加剂，以提高泥浆黏度，增大槽内泥浆压力和形成泥皮的能力，达到稳定槽壁的作用。

（1）新制浆液配合比见表1：

（2）泥浆性能检验。由于施工不同阶段对泥浆性能要求有所不同，泥浆性能指标控制标准见表2：

2．其他控制措施。

（1）施工中出现漏浆应及时补充，以便维持稳定槽段所必须的液位高度，保证泥浆液面不低于导墙顶面0.5m。

（2）施工过程中严格控制地面荷载，用2cm厚钢板铺垫在导墙周边分散成槽机、履带吊对槽壁的侧压力。

（3）吊装钢筋笼做到稳、准、平、缓，以防止钢筋笼摆动破坏槽壁。

（4）优化各工序施工方案，加强工序间的衔接，尽量缩短槽壁暴露的时间。

（5）导墙混凝土必须与原状土层接触密实，以防止泥浆从导墙底流失，造成上部杂填土孔壁失稳。

（6）优化槽段分幅，减小单元槽长度，尤其是拐角幅，也是控制槽壁稳定的一个有效措施。

（7）在靠近芙蓉北路侧尽量选择夜间进行成槽施工，最大限度地减小行车对槽孔稳定性的影响，并适量加大泥浆中CMC掺量，确保成槽稳定性。

六、结语

砂卵石地层地下连续墙施工过程中如何保证槽壁的垂直度与稳定是其关键技术所在，施工过程中只要采取适当措施，加强施工管理，就可以取得成功。长沙地铁1号线1标汽车北站主体围护结构地下连续墙施工于2011年10月开始，2012年2月结束，5个月共计完成168幅槽段施工，浇筑水下混凝土16000m3，目前该基坑开挖已经完成，从基坑开挖暴露墙体情况看，连续墙垂直度、平整度，防渗漏均满足设计要求。作为长沙砂卵石地层冲抓结合施工工艺成功运用，不仅为企业赢得了效益，也为此类地质以后施工树立了典范。

（责任编辑：赵秀娟）