上软下硬地层地下连续墙施工技术

杜 魁，余小国

(武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北武汉 430072)

随着中国经济的高速发展，高层建筑越来越多，应运而生的深基坑工程也越来越多。这些深基坑工程大多位于建筑物密集的城市中心，施工条件受到了诸多限制。为了减少深基坑施工给周围临近的建(构)筑物、道路、地下管线等带来不利影响，深基坑工程围护结构的选型尤为重要［1］。地下连续墙由于施工振动小、噪声低、墙体防渗效果好、整体刚度大、对周围土层扰动小等优点，成为位于建筑集区的深基坑工程的优先选择，在实际工程得到了广泛的应用。本文以武汉钰龙金融广场深基坑地下连续墙为施工实例，介绍了本工程地下连续墙的关键技术。

1 工程概况

钰龙深基坑形状近似菜刀(图1)，地下室外墙总面积约10 655 m3，周长463．4 m。裙楼及地下室区域开挖深度为-19．1 m，主楼区域普挖21．1 m，电梯井区最大开挖深度达26．1 m。围护结构采用了800 mm厚的地下连续墙，墙体最大埋深为50 m，墙底进入强风化泥岩深度≥1 m。基坑工程周围环境复杂，东侧为24F中信银行大厦，南侧为建设大道(武汉地铁7号线盾构正在建设大道下施工)，西侧为30F湖北省银监大楼，北侧为另一正在施工的基坑，其开挖深度为12 m左右，另有一条高压线从北侧两工地之间穿过。钰龙基坑地下连续墙作为截水防渗、挡土以及结构外墙“三墙合一”的结构，对施工的质量要求高。地下连续墙墙面垂直度≤1/300，局部突出≤100 mm，成槽深度不小于设计深度。

图1 基坑周围环境图Fig．1 Environment map of surrounding foundation pit

2 基坑工程水文地质条件

根据场区内地质勘察报告，基坑开挖深度内的地质条件及土层特征分布如表1。

上层滞水主要赋存于第一层杂填土中，无统一水面，主要由大气降水、地表水和生产、生活用水渗入补给，勘察期间测得其稳定水位埋深为0．9～1．8 m。孔隙承压水主要赋存于(4)～(6)层砂类土中，与长江水有水力联系，其上覆粘性土层及下伏基岩为相对隔水层。

3 施工难点

本工程地下连续墙在基坑施工时起着挡土和止水作用，所以对墙体质量、垂直度与防渗性要求高。地下连续墙深50 m(图2)，结合工程地质条件，墙体需穿过48 m以上土层，并进入强风化泥岩≥1 m，属施工难度较大的穿软土嵌硬岩的地下连续墙施工。

(1)地下连续墙成槽深度大，由于施工中需要穿过48 m以上土层且嵌入强风化泥岩中，成槽设备的选型和泥浆调配是保证成槽是否成功以及槽壁稳定的关键。

(2)槽段之间的接头处，不允许有渗水漏水现象，否则对基坑施工非常不利，甚至引发一连串的安全事故。

(3)由于钢筋网片全长约49 m，底部构造段配筋较少，为保证安全吊装，施工时采用了两节起吊，在槽口对接好后整体下放。为确保顺利安放钢筋笼，对地下连续墙槽壁的垂直度要求高。

(4)软土深度达7．1～9．7 m之厚，在软土中成槽垮孔塌方的可能性较大，需切实做好现场质量管控工作，如泥浆性能、导墙埋深、成槽工序及重型设备行走路线等。在地连墙施工前，先对地连墙槽壁两侧用三轴搅拌桩进行了槽壁加固，防止成槽过程中出现垮孔塌方事故。

4 地下连续墙接头设计方案选型

采用地下连续墙结构成败在于接头设计，按其接头型式一般分为柔性接头和刚性接头两大类，柔性接头以接头管为代表，刚性接头型式主要有工字钢接头、十字钢板接头和V型钢板接头等(图3)。

接头管型式属于传统地下连续墙施工接头型式，其造价相对便宜，即在网片下放前(或灌注槽段混凝土前)，在槽段的端部预插一根直径略小于槽宽的钢管(即接头管)，随着混凝土浇筑后初凝慢慢将接头管拔起来，使端部形成半凹榫形接头。在实际施工中，槽段拼接处易形成渗流通道，导致墙体漏水，且凹榫形接头易形成错位，对接头质量影响非常大。而刚性接头很好地解决了以上两个问题，所以，刚性接头正在逐步替代柔性接头，特别是在超深地连墙中的应用［2］。

工字钢接头、V型钢板接头、十字钢板接头地下连续墙施工工艺相似，只是接头型式的改变，加长渗流通道的方式不一样。就目前来说，工字钢接头施工工艺较为成熟，V型钢板接头和十字钢板接头连续墙止水效果较好，但接头清理相对麻烦，且制作工艺上相对复杂，故本项目采用了工字钢接头。

图2 地层与支护结构对比图Fig．2 Contrast diagram of formation and supporting structure

图3 三种刚性接头型式Fig．3 Three kinds of rigid joint types

(1)刚性接头减少了接头管起拔工序。本公司施工的南国中心地连墙采用了传统接头管工艺，施工过程中遇到了大量的接头管下放及起拔难题。因接头管直接与混凝土接触，起拔接头管的时间往往很难控制，过早则容易造成混凝土坍塌，影响接头质量;稍晚，又可能造成接头管起拔困难，甚至造成埋管事故。而刚性接头施工中，省去了接头管起拔的工序，规避了接头管起拔风险。刚性接头也可配合使用接头箱，这样处理以后接头质量更好，此时接头箱已通过钢板与混凝土分离开，因此接头箱起拔相对容易，且开挖面以下可以采用砂包充填，施工很安全。

(2)刚性接头止水效果好。本公司前期施工的老浦片地连墙采用的是接头管工艺，开挖后出现渗水问题，后期处理非常麻烦。地下连续墙抗渗漏的作用尤为重要，在钢板接头处加入了止水钢板，无形中增长了水的渗流路线，并把施工接头由单一弧线变成了不规则曲线，增加了止水效果。在前期施工的几个基坑项目中都得到了很好地证明:复兴路地铁站地连墙(工字钢)、武汉天地B4B5地块地连墙(工字钢)等项目都取得了较好的止水效果。

(3)刚性接头有利于相邻槽段的衔接。在本公司所施工采用接头管的地连墙项目中均出现了接头不齐、错位的现象，但是刚性接头施工过程中，由于止水钢板具有一定的导向性，所以相邻槽段衔接较为顺直，不易开叉、错台。

(4)刚性接头可以应用于超深地连墙中。采用柔性接头施工，由于接头管的起拔困难，所以一般不用于超深地连墙施工，本公司曾经在南国中心地连墙等超深基坑中应用了接头管接头，施工过程中接头管起拔非常困难，造成多幅接头管埋管事故，后期开挖处理非常棘手。而刚性接头由于混凝土被钢板隔开，不需要接头管，不存在接头管起拔问题。

(5)采用传统柔性接头工艺的地连墙因接头处为素混凝土或者含钢量较小，槽段与槽段之间联系较小，不能使地连墙形成有效整体，基坑抗变形能力较小。而刚性接头每幅墙接头处均设有钢板及其它能够有效连接的元件，使其形成了一个整体，能有效抵抗基坑变形。

(6)刚性接头较好地衔接下一施工程序，节约总工期。刚性接头省去了接头管下放及起拔的工序，每幅槽段可节省约6—8 h的施工时间。由于应用刚性接头的基坑基本不会渗水，减少了后续堵漏等工序，直接进入下道工序，有效地节约了工期［3］。

基于以上考虑，钰龙基坑地连墙采用了工字钢刚性接头。并在基坑外侧接头处施工了3根高压旋喷桩，以再次加固地连墙接头处。

5 地连墙主要施工工艺

根据对上述地下连续墙施工难点的分析，借鉴现有地下连续墙施工技术，对地下连续墙施工的成槽、钢筋网片的吊装、刷壁与清底、混凝土浇筑等几个主要工序进行重点控制，保证地下连续墙工程质量达到设计要求。

5．1 泥浆性能

泥浆号称钻井的“血液”，在地连墙施工中占有重要的地位。泥浆具有悬浮钻渣、稳定孔壁、冷却钻具等作用。地连墙成槽时间较长，一般从开孔至浇筑完成至少需要20 h，长时间的槽壁暴露非常容易造成孔壁坍塌，引发重大质量事故。随着时间的推移，部分悬浮的钻渣也会逐渐下沉，最终沉槽底。为避免上述情况的发生，一般需从源头上解决，如采用优质的原材料，科学的配比，施工过程中随时监测泥浆性能，及时补充新鲜泥浆以改善泥浆性能，确保泥浆随时满足规范要求。

此外，地连墙单幅槽段泥浆方量约250 m3，若考虑同时成两个槽段，新浆池、储浆池、回收池内至少需要储存1 000 m3泥浆，再加上管线循环系统，在原来就紧张的场地内占用了大量场地，也是对现场文明施工的巨大考验。

5．2 槽壁加固

钰龙金融广场深基坑采用进入强风化泥质粉砂岩的地下连续墙作为围护结构，周边高楼林立，地连墙外边线距离周围建筑物最近处距离仅1．1 m，若不采取措施加固，出现塌方，后果不堪设想。北侧及西北侧老民房，基础较浅，若槽壁塌方较容易引发房子倒塌;东西两侧房子均为高层建筑，基础采用桩基，若发生槽壁坍塌极易引起重大质量事故。为最大限度减少地下连续墙开挖对周围建筑物的影响，在施工地下连续墙前先行在基坑周围有建筑物的区域施工Φ650 mm三轴搅拌桩用于槽壁加固，其加固深度为22 m。

5．3 采用“两钻一抓”成槽方法

由于本项目地连墙需进入强风化泥岩≥1 m，根据勘察报告和现场实际，使用了液压抓斗和旋挖钻机组合成槽的方法，即“两钻一抓”的成槽方法。即旋挖根据槽段幅宽和抓斗斗体宽度，先在预定位置施工引孔，再用抓斗抓取两个引孔槽段土体成槽。采用该方法旋挖可以先行引孔，不占用成槽时间，与抓斗不存在作业面交叉问题。同时，引孔对抓斗取土可以形成两个临空面，大大提高了抓斗取土效率，根据钰龙项目实践，每幅槽成槽可以节省约3—4 h。

采用“两钻一抓”成孔方法，槽壁垂直度主要由引孔垂直度决定。旋挖成孔垂直度较高，抓斗只需沿引孔往下取土。若旋挖引孔过程中发生垂直度较差时，应及时利用旋挖设备自动调整垂直度，尤其在进入岩层时，要特别注意放慢成孔速度，确保软硬地层交接处的成孔垂直度［4］。

旋挖引孔因根据实际需要引孔，不可盲目赶进度，造成抓斗成槽跟不上而出现大量“孔等槽”的情况。若发生这样情况容易造成孔壁坍塌的事故发生，坍塌处理较麻烦，且容易出现误导抓斗成槽，造成垂直度偏差较大的事件发生。

根据本工程实际，抓斗抓取强风化岩层有一定困难，进尺较慢，项目部增加了旋挖引孔，即在两个引孔之间再增加若干副孔，以扰动底部岩层，为抓斗取土创造有利环境。

5．4 旋挖刷壁+抓斗五抓清底

接头和槽底是地连墙质量控制的关键部位，有效地刷壁可以清除槽段接头处的夹泥，提高接头质量;有效地清底可以清除孔底沉渣，上述三项是地连墙成败的关键，以下仅分析刷壁和清底(图4)。

图4 刷壁流程图Fig．4 Flow chart of brushing wall

刷壁是指为保证槽段接头连接质量，在二期槽成槽后利用提升设备配合专用刷壁器，对接头进行反复刷洗，以清除接头处泥皮及杂物，使新老混凝土有效连接。刷壁器应根据槽段宽度以及工字钢实际尺寸进行设计，确保刷壁无死角，同时能够有效刷除接头处滞留的泥块、少量绕流的混凝土、水泥浆等。目前施工现场常用的提升器有旋挖、抓斗、吊车、冲击钻等。吊车、冲击钻都是利用钢丝绳提升刷壁器，在刷壁过程中刚度不大，其刷壁能力有限，碰到硬物容易发生偏移;抓斗虽然也是利用钢丝绳提升刷壁器，但是抓斗斗体自重较大，碰到硬物偏移量相对较小，刷壁效果较好，但其油耗较大，不经济，该项目未并用;本项目采用的是旋挖刷壁，挖刷利用自身钻杆提升刷壁器，刚度较大，刷壁效果好，但要注意切不可将钻杆卡在槽内。

现场预备了一台冲击钻，以便及时处理成槽过程中出现的接头位置混凝土绕流。

刷壁结束后，刷壁刷下来的泥渣以及悬浮在泥浆中的悬浮物将逐渐沉淀到基槽底部。此外，在挖槽过程中未被排出而残留在槽内的土渣，以及吊放钢筋笼时从槽壁上刮落的泥皮都堆积在槽底，所以在刷壁后应及时进行清底。清除槽底的沉渣，必要时可在砼浇筑前使用气举反循环清孔，使其厚度小于规范要求。

5．5 钢筋网片的安装采用分段起吊、整体下放

由于本项目钢筋网片长度约50 m，且构造段钢筋数量较少，整体起吊难度大，而且容易造成构造段钢筋变形，为了保证网片平整竖直，本项目采用整体制作、分段起吊、整体下放的施工方法。钢筋网片在钢筋制作平台上整体制作成型，起吊前脱开钢筋笼分节处临时直螺纹套筒连接。

由于钢筋笼体积庞大，重量较大，吊点的设置尤为重要，如果钢筋笼吊点设置不正确，钢筋网片会产生较大挠曲变形，造成钢筋笼焊缝开裂，整体结构散架，严重时甚至拉翻副吊，折断主吊臂杆。所以吊点位置的选择成为起吊能否成功的关键所在，在起吊之前，必须通过计算确定主吊和副吊起吊点的位置。钢筋网片制作安装时，采用整体制作、分段起吊、整体下放、两机抬吊的方法，需要在槽口对两节网片进行连接，下段钢筋笼要垂直悬挂在导墙上，然后将上段钢筋笼垂直吊起，上下两段钢筋笼成直线连接，整体下放至设计位置。

图5 钢筋网片弯矩计算简图Fig．5 Calculating diagram of moment of reinforced net

计算方法如下:

根据力矩平衡原理，对图5有:+M=-M

5．6 混凝土浇筑

地下连续墙混凝土浇筑属于水下混凝土浇筑，在混凝土浇筑过程中，应随时掌握混凝土的用量、混凝土面上升高度和导管埋入深度，防止导管拔脱混凝土面。在浇筑过程中必须随时测量混凝土面的高程，测量的方法可用测锤，由于地下连续墙截面较长，一般同时下两副导管进行混凝土浇筑，混凝土面很难在同一水平面，应至少测量三个点，掌握每处混凝土面标高，混凝土面高差应控制在50 cm以内。

单元槽段底部和接头处属于薄弱部位，导管距槽段底部的距离不得超过0．5 m，力争使首斗灌注混凝土后能够将导管口全部封住，保证导管埋深。在一个单元槽段内同时使用两根导管进行浇筑，其间距不应＞3 m，每根导管工字钢接头不少于1．5 m，力争使混凝土面大致处于同一标高，整个砼面上升速度力求保持均衡。

6 效果检查

钰龙基坑共计80副地连墙，在合同工期内完成，施工难度非常大，但施工过程未出现大的质量问题。现基坑已经开挖至-7．6 m，距离基坑底仍然有较大深度，就目前施工情况来看，地连墙整体效果较好，墙面平整度较好，接头未出现夹泥巴、夹砂包情况，未出现渗漏水情形。

进行群井试验后，基坑外观测井水位降深较小，周围建筑沉降不明显，基坑变形较小，基坑安全和质量处于可控范围内(图6)。

图6 地连墙开挖后效果检查Fig．6 Result inspection after excavation of diaphragm retaining walls

7 结语

通过在武汉钰龙金融广场深基坑工程地下连续墙施工的工程实例证明，此项地下连续墙施工技术适用于武汉地区上软下硬地层。

(1)泥浆制备对地下连续墙施工中挖槽成败与否起着关键作用，所以对泥浆的各项性能指标必须严格控制。

(2)墙体垂直度作为施工质量控制的关键点，必须在导墙制作、成槽施工时，加强观测，发现偏差及时修正，以确保墙体垂直度满足要求。

(3)槽底的沉淀物、槽段接头处的渣土必须要认真清除，以保证地下连续墙整体质量。

(4)工字钢接头的使用，确保了槽段的有效连接，接头外侧高压旋喷桩的止水封堵，有效防止了接头渗水［5］。

［1］ 刘春安，廖秋林，曾志献，等．南京德基广场穿土嵌岩地下连续墙施工技术［J］．施工技术，2011(2):5-8．

［2］ 陶坤，陶兴文．江苏路地铁车站深基础地下连续墙施工技术［J］．施工技术，2008(1):40-42．

［3］ 孟维军．地铁车站地下连续墙处理技术研究及其应用［D］．哈尔滨:哈尔滨工程大学，2007．

［4］ 段朝静，徐伟，何超然．南京长江四桥超深地下连续墙施工技术［J］．施工技术，2010(2):39-42．

［5］ 楼明浩．非标准尺寸地下连续墙施工技术［J］．施工技术，2015(12):101-104．