临江超深嵌岩地下连续墙施工技术

周鹏华 黄晓程 朱海军 李继承

1.中建三局集团有限公司工程总承包公司 武汉 430064；2.湖北中建三局建筑工程技术有限责任公司 武汉 430070

1 工程概况

背景工程基坑场地位于武汉市汉口地区，距离长江不足100 m，属于临江超深基坑。基坑地处胜利街和三阳路交界处，北侧为武汉市人大办公楼，东侧为长江及沿江大道。基坑周边条件复杂，三边为市政道路，基坑南侧为规划中的地铁线路。基坑周边存在地下管网，埋深约地下1.7 m范围（图1）。

图1 基坑平面布设示意

基坑工程涉及地层有：①杂填土，②粉土，③粉质黏土，④粉质黏土（夹粉土），⑤粉砂夹粉质黏土，⑥粉细砂，⑦卵石，⑧砂砾岩强风化，⑨砂砾岩中风化。

本场地地下水类型可分为上下2 层：上层为赋存于杂填土和粉土中的上层滞水，勘察期间测得稳定水位埋深0.5～3.9 m，下层水为赋存于下部粉细砂至卵石层中的承压水，与长江有密切的水力联系，其水位受长江水位变化影响，水量丰富。场地承压水水位年变幅为3～4 m。上下层地下水因黏性土隔离而无水力联系。

本工程基坑支护的结构形式采用地下连续墙+4 道钢筋混凝土支撑+三轴搅拌桩止水帷幕，配合坑内深井降水等支护手段。基坑支护周长约437 m，大面开挖深度为21.95 m，局部开挖深度达22.95 m，塔楼开挖深度为22.35～22.55 m，塔楼局部开挖深度为25.35 m。

2 工程重难点

1）虽然在地下连续墙的内外两侧都设置了三轴搅拌桩止水帷幕，但由于受到施工工艺的限制，三轴搅拌桩目前最大施工深度无法穿透该工程17～49 m的承压含水层；由于承压含水层和长江存在近距离的水力联系，导致承压含水层的水头压力、水力梯度较大，对成槽过程中的泥浆相对密度和性能、槽壁稳定性等造成影响；在地下连续墙施工成槽过程中，三轴搅拌桩施工深度范围内可以有效减小地下水水头压力，但无法控制三轴搅拌桩以下部位泥浆护壁效果减弱、槽壁变形等问题[1]。

2）该工程地下连续墙成槽深度大，设计深度为地下连续墙入强风化砂砾岩1 m，地下连续墙最大深度达54 m；且穿过的地层复杂，水文地质条件复杂；需穿越近30 m的承压含水层，并进入强风化基岩1 m，地层岩土力学性质和水文地质条件都发生突变，外加深度大，需入岩，从而导致槽壁垂直度控制困难[2]。

3）基坑周边环境复杂，北侧为武汉市人大办公楼，南侧有拟规划地铁线路，东侧100 m为长江及大堤，外加周边市政管线复杂；在地下连续墙成槽开挖过程中，会对地下槽壁两侧土体形成原有地应力的卸荷作用，从而可能导致周边环境的沉降和水平位移，需在成槽过程中不断对周边构筑物进行监测[3]。

4）地下连续墙深度大，在混凝土浇筑过程中容易发现侧壁绕流，且绕流可能发生在浇筑的任何高度，影响后续地下连续墙施工[4]。

3 泥浆质量控制

泥浆在地下连续墙成槽中起护壁作用。泥浆具有一定的相对密度，如槽内泥浆液面高出地下水位一定高度，泥浆在槽内就对槽壁产生一定的静水压力，泥浆液柱压力作用在开挖槽段土壁下，除平衡土、水压力外，还给槽壁一个向外的作用力，相当于一种液体支撑，可以防止槽壁倒塌和剥落。同时，泥浆在槽壁内的压差作用，部分泥浆渗入地层，在槽壁表面形成一层透水性很低的固体颗粒胶结物——泥皮，可使泥浆的静水压力有效地作用于槽壁上，能防止槽壁剥落，起到护壁作用。泥浆具有携渣作用，具有一定的黏性，能在挖槽过程中将土渣悬浮起来并起到运渣介质的作用[5,6]。

泥浆和地下水之间的压力差可抵抗土压力和水压力，维护槽壁的稳定。若泥浆的相对密度较大，就会增大压力差，提高槽壁的稳定性。在该工程中由于承压含水层水力梯度较大，导致泥浆和地下水之间的压力差作用减弱，抵抗土压力和水压力的作用减弱，泥浆渗入土层效果减弱，导致在槽壁生成的泥皮护壁作用效果减弱。对本工程的4 个槽段的地下连续墙成槽过程中的泥浆相对密度、黏度、含砂率等进行了测试（图2），选择的此4 个槽段的地下连续墙的泥浆都为开槽前新制泥浆，泥浆采用膨润土在泥浆池加工，加工新制泥浆前，对前期沉淀的沉渣都进行了池内清理。

由泥浆性能变化曲线可知：在成槽过程中，新制泥浆中含砂率会不断增大；泥浆的黏度会不断的减小；而泥浆的相对密度虽整体呈现稳定状态，没有明显的相对密度减小趋势，但是由含砂率的不断增大可知，有效泥浆相对密度是不断减小的[7]。

使用了一段时间的泥浆，由于其含砂率增大，相同相对密度的老泥浆和新制泥浆，在泥浆质量上存在差异，老泥浆的护壁功效将会折减，我们可将折减后的泥浆相对密度称为有效泥浆相对密度，而折减系数和泥浆中的含砂率有关。有效泥浆相对密度=实际泥浆相对密度×折减系数，其中的折减系数和含砂率有关，折减系数=1-含砂率。

由以上分析可知，由于离江近，承压含水层水力梯度大，导致在成槽过程中，泥浆护壁效果相对减弱、泥浆质量降低较快、循环利用性能降低。为了减少槽壁坍塌，提高垂直度，根据本工程经验可以采取以下措施，来保障泥浆功效：

图2 泥浆性能变化曲线

1）适当增大初配新制泥浆的相对密度，但泥浆相对密度不能过大。泥浆相对密度过大，不但影响混凝土的浇筑，且由于其流动性差而导致泥浆循环设备的功率消耗亦大，本工程初始泥浆相对密度配置在1.12左右，较一般地下连续墙施工中的泥浆相对密度大。

2）在施工现场增设一个泥浆池，在成槽和混凝土浇筑过程中，交替使用，对间歇的泥浆池泥浆进行沉淀和再次增补膨润土，使泥浆有效相对密度保持在有效范围以内。

3）提高成槽功效，缩短成槽时间，减少成槽停滞时间，以防止泥浆离析，避免地下水过多渗入而导致的有效相对密度减小。

4 成槽垂直度控制

本工程成槽深度大，同时需穿越粉细沙和卵石层2 个软弱承压含水层，并需进入强风化基岩层1 m。成槽深度大，穿越地层、地质条件复杂，入岩施工困难。最大的施工难题仍是槽壁的整体垂直度控制，因槽壁深度逾50 m，即使初始偏差较小，但其累积的垂直度偏差仍足以导致在钢筋笼吊装过程中，出现卡笼子现象，为解决以上问题，本工程采用以下措施：

1）机械选型。成槽机需满足以下条件：抓斗的动力性能高；随着成槽深度的增加，抓斗本身自重应能抵御泥浆的上浮力；深度越深，设备的纠偏性能要求越高；抓斗自身的稳定性要高。本工程选用高功率的金泰SG50和SG60抓斗。

2）钻抓结合法。当挖土完成进入强风化砂砾岩时，先使用旋挖钻机成孔，再使用成槽机取出破碎的岩石。待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后，再将因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整，保证槽段横向有良好的直线性，入岩的槽底有良好的垂直度。

3）超声波测试。在成槽完成以后，钢筋笼下放前，使用超声波测试仪对槽壁垂直度进行探测，选择横向多断面测试，发现有垂直度超过控制标准的高度，再次用成槽机进行纠偏（图3）。

4）人为控制。成槽过程中，利用成槽机上的垂直度仪表及自动纠偏装置来保证成槽垂直度，垂直度仪表的显示数值是区间性的，所以作为操作人员，要仔细查看显示数值，根据经验合理调整纠偏角度，防止槽壁S形情况的发生。

5 混凝土绕流控制

地下连续墙深度大，地下水水量丰富，在混凝土浇筑过程中容易发生侧壁绕流，且绕流可能发生在浇筑的任何高度，影响后续地下连续墙施工。

绕流：正在浇筑混凝土绕过防流薄铁皮到工字钢的背后。其硬化结块后将影响接头的防水以及后续槽段的搭接（图4）。

图3 槽壁垂直度测试

图4 泥浆绕流示意

绕流产生的原因及预防措施：

1）总控制措施：在混凝土浇筑过程中，需加密对浇筑混凝土面标高的测量频次，计算该阶段理论浇筑混凝土体积，与已浇筑混凝土体积进行对比，若发现充盈系数过大，则可能发生混凝土绕流，便可在绕流混凝土初凝之前，将其处理；

2）槽段垂直度偏差：需严格控制成槽垂直度；

3）防绕流铁皮破坏：随时补加破坏铁皮；

4）接头箱尺寸与工字钢尺寸不符：需使用配套接头箱；

5）混凝土坍落度过大：浇筑过程中需实时控制坍落度；

6）本工程地下连续墙深度较大，为方便处理绕流混凝土，在施工现场对旋挖钻钻头进行了改造，以优化地下连续墙施工工序。

6 对周边环境影响

本工程由于地处繁华闹市区，对周边环境控制要求较高，临近长江，且地质条件复杂，施工难度大。在地下连续墙成槽过程中，对邻近构筑物进行了水位位移和沉降实时监测，以防止在成槽过程中由于土体卸荷引起的沉降或墙体开裂，做到信息化施工，实现动态监测、动态控制，对穿越施工区域的管线必须采取特殊的保护措施。由于严格的监测和控制，在整个地下连续墙施工过程中，未发现对周边环境产生影响[8-10]。

7 结语

本文以武汉天悦星晨项目为工程依托，总结了在周边建筑环境、工程地质、水文地质条件都极复杂的工况下，临江嵌岩型超深地下连续墙施工的部分工程经验。

通过本工程的施工实践可见，在复杂的工程环境及地质条件下，需对地下连续墙施工工艺及参数采取相应的改进措施，以保障工程安全可靠的顺利实施。本工程的成功实施也可为国内今后大型临江嵌岩地下连续墙设计和施工提供借鉴和参考。