提高富水砂层地下连续墙质量技术研究

徐 艺 文

(中铁二十四局集团有限公司，上海 200433)

1 工程概况

1.1 项目概况

南通轨道交通2号线一期工程西起港闸区幸福站，经崇川区至终点通州区先锋街道，全长20.4 km，共设17座车站，全部为地下车站。车站主体围护结构采用地下连续墙进行基坑支护兼作止水帷幕，地下连续墙标准幅宽6 m，厚800 mm，深30 m～50 m。

1.2 工程地质条件

南通地处长江下游冲积平原，地形平坦，地貌类型单一。地层自上而下可划分为：①填土、②粉土、③1粉砂夹砂质粉土、③2粉砂、③4粉细砂、③5砂质粉土夹粉砂、④1t砂质粉土夹粉质粘土、④1粉质粘土、④2粉质粘土与粉土互层、④2t砂质粉土夹粉质粘土、⑤1砂质粉土夹粉砂、⑤1t粉质粘土夹粉砂、⑤2粉砂夹砂质粉土、⑤3粘质粉土夹粉砂。基坑底以上以砂性土为主，力学性能较好，经降水疏干可进一步提升，渗透性大，④-1，④-2粘性土渗透性小，具备隔水性。

1.3 工程水文条件

地下水自上而下可划分为：潜水、第Ⅰ1承压水(④层以下的砂土、粉土层)、第Ⅰ2承压水(⑥层粉砂夹粉土)。

浅层含水系统由第四纪全新世河口滨海相潜水含水层组组成。含水介质以灰色粉砂或粉砂质亚砂土，其底板为富含有机质的淤泥质亚粘土。埋深在25 m～40 m，潜水位埋深在1.0 m～4.0 m，潜水位动态受年降雨周期变化影响，参与现代水循环。

中层含水系统由第一、二承压含水层组成，第一承压含水层组为上更新世晚期浅海相与河口相交互成层。含水介质以青灰色粉细砂为主，含少量中粗砂，其间夹有淤泥质亚粘土层。该含水层组埋深40 m～140 m。水位埋深2 m～3 m。第二承压水层组为中更新世早期滨海河口相沉积，含中砾中粗细砂层。底板埋深220 m～270 m，水位埋深3 m～5 m。

深层含水系统为早更新世河湖相沉积，埋深250 m～350 m，为第三承压水层。

1.4 水文专项勘察

针对南通“富水”特点，对全线选取三个站位进一步开展水文专项勘察，研究土层各向差异渗透性、土层之间水力联系与补给、群井降水沉降计算修正参数及潜水与承压水回灌可行性，获得回灌施工技术参数。

设计资料共勘察南通火车站、体育公园站、太平路北站三处，以南通火车站为例，其水文专项勘察表见表1。

表1 南通火车站水文专项勘察表

通过勘察结果进行水文地质分析，经研究发现，沿线属长江三角洲冲积平原，地貌类型单一、地层分布均匀、地层结构稳定，地层多为富水砂层；地层力学性能较好，降水后力学性能进一步提升；隔水层较薄、较浅，部分缺失，多涉及承压水问题。

2 施工质量问题及原因分析

2.1 落笼困难

南通地铁卡笼统计情况分析见表2。

表2 南通地铁卡笼统计情况分析表

通过对南通地铁1号线各站点出现的卡笼情况进行统计，经分析可以看出，除个别卡笼墙幅存在施工精度、混凝土绕流等原因外，其余卡笼本质上均为塌槽、缩径所致，呈现出作业时间越长，塌槽、缩径发展愈烈的规律；异形墙幅需采取一墙两笼工艺，成槽、钢筋笼加工及吊装均难度较大，塌槽、缩径更易发生，致使卡笼现象更为突出。

2.2 墙体鼓包

通过对南通地铁1号线各站点开挖后出现的墙体鼓包情况进行统计，经分析可以看出，南通地质水文条件下，基坑开挖后地下连续墙墙体鼓包现象较为普遍，墙体鼓包多发生于首道混凝土支撑及第二道支撑之间。鼓包形成主要因为浅层土体塌槽(①填土、②砂质粉土夹粉质粘土、③1砂质粉土夹粉砂)，浅层土体松散、孔隙大、渗透性好、内聚力小，对外力反应灵敏，在微弱动水或抓斗循环往复的碰撞等外力作用下易产生移动，丧失稳定，造成塌槽。

在成槽过程中，若抓斗进尺过慢，槽内泥浆易发生絮凝和沉淀，致使泥浆比重减小，导致槽壁失稳；若抓斗进尺过快，槽壁周围地基土的孔隙水压力上升，泥浆的流动使槽壁上的泥皮受到冲蚀，槽壁也容易造成失稳。

由于泥浆液柱与地层间水位存在压力差，泥浆中水分会向槽壁内渗透而失水，使黏土颗粒黏附在槽壁上形成泥皮，砂性地层中泥浆漏失量较大，易形成厚的泥膜，疏松且易脱落，引起槽壁坍塌。

2.3 墙面露筋

通过对南通地铁1号线各站点开挖后出现的墙面露筋情况进行统计，经分析可以看出，南通地质水文条件下，地铁基坑地墙围护露筋现象较为普遍；地墙露筋全基坑开挖断面内均存在，多发生于首道混凝土支撑及第二道支撑之间；露筋为地墙槽壁缩槽形成的表观现象，形成主要为槽壁水土压力大于槽内泥浆压力致使槽壁向内变位。

2.4 渗漏、夹泥

通过对南通地铁1号线各站点地下连续墙混凝土浇筑充盈系数情况进行统计，并对比无锡、苏州地铁地连墙充盈系数，经分析可以看出，南通地质水文条件下，充盈系数普遍偏低，地墙缩径现象显著；混凝土充盈系数离散性大，地墙塌槽现象突出；钢筋笼保护层设置不到位；导管摊铺面积不够，部分位置灌注不到，被泥渣充填；导管最小埋置深度不够，泥渣从底口进入混凝土内；砂性土缩槽较为显著，尤其是雨季；地墙施工工序衔接时间过长，塌槽后导致槽壁砂土侵入钢筋笼。

3 设计方案优化

3.1 设计原则/标准

设计标准见表3。

表3 设计原则/标准

3.2 设计方案选择

设计方案选择见表4。

表4 设计方案选择

4 施工质量控制措施

4.1 施工荷载控制

1)在含砂层、松散地层适当减小成槽速度，成槽时抓斗下放应遵循一定的原则，即轻提慢放、严禁蛮抓，成槽速度均值控制在5 m/h左右，防止泥浆的大幅度波动，避免因抓斗上下过程中反复碰撞槽壁造成的塌槽。

2)严格控制导墙施工质量，适当加大导墙深度，加固地质，导墙内侧加支撑，使导墙受力均匀。

3)地铁车站一般位于城市主干道，围护结构距离机动车道较近，尤其是交通繁忙路段，过往车辆的振动、成槽机械的重载及施工振动对槽壁稳定不利，所以临近道路侧地下连续墙施工考虑避开交通高峰期。

4)成槽过程中，大型起重吊装机械、混凝土罐车等施工机械尽量在远离正在施工槽段的施工便道侧行驶。

5)成槽机械下方可铺垫钢板分散荷载，单元槽段成槽完毕或暂停作业时，应立即将成槽机移开作业槽段，施工现场材料堆放远离槽段，其他施工项目与施工槽段错开时间。

4.2 施工精度控制

1)在加工槽段钢筋笼时，严格控制钢筋笼桁架筋尺寸和定位垫块尺寸，钢筋笼宽度应比槽段宽度小200 mm～300 mm，使钢筋笼与两端有空隙，避免由于钢筋笼尺寸加工不准而导致笼宽大于槽孔宽而无法安放。

2)在成槽过程中抓斗中心面与导墙中心面相吻合，保证开挖槽壁面的垂直度和水平位置精度，每一幅地连墙成槽后均用超声波测壁仪器对壁面垂直度进行检测，要求孔位在沿槽段及垂直槽段的两个方向上偏差均满足要求。避免成槽机悬吊装置偏心，抓斗未安置水平而导致槽壁凹凸不平而造成钢筋笼无法入槽。

3)对钢筋笼吊装进行验算，对于超长钢筋笼适当增加吊点数量，采用双机抬吊，使钢筋笼起吊时受力相对均匀，避免吊装时钢筋笼由于弯曲变形过大而无法顺利入槽。

4.3 施工时间控制

1)根据地下连续墙施工工序，合理计算各工序施工时间，保证工序衔接的时效性，每幅槽段施工做到紧凑、连续，缩短裸槽时间。

2)控制优化地墙施工时间，地墙成槽控制在10 h左右，下放钢筋笼控制在1 h以内(越快越减小缩径引起卡笼的风险)，填沙袋及下导管1.5 h，混凝土浇筑时间控制在4 h以内(早晚上下班高峰时提前30 min发料)，避免泥浆中悬浮物沉淀并吸附于钢筋上而影响握裹力。

4.4 泥浆质量控制

1)泥浆拌制材料选用膨润土，规格、性能和包装应符合国家相关标准，粘粒含量应大于50%，塑性指数应大于20，含砂量应小于5%，二氧化硅与氧化铝含量比值宜为3～4。

2)新配置泥浆比重为1.06～1.08,粘度25～30，含砂率小于3%，pH值8～9；循环泥浆的比重1.20～1.25，粘浆度30～35，含砂率小于6%，pH值大于8；泥浆符合下列情况之一的需废弃，比重大于1.35,粘度大于60，含砂率小于11%，pH值14。

3)槽底清理和置换泥浆结束1 h后，槽底500 mm以内的泥浆比重应小于1.15；含砂率不大于8%；粘度不大于28 s，沉渣厚度不大于100 mm。

4)泥浆池的存储方量要达到平均槽段容量的1.5倍～2倍，保证在有工作面的情况下，即使混凝土还没浇筑，已经有部分泥浆可以供挖下一幅槽使用，避免出现窝工现象，同时，也可以避免混凝土浇筑时回浆放不下的情况。

泥浆指标调整规则见表5。

表5 泥浆指标调整规则

4.5 槽壁宽度控制

1)槽壁适当加宽，抓斗两侧各焊1 cm厚钢板，抵消缩槽带来的影响，以空间换空间、以空间换时间。

2)垫块加密，尺寸加大，发挥扶壁作用，降低缩槽影响，降低露筋率。

3)钢筋笼加工完成后，在钢筋笼背土面设置彩钢瓦或彩条布隔断，混凝土浇筑时可减小由于塌槽引起的鼓包，也可做4 m×6 m的钢板，在混凝土初凝前取出，增加墙面开挖后的平整度。

4.6 受力平衡控制

1)每两幅地下连续墙设置一口潜水井，提前启用降水井，成槽前预降水3 m～5 m，保证从成槽到混凝土浇筑期间不间断抽水，使护壁泥浆压力大于地下水压力并平衡掉部分土压力。

2)泥浆出现波动时及时补浆，保证槽内泥浆液面高度距离导墙面0.2 m左右，且高于地下水位0.5 m以上。

4.7 槽壁加固控制

1)搅拌桩加固，异形墙幅槽壁采用搅拌桩加固(深至基底下3 m)；

2)临近一级风险源区域墙幅槽壁采用搅拌桩加固(深至基底下3 m)；

3)临近一、二级区域风险源墙幅接缝采用旋喷桩加强止水(深至基底下3 m)；

4)较厚杂填土区采用槽壁加固，槽壁加固注意严控搅拌桩垂直度，避免浆液凝固侵入槽段造成新的障碍而无法成槽；

5)对充盈系数小于0.99的墙幅，应在开挖前对相邻墙缝进行高压旋喷注浆补强止水。

5 施工效果

通过将南通地铁1号线总结的地下连续墙施工质量控制措施，在南通地铁2号线地下连续墙施工过程中进行应用，地下连续墙质量得到较大提升，基本解决卡笼、大面积露筋等质量问题(见表6)。

表6 地下连续墙实际值及监测限值

除园林路外，地墙变形约为限值80%、地表沉降约为限值70%；园林路站地墙变形过大主要原因为支撑架设不及时与超挖量较大。

6 结语

针对南通特有富水砂层地质情况，地下连续墙成槽施工质量影响因素较多，施工时应从加强导墙施工、成槽作业、泥浆制备、钢筋笼吊装、混凝土浇筑等全过程管理，成槽时通过减小施工荷载、提高施工精度、工序有效衔接、严控泥浆质量、勤测槽壁宽度、提前降低水位、加强槽壁加固等措施，解决富水砂层中地下连续墙极易出现塌槽、缩径的问题，减少涌水、涌砂、塌陷、沉降等质量事故。