论超厚卵石地层地下连续墙成槽关键技术

吴晓雷

（中铁十四局集团第四工程有限公司，济南250002）

1 引言

20世纪80年代初期，我国开始引入地下连续墙施工工艺。地下连续墙施工工艺具有十分良好的防水性能，刚度较强，且具备较高的施工机械化程度，不需要高强度劳动。在我国深基坑围护结构中，地下连续墙作为临时或永久截水墙以及挡土墙有着良好的应用效果[1]。近年来，随着我国城市建设不断发展，地下连续墙施工应用范围逐步扩大，在一些工程地质条件十分复杂的区域，地下连续墙施工技术也开始逐渐被应用。本文以实际工程为例，详细介绍了在超厚卵石地层中地下连续墙成槽的关键技术。

2 工程概况

秦望广场工程地处杭州市富阳区，线路起自富春街道金桥南路与秦望路交叉口，终点位于秦望南路与春江南路交叉口处。工程全长3 070m，隧道全长2 872m，其中，盾构段长1 258m。秦望广场地下综合体施工规模约为260m×206m，深度为12.4 m，紧邻江滨西大道，位于富春江江边，地下综合体开发基坑距离富春江约为40m。围护结构采用43m深800mm厚地下连续墙+高压旋喷止水。

本项目所处地层基本为淤泥质粉质黏土、粉砂层、圆砾、卵石层及风化岩（见图1），该层属强透水地层，渗透系数较大，且本基坑距富春江仅40m，具有承压性，地下连续墙成槽施工过程中极易发生塌孔现象，槽壁质量也很难控制。通过对地下连续墙成槽过程中各个阶段参数进行对比分析，总结出一套系统性成果。

3 影响地下连续墙成槽质量的因素

超厚卵石地层地下连续墙在成槽过程中往往会出现垂直度偏差过大、漏浆、表面平整度差等各种问题，如果不能有效控制成槽质量，不仅会直接导致施工成本增加，同时还会对围护结构的安全性产生直接影响。而提升地下连续墙成槽质量的主要措施有：选择合理的成槽方式及成槽机械；对分槽段的长度进行合理划分；对泥浆性能进行改善。其中，成槽机械的选型和纠偏精度、泥浆护壁以及成槽方法是影响地下连续墙成槽质量的关键。

4 成槽机械选型以及纠偏精度

在选择成槽机械的过程中，应当对以下几个因素进行综合考量：机械设备的性能、施工条件、地下连续墙厚度及强度、开挖深度、地层特性[2]。经过各个方面的比对，最终本工程选用徐工XG700E型液压抓斗成槽机。选择这个型号设备的原因如下：（1）施工效率较高，该机械有着较大的抓斗闭合力且提升速度较快，对于卵石地层，保障成槽稳定的重要因素就是成槽速度；（2）成槽垂直性较好，该机械能够配置纠偏装置，自动纠正X与Y两个方向的偏差；（3）具备先进的电子测量系统，该型号的机械能够将测量精度精确到0.01 °；（4）该型号机械具备相对安全且可靠的防护系统，在抓斗上升以及下降过程中都配备了安全保护措施。

图1 秦望广场工程地质断面图

5 超厚卵石地层地下连续墙成槽方法

5.1 成槽试验段的问题分析

现阶段，被广泛应用的地下连续墙成槽工艺有铣削成槽、冲击成槽以及抓斗成槽[3]。其中，应用最为普遍的还是抓斗成槽施工技术。本工程在施工过程中也选择抓斗成槽技术，对试验段成槽结果进行研究表明：对于超厚卵石地层施工过程，抓斗成槽机的进尺速度相对较慢，受工程地质软硬分布不均的影响，很难有效控制抓斗垂直度，进而导致成槽垂直度出现严重偏差。而本工程实践结果表明，控制地下连续墙垂直度有十分重要的作用，甚至是保障地下连续墙稳定性以及避免地下连续墙墙体受到侵害的关键，能够充分保障周围环境的稳定性以及基坑的安全性。

5.2 地下连续墙成槽新技术

5.2.1“一槽、三抓、四引孔”成槽法的应用

对试验段施工结果进行充分分析，适当改进了传统成槽方法，提出了一种对于超厚卵石地层地下连续墙成槽更加有效的施工工艺，即“一槽、三抓、四引孔”成槽法[4]。在应用过程中，首先，施工单位应当采用旋挖钻机引孔，随后采用成槽机开展成槽施工，参照槽段长度来确定引孔数量，针对本工程实际情况，选择4个引孔。

5.2.2 成槽垂直度控制

首先，钻机引孔的垂直度控制措施。在实际施工前，施工单位应严格参照超厚卵石地层特征，对钻头的磨损、钻头直径等进行严格检查，及时更换损耗严重的钻头[5]。施工过程中应当对旋挖钻机引孔间距进行严格控制，保障成槽机在抓土过程中抓斗切削齿刀位置在引孔范围之内，最大限度地避免由于抓斗受力不均匀而发生倾斜，进而造成垂直度偏差过大的问题。

施工前，相关施工人员应准确定位桅杆，并在作业过程中对桅杆位置进行适当调整。在调整过程中，相关施工人员可以通过显示器上的桅杆工作界面的实时监测画面掌握桅杆位置与状态，充分保障施工质量。

在钻孔过程中，施工人员应缓慢钻进钻头，进而形成稳定的护壁，充分保障孔位的准确性。与此同时，在钻孔过程中还需要用距离交汇法对钻杆位置进行定期核校，若出现偏离情况应立即进行调整，直到孔位定形才能停止核校工作。

在旋挖钻施工过程中，若遇到钻进困难或是倾斜的情况，则应采用冲击反循环钻机方形钻头对偏斜部分进行凿除，当修孔工作真正完成之后，槽孔内部空间开始逐渐变大，而在这种情况下抓斗导向板导向作用彻底失效。因此，可以在这种情况下利用冲击钻圆形钻头打设引孔，充分保障抓斗斗体的导向作用，避免发生再次倾斜。

最后，相关施工人员应当对槽段开挖顺序进行合理设计，对施工全过程进行严格的质量管理，充分保障地下连续墙的成槽质量。

6 泥浆护壁技术

6.1 泥浆制备

在泥浆制备过程中，需要充分考虑施工现场的地质条件，确定好泥浆性能指标，这里将卵石砂岩层作为泥浆配置过程中需要关注的核心。对相似地质条件下的其他工程项目进行调查分析，发现在面对卵石砂岩层的情况下，地下连续墙施工采用的多是膨润土泥浆，指标新浆相对密度通常不会超过1.10 ，含砂率不超过4%，黏度一般在24 Pa·s之内[3]。

结合该工程实际情况开展相应的泥浆配比试验，选择3种不同的泥浆材料：（1）某国产泥浆材料，只需要依照配比加水搅拌就可以得到相应的泥浆；（2）某进口泥浆材料，同样可以加水直接配置泥浆；（3）自主配置的泥浆，主要材料包括CMC（羧甲基纤维素钠）、膨润土等。考虑到地层本身特点，国产泥浆材料缺乏针对性，而进口泥浆材料虽然性能优越，但是成本较高，因此，最终选择自主配置泥浆。设计泥浆指标为：

黏度：20～25 P a·s；

失水量：＜20m L；

相对密度：1.06 ～1.10 ；

泥皮厚度：＜2mm；

含砂率：＜4%；

pH：8～10。

经过大量试验对比后，最终确定泥浆材料的配比见表1。

6.2 泥浆应用

6.2.1 在试成槽阶段的应用

地下连续墙施工前，需要做好槽段的非原位试验成槽。在这个阶段，需要对槽壁稳定性、泥浆性能指标以及成渣厚度等进行检测，借助相应的试成槽试验，确定具体施工数据，为地下连续墙施工提供指导。在本工程中，其厚度取与地下连续墙一样的厚度800mm，宽度为4m，结合现场实际情况确定成槽深度[4]。

为了保证泥浆性能测试的准确性，共进行2次试验，泥浆材料配比采用了表1所示的2种。初次试成槽深度为31 m，在成槽过程中，泥浆性能得到了有效控制。在成槽完毕，混凝土回填前，将其静置24 h，超声检测结果显示，槽壁稳定性良好，没有出现塌方问题。之后进行水下混凝土浇筑，浇筑第2车混凝土时，浇筑速度变慢，混凝土置换泥浆难度增大，对槽段内泥浆进行测试发现其黏度从原本的23.31 P a·s增大到了40 P a·s。分析原因，可能是因为混凝土中的钙离子或地下水中的镁离子进入泥浆中，导致泥浆相对密度增大，黏度与凝胶化倾向也随之增大。第二次成槽深度25m，以5 m为间隔，对每个阶段的泥浆性能都进行了测试，结果显示，泥浆的黏度、含砂率和相对密度会随成槽深度的增大而逐渐增大，但是整体较为稳定，因此，将其作为实际施工中的泥浆配比。

表1 2次试验得到的泥浆材料性能指标

6.2.2 在施工阶段的应用

依照CMC∶膨润土∶碱∶水=0.8 ∶90∶4∶1 000的配比进行泥浆配置，结合实际情况，进一步降低了其黏度（20 P a·s）。结合相关测试结果分析，在卵石砂岩层中，泥浆相对密度稳定在1.10 ～1.20 ，除个别区域外，泥浆黏度约在20～30 P a·s，含砂率不超过5%，表明整个施工过程中，护壁泥浆性能都处于稳定可控的状态[5]。

7 结论

1）地下连续墙试验段成槽质量检测指标中，大部分问题是垂直度偏差较大。对此进行分析可知，地下连续墙施工质量出现问题的根本原因是成槽工艺不当以及泥浆性能较差。

2）根据实验段的成槽效果分析，提出了一种适合超厚卵石地层的地下连续墙成槽方法，也就是所谓的“一槽、三抓、四引孔”成槽法。在成槽过程中应采用“钻抓法”，先采用旋挖钻机引孔，再使用成槽机抓土成槽。

3）通过地下连续墙成槽过程中各个阶段护壁泥浆性能参数的对比分析，得到了合理的泥浆配比，对于卵石砂岩地层有着良好的适用性，能够切实保障地下连续墙施工效果，也为类似地质地下连续墙成槽施工提供参考和借鉴。