复杂地层地下连续墙施工关键技术*

李学聪

(广州地铁集团有限公司，广东 广州 510220)

0 引言

随着城镇化推进，市区用地日趋紧张。为缓解土地资源矛盾，加快城市发展，地下空间开发与利用逐渐得到重视。地下连续墙在护壁泥浆保护下，采用机械成槽，在槽内下放钢筋笼、水下浇筑混凝土，形成集承重、挡土、抗渗效果于一体的连续墙体，在深大基坑开挖过程中被广泛应用[1]。针对目前地下连续墙存在的地下水渗漏问题，Segura-Castillo等[2]提出在传统钢筋混凝土层表面喷射钢纤维混凝土防水添加剂，并验证其有效性。李建高等[3]从泥浆性能、承压水头、土层物理力学性能3个方面分析总结地下连续墙槽壁稳定性，给出实际施工参数指标。陈先智等[4]针对普通护壁泥浆的工程应用问题，提出一种新型聚丙烯酸钠复合泥浆改进泥浆成分，在实际工程中取得良好效果。李林[5]对国内罕见的100m以上特深地下连续墙水下分段浇筑不同强度等级混凝土进行现场试验，其试验结果可为实际施工提供参考。朱继红等[6]针对海域围堰施工地层存在大量孤石的情况，提出一套可保障成槽质量、提高成槽效率的施工工艺。对于不同类型地层分布，许多学者针对性地提出不同施工工艺，并取得了良好的施工效果[7-10]。但目前对地下连续墙施工工艺的研究多为基于软弱地层条件，针对复杂岩土地层条件施工方案的研究相对较少。本文以广州地铁13号线某车站复杂地层条件下地下连续墙施工项目为背景，分析总结其关键施工技术，以期为类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 设计概况

广州地铁某车站位于中山大道与车陂北街交叉口，车站沿中山大道东西方向布置，地下4层，共设3组风亭，2个出入口，与既有地铁4号线某车站共同组成换乘站。车站长211m，宽11.85～17.50m，基坑深34.12m，总建筑面积22 030.16m2，采用盖挖逆作法施工，支护形式为地下连续墙+内支撑。

地下连续墙厚1 000mm，深35.62m，嵌固深度为1.5m。分两期槽段交错布置，其中1期槽段宽6.8m，2期槽段宽2.4m，各槽段墙身采用套铣法连接。地下连续墙采用C35水下浇筑混凝土，抗渗等级P8。

1.2 地质概况及水文条件

车站位于珠江三角洲冲积平原地貌区，地表沉积物为海陆交互相和冲积-洪积相砂层及黏性土层，下伏基岩为白垩系碎屑岩。土层物理力学性能参数如表1所示，地层分布状况及车站主体结构剖面如图1所示。

表1 土层物理力学性能参数

图1 车站主体结构剖面

车站地下水属于珠江水系，水位除受雨水及地表水径流影响外，还受潮汐作用的影响。地下潜水层主要分布于人工填土层①,水位深度为0.8～4.1m,承压水主要分布于中粗砂③2、粉质黏土②及全风化碎屑岩⑥中，承压水头为8.7～14.1m。

在腐蚀性评价中，地下水及土体对地下连续墙的影响为微腐蚀性，施工及日常使用阶段无需考虑腐蚀性影响。

1.3 周边环境

车站位于广州市繁华地段，南侧紧邻中山大道，车流量、人流量极大。北侧紧邻郝氏祠堂、苏宁广场和汇鸿商业广场，其中苏宁广场距车站主体最近约5.5m；汇鸿商业广场距车站主体最近约5m；郝氏祠堂为天河区文物保护单位，浅基础砌体结构，距车站主体最近约1.6m，对周边地层振动、变形、沉降的控制要求最严格。车站监测点平面布置如图2所示。

图2 车站监测点平面布置

2 施工重难点

1)车站施工场地位于城市繁华地带，周边既有建筑物多，直接采用传统旋挖钻配合成槽机成槽，施工产生的振动及地表沉降会对周边建筑产生不良影响，同时也不满足安全文明施工的要求。所以合理选取土层加固方案及成槽机械，将对周边建筑的影响降至最低，是本工程施工难点之一。

2)车站所处位置地下水系发育，地质条件复杂，土层整体为上软下硬分布，地层软硬交界处的成槽速度直接影响成槽精度和质量。如何在工期较短的情况下保质保量完成地下连续墙的施工是需解决的难题之一。

3)地下连续墙施工时，上部土层主要为人工填土和粉质黏土，成槽期间易发生局部塌陷，增大混凝土浇筑时充盈系数。配合比良好的泥浆可有效维持槽壁稳定，防止槽壁坍塌，所以根据地层状况配制性能良好的护壁泥浆是施工的重难点。

4)地下连续墙作为车站主体结构的一部分，除起挡土、承重作用外，其抗渗性能也十分重要。地下水渗漏通常发生于各槽段连接处，接头性能的好坏直接影响后续基坑开挖作业和车站日常使用。选择正确的连接形式以提高结构整体刚度和抗渗性能也是本工程施工重点之一。

5)成槽施工至淤泥质粉砂岩层时，泥浆中含砂量增加，成槽完成至混凝土浇筑前，泥浆中粉细砂及其他杂质沉淀在槽底堆积。若沉渣处理不彻底，混凝土浇筑后会直接影响地下连续墙承载力，甚至导致墙体下沉、墙脚破坏。及时处理槽底沉渣是地下连续墙施工的重点之一。

3 施工关键技术

3.1 槽壁加固

由于该车站上部土层地质条件较差，且地下连续墙周边建筑物分布密集，距离较近。若直接进行导墙施工、成槽开挖，易导致槽壁局部塌陷，且会对结构周边土层造成强烈扰动，导致地表沉降过大，对既有建筑物造成安全隐患。

围护结构施工前，沿地下连续墙在其内、外两侧采用双轴搅拌桩对人工填土层、淤泥质粉细砂、粉质黏土层进行加固处理，在既有建筑物沿线单独设置1排双轴搅拌桩，加强对建筑物的保护。搅拌桩设计直径为600mm，桩间咬合150mm，平均设计深度为13m。

3.2 成槽机械选择

地下连续墙成槽施工一般先采用成槽机抓取上部软弱土层，施工至风化岩层时利用旋挖钻进行引孔作业，引孔至设计标高后，利用成槽机分段抓取下部土层，以完成槽段施工。

该车站地下连续墙成槽深度范围一半以上为风化泥质粉砂岩，岩层强度较高，含砂量较大。传统成槽机施工效率较低，无法满足工期要求，且传统机械施工的振动冲击较大，对周边土层影响较大，不符合周边地表沉降控制要求。

为保障成槽质量与效率，减少对周边环境的影响，采用旋挖钻和双轮铣槽机配合完成地下连续墙成槽。双轮铣槽机成槽振动小、噪声低、成槽精度高(垂直度≤0.3%)，尤其适用于粉砂岩层[11]。为提高施工效率及成槽精度，用旋挖钻在各槽段引孔(钻孔直径1 000mm)，可加强对相应槽段垂直度的控制，提高双轮铣槽机成槽速度。双轮铣循环宽度为2 800mm，现场每循环引钻2孔，如图3所示。

图3 槽段引孔示意

3.3 泥浆制备

护壁泥浆在成槽过程中可有效平衡地下水压力和部分槽壁土压力，且泥浆中部分土颗粒可渗入槽壁形成1层紧密泥皮，防止槽壁坍塌。

根据现场地质探测结果可知，本工程地层种类较多，不同成槽阶段需根据不同地层类型及时调整泥浆密度。上部黏土、砂土层对应泥浆密度为1.05～1.15g/cm3， 遇到下部粉砂层时可适当提高至1.30g/cm3。

现场配有由搅拌池、贮浆池、循环池、沉淀池及泥浆泵组成的泥浆循环系统。新鲜泥浆由水、优质膨润土、纤维素、分散剂按配合比依次投料搅拌制成。新制泥浆应在储浆池中存放24h，各项性能指标检测合格后方可投入使用，存放过程中每8h用空气压缩机搅拌1次。

使用后的泥浆由泥浆泵抽出，经振动筛和旋流器处理后流入沉淀池，通过沉淀处理检测泥浆指标，补充相应原料并搅拌，放置储浆池备用，以实现泥浆的循环使用，不合格的废弃泥浆经处理后排出。

泥浆护壁过程中泥浆液面应高于地下水位1.5m，以防止上部槽壁局部坍塌。成槽至粉砂岩层时泥浆黏度不宜过大，黏度过大会导致泥浆裹挟较多泥砂，加重泥浆泵负担，加大泥浆循环处理难度，从而降低施工效率。

3.4 套铣法连接工艺

目前，常见的地下连续墙槽段连接方式有工字钢连接和套铣法2种。传统工字钢连接受限于槽深，在构件整体起吊过程中易产生扭转变形，影响接缝处抗渗性能，且在混凝土浇筑过程中，底部易发生扰流现象，从而增大混凝土充盈系数，影响结构质量。为避免上述情况的发生，结合本工程实际情况，决定选用套铣法连接工艺。

套铣法连接利用双轮铣槽机切削硬岩的能力，在已成槽段两侧各切削等宽混凝土，在不使用锁口管、接头箱的情况下形成抗渗性能好、致密的接头。

地下连续墙1期槽段混凝土浇筑完成10d后，用双轮铣槽机在1期槽段两侧各切削20cm厚混凝土，进行2期槽段浇筑，如图4所示。若切削与浇筑时间间隔较长，则应使用刷壁器清刷切削部位，以消除表面杂质对连接性的影响。

图4 套铣工艺

3.5 清底换浆

泥浆中含砂量随着成槽深度不断增加，吊放钢筋笼、浇筑混凝土前，泥浆中砂土由于沉淀作用堆积在槽底，严重影响浇筑质量。吊放钢筋笼前有必要使用空气升液器对槽底沉渣及槽段下部泥浆进行置换处理。

成槽完成后，利用起重机将空气升液器吊至槽口，为防止底部沉渣堵塞吸管口，升液器吸管需在距槽底约1.5m处试吸。吸渣时吸管由浅入深，在距底部0.5m处沿槽段宽度范围内上下左右移动，以吸出槽底碎砂淤泥，清底后对槽段5m以下处泥浆进行置换。清底换浆完成后，检测槽底沉渣厚度和泥浆性能，当沉渣厚度<100mm，泥浆密度<1.15g/cm3、黏度<30s时立即施工下道工序。

4 施工效果分析

广州地铁13号线某车站地下连续墙施工受工期、地质条件、周边环境等诸多因素影响，采用搅拌桩加固地层、旋挖钻引孔、双轮铣成槽、套铣法连接、墙脚清底换浆的技术方案进行施工。该方案在实际施工过程中能显著减小成槽机械对地层的振动影响，防止上部软弱土层局部坍塌。周边建筑物沉降监测数据如图5所示。由图5可知，周边建筑物在地下连续墙施工阶段最大沉降量仅为1.62mm，在设计允许范围内。墙体施工完成后，通过测斜管测得墙身垂直度<0.3%，现场超声波检测表明墙身质量符合设计要求。本工程在保证墙身垂直度、墙体质量的前提下，缩短了工期，减小了施工对周边环境的影响。

图5 周边建筑物地表沉降监测曲线

5 结语

本文以广州地铁13号线某车站地下连续墙工程为例，对复杂地质条件下地下连续墙成槽、连接等重难点问题进行分析总结，并采取相应的施工技术措施，得出以下结论。

1)施工场地周边建筑物较多、沉降控制较严时，可使用搅拌桩对槽壁两侧土体进行加固，并沿建筑物相对施工侧轮廓线进行双层加固，成槽掘进时可有效减少对周边地层扰动，减小地表沉降。

2)复杂地层条件下，采用旋挖钻配合双轮铣槽机成槽施工，能将地表沉降控制在设计允许范围内(20mm)，减少对周边环境的影响。

3)泥浆性能直接影响成槽质量，施工至淤泥质粉砂岩层时，可适当提高泥浆密度，以维持槽壁稳定。成槽完成后应及时进行清底换浆，避免槽底沉渣对地下连续墙结构性能造成影响。

4)地下连续墙槽段采用套铣法连接，能提高结构抗渗性和整体性。