天津深基工程有限公司 天津市 300222
摘要：随着城市轨道交通建设事业的发展，换乘地铁车站的建设规模日益扩大。这一类地铁车站不仅面临复杂的地质条件，且超深基坑地连墙的深度很大，从而增加了地连墙成槽施工的难度。为了解决复杂地质条件下超深基坑地连墙的成槽施工问题，本文举例分析了超深基坑地连墙成槽施工的稳定性，并提出了从导墙设置、成槽施工设备安排、地下水位控制、高压旋喷桩加固和护壁泥浆制备等方面优化复杂地质条件下超深基坑地连墙成槽施工技术。
关键词：复杂地质；超深基坑；地连墙；成槽施工
Construction Technology of connecting Wall of Ultra Deep Foundation Pit in complex Geological condition
Wang Guan，Xing RongLiang
（Tianjin Shenji Engineering Co., Ltd.，Tianjin，300222，China）
Absrtact: With the development of urban rail transit construction, the construction scale of transfer subway station is expanding day by day. This kind of subway station not only faces complicated geological conditions, but also has a great depth of deep foundation pit connecting wall, which makes it more difficult to build trench of ground connecting wall. In order to solve the problem of grooving construction in ultra-deep foundation pit under complicated geological conditions, this paper gives an example to analyze the stability of grooving construction of super-deep foundation pit, and puts forward the following aspects: setting of guide wall, arrangement of construction equipment and control of groundwater level. In the aspects of high pressure rotary jet grouting pile reinforcement and wall slurry preparation, the construction technology of super deep foundation pit connecting wall is optimized under complex geological conditions.
Key words: complex geology; ultra-deep foundation pit; ground connecting wall; grooving construction
0 引言
在超深基坑地连墙成槽施工中，因水文地质条件、施工荷载和泥浆选用等因素所致的施工事故屡见不鲜。为此，本文首先根据有限元分析结果，分析复杂地质条件下超深基坑地连墙成槽施工的稳定性，然后再进一步提出超深基坑地连墙成槽施工策略，目的是为了提高超深基坑地连墙成槽施工质量。
1 研究概况
1.1 工程概况
梅林路地铁站为六号线中转站，共5层，地上2层、地下3层。该地铁车站基坑的围护结构为厚800m的地连墙，并兼做站房主体基础结构。该地连墙的成槽深度为58.6m，且墙顶位于地面下约10m的地方。
1.2 与工程有关的技术参数
经勘察发现，该超深基坑地连墙成槽施工区的地质条件非常复杂，从下到上依次分布着3a或3c层粉质黏土、①层黏土、⑤层软-流塑粉质黏土、③层稍-中密粉砂粉质黏土、②层软-流塑粉质黏土、②层软-可塑粉质黏土、①层硬-可塑黏土和人工填土，其中3a或3c层粉质黏土层为围护结构的插入层；同时，施工区的水文条件也非常复杂，分布着微承压水和承压水（见表 1.2-1），从而增加了超深基坑地连墙成槽施工的难度。
表 1.2-1 工程水文条件
图 2.1-1 承压水与成槽稳定性关系的模拟结果
如图 2.1-1 所示，槽壁水平变形深受粉质黏土层的微承压水的影响；如果将承压水的作用考虑进来，则易因粉质黏土层较重的粉砂性而引起槽壁水平变形，从而导致粉质黏土层顶、底部的槽壁土体被破坏，但粉质黏土层上、下土体因力学性质良好而未被破坏。可见，在粉质黏土层粉砂性与微承压水的影响下，槽壁容易发生塌孔事故。
2.2 施工附加荷载的影响
在超深基坑地连墙成槽施工中，成槽机一般在槽孔侧地面上开展施工作业， 故需对施工附加荷载的影响进行模拟。在施工附加荷载模拟中，计算长度取15m，而在考虑了机具重量时的施工附加荷载值取 20kN/m2。图 3-2 所示为施工附加荷载与成槽稳定性关系的模拟结果。
图 2.2-1 施工荷载与成槽稳定性关系的模拟结果
如图 2.2-1 所示，土体的附加应力因施工附加荷载的影响而不断增大，并引起土体水平变形出现最大值的部位上移，这与一般规律相符；在粉质黏土层的顶、底部集中出现了土体塑性区。为此，施工决定用钢筋混凝土硬化吊车、成槽机等机具施工区的场地，并将钢板铺设在成槽机的作业区，以保证成槽机的施工荷载分布均匀及控制其对槽壁稳定性的影响。
2.3 抓斗吸力的影响
由前文可知，该超深基坑地连墙的成槽深度达到 58.6m，故在整个成槽施工中，成槽机的抓斗在反复抓土的过程中易引起抓斗下方局部出现负压力，从而影响到了槽壁的稳定性。为了控制抓斗负压力（吸力）对成槽稳定性的影响，需适当折减抓斗下方 2m 内泥浆对槽壁产生的压力，即：当成槽机的抓斗运行到开槽面 10m 以外时，折减泥浆的压力至 0；当成槽机的抓斗运行到开槽面 10m 以内时， 从泥浆压力的原值中折减 100kN/m2 即可。例如，当成槽机抓斗的负压出现在开槽面以下 8-10m 和 30-32m 区间时，建立相应的有限元模型。计算结果显示，如果成槽机抓斗的负压出现在开槽面以下 8-10m 区间，则这一区间将会产生较大的位移量，从而降低了槽壁的稳定性；如果成槽机抓斗的压力出现在开槽面以下30-32m 区间，则这一区间的最大位移值出现在粉质黏土层下方。可见，成槽机的抓斗反复抓土将会影响到 10-20m 区间土体的稳定性。对于案例工程，其连续墙的开挖深度58.6m，故成槽机的抓土次数较多，且坑底土方的反复抓取易引起10-20m 区间的土体塌陷。为此，建议成槽机的液压抓斗缓慢进出液面，并对液面的吸附力与冲击力进行严格控制。
3 超深基坑地连墙成槽施工策略研究
鉴于水文地质条件、施工荷载和泥浆选用等因素都会影响到超深基坑地连墙的成槽施工质量，笔者提出以下施工策略，目的是为了提高槽壁的稳定性及防止槽壁坍塌：
3.1 设置导墙
在地连墙定位和施工中，导墙是非常重要的临时构造物，即：在定位时，导墙有助于防止槽壁坍塌；在施工中，导墙承受了挖槽机动荷载、混凝土浇筑导管和钢筋笼的作用。为此，施工决定于表层土软弱区设置厚度≥0.25m 的现浇 L 型钢筋混凝土导墙，其中深导墙深 2.0-2.5m、标准导墙深 1.5m（见图 3.1-1）。
单位：mm
图 3.1-1 导墙断面图
3.2 科学安排成槽施工设备
对于成槽机施工场地和钢筋加工场地，先用混凝土硬化处理，并在成槽机停靠施工处铺设厚 4cm 的钢板。为了减轻成槽机施工的影响，严格坚持“提放慢、出入槽平稳”的原则，以防动荷载影响到槽壁的稳定性；在挖槽施工中，保证成槽机抓斗的中线重合于导墙中线，抓斗侧靠划线，并调整导板面直至满足自然入槽的要求，同时保持成槽机的平稳状态；当成槽机的挖深深入导墙底约一斗时， 同步将泥浆输入导墙，但要求保持导墙顶与泥浆面相距 0-3-0.5m 的状态；严禁在 2.5m 挖掘区内移机和更换操作人员，并随时纠偏。
3.3 严控地下水位
如果成槽施工区分布着竖向节理发育的流沙层或软弱土层，则应坚持“慢掏慢进”的原则，增加泥浆密度，并保持槽段液面相距地下水位超出 0.5m 的状态。当槽段成孔施工结束后，先放入钢筋笼，再浇筑混凝土，期间要求将挖槽与混凝土浇筑的间隔时间控制到最短，并严控地下水位、冲击、高压水流冲刷的影响。
3.4 加固使用高压旋喷桩
为了防止基槽坍塌，工程运用了φ800*600mm 高压旋喷桩技术加固处理地连墙的槽壁，即：待注浆管钻入预设土层后，使用高压发生装置（如高压泥浆泵） 的内喷嘴高速喷射约 20MPa 的浆液，并从外喷嘴中用 0.7MPa 的压力喷出压缩空气；在喷嘴喷射的同时，旋转并提升喷嘴，直至在土中出现圆柱型的固结体。经有限元模拟得到，可用桩径 800m 的旋喷桩加固开槽侧边的土体，加固深入第四层土层以下 2m 处，约 24m。图 3.4-1所示为旋喷桩加固后的槽壁侧水平变形图。
图 3.4-1 槽壁水平变形图
结合图 2.2-1 可知，在高压旋喷桩加固处理后，槽壁侧水平变形的最大值为2.05cm，且于加固底部 1m 处出现，从而避免了槽壁坍塌和满足了地连墙成槽施工目标。
3.5 严控护壁泥浆制备质量
在超深基坑地连墙成槽施工中，泥浆主要起到冷却机具、切土润滑、携渣和护壁的作用，所以合理选用泥浆的原料和科学制备泥浆对成槽施工质量控制至关重要。泥浆主要由 Na2CO3、CMC 和膨润土制备而成，而每一种原料的用量则以试验方式加以确定，即按 Na2CO3：CMC：膨润土：水=（0.3-0.4）：（0.1-0.3）：
（8-10）：100 进行试配。研究表明，如果工程地质条件较为特殊，需适当增加泥浆密度，而如果单一地增大膨润土的使用量不能满足施工要求，需通过掺入适量的重晶石来增加泥浆的相对密度。泥浆制备工艺的科学应用是影响泥浆质量的重要因素，即：开启搅拌机，并加水旋转，然后先均匀且缓慢地添加膨润土，再依次添加 CMC、Na2CO3和水，待搅拌充分后，倒进膨润土水溶液中均匀搅拌，最后流进储浆池溶涨一天后投入使用。
3.6 做好泥浆的制备工作
护壁泥浆主要成分为水和膨润土，另有少量添加剂。三者按照规定比例混合拌制。施工过程中，槽内泥浆液面要超过地下水位1.0米以上，同时要高出导墙顶面0.5米。当施工环境为砂层土壤时，应使用偏粘稠的泥浆，同时要做好堵塞漏洞准备。
3.7 清槽作业槽段挖好后要进行清理作业。
清理作业主要包括槽壁和槽底两个部分。在清理槽壁时，要使用刷壁器对混凝土接头端部上下进行反复刷洗，确保没有砂石、泥土残留。在清理槽段底部时， 要使用抓斗或潜水泥浆泵去除槽底沉淀和密度大的泥浆，确保槽底沉渣厚度不超过0.1米。清理出来的泥浆经过处理达到使用要求的可以进行循环使用。
4 实施效果
以上文中列举的地连墙成槽施工方法在梅林路地铁站施工中得到了应用。在施工的过程中，对制备的泥浆质量进行了严格的控制，通过设置现浇 L 型钢筋混凝土导墙，使用高压旋喷桩加固地连墙墙壁，铺设厚钢板，控制地下水位等一系列措施，提高了槽壁的稳定性，防止了槽壁坍塌，同时地连墙接缝泥沙含量得到了控制，确保了地连墙质量，提高了施工效率。
通过对开挖之后的地连墙分析发现，应用该工法的地连墙墙面平整（见图4-1），接头位置施工质量得到了加强，降低了后期墙缝修复的风险。地连墙主体结构的耐久性得到了提高（见图 4-2）。
同时此项施工方法在港口地连墙板桩码头、市政地铁建设、房屋建筑维护结构等项目中应用前景可观，促进了地连墙结构在各类工程建设中的发展，社会效益明显。
6 结语
通过分析发现，在梅林路地铁站工程中，微承压水、施工附加荷载和抓斗吸力共同影响着超深基坑地连墙成槽施工的稳定性。为此，本文提出了切实可行的超深基坑地连墙成槽施工策略，即：通过设置现浇 L 型钢筋混凝土导墙、在成槽机施工停靠处铺设厚 4cm 的钢板、一边挖槽一边向导墙中注入泥浆、使用φ 800*600mm 的高压旋喷桩加固地连墙槽壁、严控地下水位的高程和泥浆制备质量， 保障了地连墙槽壁的稳定性，防止了槽壁坍塌，并满足了超深基坑地连墙成槽施工的进度、质量、安全和成本要求。
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论文作者:王冠,邢荣亮
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
标签：泥浆论文; 抓斗论文; 黏土论文; 荷载论文; 深基坑论文; 开槽论文; 稳定性论文; 《防护工程》2019年9期论文;