超深地下连续墙穿越圆砾层成槽施工质量控制

1　工程概况
杭州轨道交通2号线江北风井位于钱塘江北岸，在13号路、庆春东路和之江路围成的绿地下，距钱塘江约300m，距离建成的庆春路过江隧道30m，距离钱江新城D10地块C楼地下室外缘20m（该地下室深约9m，为桩筏基础），紧临钱江隧道工程项目指挥部所在地。
江北风井基坑长24.6m，宽19.4m，基坑围护结构采用18幅52m深的地下连续墙，墙厚1.2m，墙趾位于143层圆砾层中。地下连续墙采用锁口管柔性接头。



2　工程地质
1）土层分布情况见表1。


　　2）水文条件：场地地下水类型主要是松散岩类孔隙水，其分为孔隙潜水和孔隙承压水两大类。
　　江北岸场区含水层厚15.6～19.7m。详勘期间，潜水静止水位埋深0.4～2.60m，高程4.17～4.86m；浅部地下水属松散岩类孔隙潜水，主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，含水层底板大致以淤泥质土层为界；承压含水层主要分布于深部的(12)1粉砂及(12)4圆砾和(14)3圆砾层，上部的⑥、⑦、⑧和⑨层黏性土是相对隔水层，构成承压水含水层的顶板。下部144粉质黏土为承压含水层的底界。承压水位埋深在地表下7～10m，相应高程-0.6～-3.8m，江北风井承压水水位高程按-2.0m设计。
3　超深地下连续墙施工
地下连续墙施工主要包括：导墙路面制作、井点降水施工、泥浆制备及护壁、成槽施工、刷壁扫孔、清孔处理、钢筋笼的制作和吊放、混凝土浇筑、锁口管顶拔等等。
　3.1施工中将遇到的问题
1）江北风井位于钱塘江北岸，根据岩土工程勘察报告，位于江北风井最上层的土质为素填土，其特性为：灰色，湿，松散，含氧化铁，少量砖瓦碎屑、植物根茎，土层厚约5m。
2）超深地下连续墙钢筋笼吊装需用250t履带吊起吊，对路面的要求很高。
3）在成槽至地下40m左右时，液压抓斗须穿越11m厚左右的圆砾层，在进入圆砾层后成槽的速度将非常缓慢。
4）超深地下连续墙厚1.2m，需采用深导墙（2.6m深）形式，且导墙必须入原状土750px。
5）长55m、宽6m的钢筋笼胎膜需要制作平台。
6）地下连续墙成槽作业时挖出的土方带有浆液和烂泥，直接装车外运会沿途滴漏，造成环境污染；而施工场地狭小，成槽所需的泥浆系统占地面积很大，管线安排又复杂。
　3.2　具体施工措施
1）采用加厚的钢筋混凝土路面，且与导墙一体，确保强度。12m宽的施工道路沿地下连续墙外围布置，先夯实回填土和建筑垃圾，平整后再双向、双层布置f16@200钢筋，之后铺厚750cm的C35混凝土。其他临时生活设施道路为先夯实填土，铺2500cm厚的碎石，浇250cm厚的C25素混凝土。
2）深导墙需翻边2.5m，配筋为f16@200双层网片。
3）为了确保槽壁稳定，防止开挖上部土体时造成坍方，必须对江北风井素填土层进行压密注浆处理。
⑴沿导墙内外各布置3排注浆孔，第一排注浆孔中心距导墙0.3m，两孔的中心间距为1.5m，每排孔间隔0.75m，呈梅花状分布，见图2。


⑵325#普通硅酸盐水泥采用单轴拌浆桶拌制浆液，水灰比控制在0.7；注浆压力控制在0.2～0.3MPa；单孔注浆量为2m3。当注浆压力达到0.3MPa或注浆量达到2m3时，即单孔注浆完毕。
4）由于槽段上部砂质粉土对泥浆的影响较大，其颗粒较易悬浮在泥浆中，使泥浆的比重大幅上升、黏度下降；土体的扰动，上部泥浆的流失，影响到上部土体承载力、土体密实度。在实际施工过程中，采用泥浆护壁效果好，携砂能力强的优钻100复合钠基膨润土代替通常使用的泥浆，并根据试成槽的泥浆测试指标，调整泥浆的配置指标，使得所配置的泥浆满足施工的需求。
5）工程开始投入1套钢筋笼胎膜；先将场地夯实，之后单向布置f16@200钢筋，铺500px厚的C25混凝土，再在其上铺设8#槽钢，布设定位钢筋。
6）为保证成槽质量和效率，必须选择合适的成槽设备和合理的成槽工艺。
⑴采用金泰SG50液压抓斗成槽机施工第一幅槽段DQ-13，槽段分幅长度为4.4m，开挖长度为6.8m，厚1.2m，深52m。由于开挖长度较大，故先挖两端，再挖隔墙，分为3抓，其中，单抓开挖至40m所用时间为11h，而穿越圆砾层至槽底所用时间为10h。在为期4d的开挖施工时间内，整个槽段未发生坍方及径缩现象。经超声波检测，端头壁面垂直度良好。
⑵采用德国利勃海尔HS883型号的120t吊车配重型抓斗组合而成的绳索抓斗进行成槽，由于120t吊车配重冲击能力比其他类型的吊车强很多，因此，当金泰液压抓斗在圆砾石层和砂岩层中的成槽速率下降时，可换用120t吊车配重型抓斗进行成槽，利用重型抓斗反复向下冲击，将硬土层抓除。
⑶考虑到黏土层和圆砾土层有可能存在的径缩特性，故在液压抓斗斗壳边缘上烧焊5～10mm厚的钢板，防止在穿越上述土层时，斗体因土层径缩而被卡住，确保成槽顺利。
7）在狭小的施工区域内设置1个能容纳约450m3土方的临时集土坑（15m×15m×2m），用来临时收集成槽作业挖出的湿土，待沥干泥浆后，再驳外弃。
8）决定采用泥浆筒仓系统与泥浆箱的组合，代替常用的泥浆缸与泥浆箱的组合，从而大幅减少泥浆系统的占地面积，简化泥浆管线的布置，见图3。


⑴新鲜泥浆储存采用泥浆筒￠2.9m×12m。筒仓净宽2.7m，单个泥浆筒仓容积为70m3，采用双排筒仓，一排布置3个筒仓，另一排布置2个。筒内泥浆主要用于供应清孔以及成槽过程中的泥浆。
⑵除了5个泥浆筒仓外，另有13个泥浆箱，其中1个作为拌浆用，3个作为废浆箱，9个作为存储循环泥浆用。
⑶泥浆筒必须安放在坚固的基础上，基础为在750px厚的道渣上铺设875px厚的C30混凝土，配筋f16双排；安装泥浆筒前，先铺设了带有500mm×500mm×20mm厚的预埋钢板上述钢筋混凝土基础，预埋钢板锚固筋与基础钢筋电焊连接形成受力整体；用吊车将泥浆筒吊装到位，用钢丝绳将其拉紧与事先预埋的拉索预埋钢板相连接（拉索预埋钢板尺寸200mm×200mm×20mm），并在泥浆筒基座处铺设混凝土固定，以确保泥浆筒仓能够经受台风天气的考验。
⑷因江北风井地下土质较为松散，清孔量要达到开挖量的80%为佳，单幅槽段最大开挖量为先行幅，达420m3，清孔量为336m3；5个泥浆筒仓能满足清孔量存放的要求。
9）由于风井所处地面以下为18m厚、高渗透系数的粉砂、砂质粉土，在动水压力作用下易液化产生流沙，而成槽深度最深达52m，成槽施工时间长，故槽孔在长时间暴露中容易引起沉渣增厚和槽段失稳等问题。因此，需适当提高泥浆的黏度和比重，以增加泥浆护壁能力和悬浮沉渣能力，降低沉渣厚度，保证槽壁稳定。泥浆的配合比见表2，泥浆的性能见表3。




4 结语
1）超深地下连续墙成槽施工采取的各项技术措施，保证了施工质量，18幅地下连续墙平均每幅净成槽时间为40h左右；实际施工过程中只配备了SG50成槽机，基本能满足要求；另外配备了1台冲桩机配合成槽，提高了成槽的效率，基本满足施工需求，费用较使用利勃海尔成槽机低。
2）泥浆筒仓的使用，解决了在施工场地狭小的情况下，如何保证地下连续墙成槽及清孔所需的泥浆量，同时在运输成本上，泥浆筒仓由于容量大所需车数少，成本低于使用泥浆缸。
3）砂性土地下连续墙施工过程中，宜使用新型复合钠基膨润土代替原来的膨润土泥浆。复合钠基膨润土所制备的泥浆，化学稳定性好，携砂能力强，护壁效果出色，配置简单，可重复利用率高。
4）冲桩机配合成槽虽然效果不错，但是在施工过程中易扰动土体，造成槽段发生塌方现象，在实际施工过程中，造成其中几幅地下连续墙充盈系数较大；另一方面，因冲桩机和成槽机不能同时施工，故降低了施工速度。建议在以后的施工过程中，可采用旋挖钻机施工先导孔，但要保证旋挖钻机在特别坚硬的土层中施工的垂直精度，还需在实际应用过程中加以改进。