卵石及砂岩地质条件下的地下连续墙施工*

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

0 引言

随着我国城市建设由东向西逐步推进，西北地区超深超大基坑工程必将越来越多，而选用一种安全可靠的围护结构，是深基坑工程成功的关键。地下连续墙围护结构以其地质适应性广、墙体刚度大和整体性好、施工对周边环境影响小、基坑开挖过程安全性高，以及可作为地下结构外墙等特点被深基坑工程普遍采用。本文以兰州鸿运·金茂项目一期深基坑工程地下连续墙施工实例为背景，探讨了地下连续墙施工工艺在西北地区典型地质条件（卵石及砂岩）下实施的诸多问题[1-2]。

1 工程概况

兰州鸿运·金茂项目一期工程位于甘肃省兰州市庆阳路2号，东方红广场东口，是市中心繁华地带，周边邻近城市主干道和多幢民宅建筑，道路下有多条市政管线，周边环境保护要求较高。工程±0.00 m相当于绝对高程+1 516.30 m。基坑面积约为20 100 m2，基坑周长558 m，地下4层，A、B塔楼区域开挖深度分别为23.60 m和22.40 m，裙楼区域开挖深度为21.60 m，是整个西北地区最深的基坑。

本工程基坑开挖阶段围护结构采用地下连续墙，合计97幅。地下连续墙墙厚均为800 mm，槽段深度31.60～33.60 m，各槽段之间设置圆形锁口管柔性接头，混凝土强度等级为水下C35。地下连续墙嵌入基底以下砂岩层中不小于10 m。

2 工程地质水文特性

本工程浅部有③层卵石层，层顶埋深较浅（揭露表层填土2.00～5.60 m后即为卵石层），层厚1.80～10.60 m，且粒径较大卵石普遍存在（卵石粒径多为2～8 cm，少量卵石粒径可达10 cm以上，个别为粒径大于20 cm的漂石）；地下连续墙墙趾坐落于④层砂岩层，该层具有“遇水软化、扰动后强度降低，特别是有水情况下扰动后强度急剧降低”的特征。工程地下水埋深较浅，上层滞水水位为地表以下0.50～2.50 m，且无统一稳定的水位面；地下孔隙潜水水位在地表以下3.20～4.30 m，且该类含水层渗透性好，水量大。

3 施工难点分析

3.1 卵石层中硬度大，成槽易偏斜，且易漏浆

本工程场地岩土组成主要为上部卵石层及下部砂岩层。卵石层厚度1.80～10.60 m，且粒径较大卵石普遍存在；砂岩层的颗粒排列紧密，呈密实状，在未扰动的情况下岩体强度较高；同时，卵石层中骨架间充填物不均匀，卵石颗粒间细颗粒充填物普遍缺失，易导致成槽设备抓斗在该层中产生偏斜。且颗粒间隙大，含土量少，渗透系数大，易导致泥浆流失，从而导致槽壁失稳塌方。

3.2 地下水丰富，形成侧向径流

卵石层富含孔隙性潜水，水位埋深较浅（地下水位位于地表下3.20～4.30 m），土层渗透性好（渗透系数k平均为27.00 m/d）。卵石层地下水主要受上游和高阶地潜水和河水补给，以侧向径流为主，并向下游排泄，水流形成类似暗河，水量较大。地下水位过高易导致地下连续墙成槽阶段泥浆液面与地下水位面差值偏小，从而直接影响护壁泥浆的有效作用力（泥浆柱压力）的大小，使泥浆渗透缓慢，影响泥皮形成，不利于槽壁稳定[3-4]。

3.3 ④层砂岩层地质特殊，槽壁易失稳

因地下连续墙墙趾坐落于④层砂岩层，为减少槽段内泥水渗流对砂岩层的影响，对槽段内的泥浆配比要求高。

3.4 砂岩层基底沉渣大

成槽完成后，对基底的清理工作很关键，除了成槽完成后及时下放钢筋笼和浇筑混凝土外，如何从源头上减少槽底的沉渣，也是一项难题。

4 施工关键技术

4.1 导墙设计与施工

导墙设计及施工时，为减少卵石层中易颈缩的影响，阻挡表层滞水通过卵石层渗入槽段中，设计将导墙宽度放宽5～6 cm，深度适当加深（图1）。

图1 导墙示意

4.2 成槽施工

综合考虑工程地质水文特性、整体工期要求及类似工程的施工经验，选用重型抓斗成槽机，成槽机须具备以下优点。

1）施工效率高：抓斗闭合力大，提升速度快；

2）成槽的垂直性好：可配纠偏装置，x与y2个方向都能自动纠偏；

3）先进的电子测量系统：对其深度及位置方向可精确到0.01°；

4）安全可靠的保护系统：抓斗的提升和下放均有安全保护装置。

控制成槽机的成槽速度，卵石中的速度应低于红砂岩中的成槽速度，在卵石层中的掘进速度为1.00～1.20 m/h，在砂岩层中的掘进速度为1.70～1.90 m/h。

通过电子纠偏系统将槽段偏斜方向和角度值直接反映在驾驶室的电脑屏幕上，成槽机司机第一时间调整纠偏油缸，避免槽壁向坑内或坑外偏斜。

4.3 泥浆性能优化

红砂岩卵石层中，颗粒间隙大，且含土量少，渗透系数大，易导致泥浆漏失，从而导致槽壁失稳塌方。且由于本工程地下水位高，影响护壁泥浆的有效作用力的大小，使泥浆渗透缓慢，影响泥皮形成，不利于槽壁稳定。故选用密度小、黏度小、失水量小、能形成薄而韧性强的护壁泥皮的优质泥浆，从而使泥浆的静水压力有效地作用于槽壁上，防止槽壁剥落，确保槽段在成槽机械反复上下运动过程中保持土壁稳定[5-7]。

确定成槽时，为满足护壁要求，槽内泥浆应达到以下性能指标（表1）。

表1 泥浆性能指标参数

泥浆应存放24 h以上，使膨润土充分水化后方可使用。在泥浆输入过程中，严格控制泥浆的液位，保证泥浆液位在导墙顶面以下0.50 m处，液位下落时要及时补浆，以防塌方。

4.4 槽底沉渣控制

由于本工程土体含砂量大，为确保护壁效果及混凝土质量，也为能将泥浆高效利用，应对槽段被置换后的泥浆进行除砂处理，同时进行测试，直至各项指标符合要求后使用。

配备专用泥浆除砂设备来改善循环泥浆的质量，增强泥浆的携砂能力，减小槽底沉渣厚度。

每1幅地下连续墙挖至高于设计槽深0.50～1.00 m位置时暂停成槽，并于钢筋笼吊起运送至槽口，待下放前采用撩抓法对槽段进行清基，同时挖至设计深度，再立即下放钢筋笼，并及时下放导管和浇筑混凝土。

4.5 混凝土施工

兰州地区并无地下连续墙水下混凝土施工的记录，确定配合比是本工序的重中之重，为改善水下混凝土的和易性，混凝土中宜掺进外加剂，水下混凝土常用的外加剂有减水剂、缓凝剂等，掺进外加剂前，必须经过实验，以确定外加剂的使用种类、掺进量和掺进程序。当施工设备、运输方法或运输距离、施工气候等条件发生变化时，所要求的混凝土坍落度也随之改变。为保证混凝土和易性符合施工要求，需将混凝土含水率及用水量根据实际情况做适当调整（一般保持水灰比不变）。

兰州地区地下水的腐蚀性较大，混凝土配合比中还应添加防腐阻锈剂及缓凝减水剂。

4.6 槽底注浆

由于注浆管底为砂层，细颗粒较多容易堵塞管子，故注浆管采用白铁管，连接采用外套式内螺纹接头，顶端采用外套式内螺纹堵头，连接过程中需密切注意接头的密封性，注浆管的下端比实际槽深深0.20～0.50 m，混凝土终凝后及时进行清水开塞劈通。

注浆时采用注浆压力及水泥用量双重控制标准：由于基底岩层硬度大，注浆压力需适度增加，控制在4 MPa以内，每根注浆管的水泥用量为2.50 t[8-10]。

5 实施效果

根据地下连续墙超声波测壁仪所测的槽壁垂直度数据汇总，全部97幅槽段槽壁垂直度均满足设计1/400的要求，平均沉渣厚度为90 mm，充盈系数总体在1.03左右，从侧面印证了在成槽施工的过程中基本没有出现坍塌现象；通过超声波透射检测和现场取芯表明，受检地下连续墙墙身未发现缺陷，浇筑质量较好，其混凝土强度等级均满足C35设计要求。基坑开挖后地下连续墙成槽质量良好，墙面平整（图2）。

图2 基坑开挖后地下连续墙状况

6 结语

西北地区地质条件与东部沿海软土地基有着显著差异，在典型的卵石和砂岩层的特殊地质条件下，地下连续墙施工首先应充分考虑各项因素来选用合适的成槽设备；其次，至关重要的一个环节为通过配比试验来调控泥浆性能，完善泥浆工艺，确保成槽过程中槽壁的稳定性；同时，通过除砂技术的运用，提高泥浆的利用率，减少槽底沉渣；另外，需要选用合适的水下混凝土。

本次兰州鸿运·金茂项目一期工程为西北地区基坑工程首次采用地下连续墙施工工艺，对今后西北地区类似工程的策划和施工起到了积极的借鉴作用，具有开拓性的意义。