摘 要：為解決寧波地區(qū)微承壓水粉砂地層中地下連續(xù)墻槽壁失穩(wěn)問題，結(jié)合寧波軌道交通地下連續(xù)墻施工，利用理論計(jì)算與現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對減壓降水槽壁加固施工技術(shù)進(jìn)行研究，確定適合的降深、井深、井間距、抽水量等關(guān)鍵參數(shù)，最后進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用效果分析和經(jīng)濟(jì)成本分析。

關(guān)鍵詞：地下連續(xù)墻；減壓降水；槽壁加固；微承壓水；粉砂層

0 引言

地下連續(xù)墻施工的成敗關(guān)系到后序基坑開挖的安全，尤其在沿海軟土地區(qū)地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量控制難度較大，在這種地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工中容易出現(xiàn)槽壁坍塌，為防止地下連續(xù)墻施工槽壁坍塌，主要控制途徑有槽壁土加固、控制泥漿質(zhì)量、地下連續(xù)墻施工預(yù)降水措施[1-2]。其中，槽壁兩側(cè)進(jìn)行三軸攪拌樁預(yù)加固成本高、代價(jià)大、耗能多，而地下連續(xù)墻施工預(yù)降水措施較少使用，尤其在深厚粉砂層微承壓水地層中采用預(yù)降水措施很少有系統(tǒng)研究。

本文以寧波軌道交通地下連續(xù)墻施工為背景，介紹了減壓降水槽壁加固技術(shù)原理。為探究采用減壓降水降低③1層微承壓水位、輔助增強(qiáng)泥漿護(hù)壁效果的可行性，文中首先分析了減壓降深與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系、滲流數(shù)值模擬與地表沉降的關(guān)系，并根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果確定試驗(yàn)方案，尋找合適的降深、井深、井間距、抽水量等關(guān)鍵參數(shù)，最后對地下連續(xù)墻減壓降水槽壁加固施工應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析。

1 減壓降水槽壁加固技術(shù)原理

1.1泥漿護(hù)壁基本原理

影響槽壁穩(wěn)定性的因素包括[3]：內(nèi)因主要是地層條件、泥漿性能、地下水位以及槽段劃分尺寸、形狀等；外因主要是成槽機(jī)械、施工順序及槽段外場地施工荷載等。泥漿護(hù)壁是其基本原理：泥漿通過在地層中滲漏在槽壁上形成泥皮，并在壓力差的作用下，將有效作用力作用在泥皮上以抵消失穩(wěn)作用力從而保證槽壁穩(wěn)定。其它因素既定時(shí)，地下水位對泥漿護(hù)壁、槽壁穩(wěn)定性影響較大，尤其是在淺部砂性土分布較厚的地層條件下。在地下連續(xù)墻開挖前，通過降低粉砂土中微承壓水的水頭高度，減少外側(cè)水土壓力，使之與內(nèi)側(cè)泥漿壓力持平，確保槽壁穩(wěn)定。

1.2減壓降水槽壁加固技術(shù)原理

根據(jù)槽壁穩(wěn)定的有利與不利因素，減壓降水的加固作用主要有以下兩方面[3]。

（1）降水提高土體強(qiáng)度

成槽前的減壓降水也可提高土體強(qiáng)度，有利于槽壁穩(wěn)定。土體強(qiáng)度的提高與含水率變化、固結(jié)程度等有關(guān)。

（2）降低地下水位

水頭高度的降低增加了泥漿壓力與槽壁孔隙水壓力的壓力差；同時(shí)，壓力差的增加也提高了泥漿入滲土體的水力梯度、滲透速度，有助于泥皮的快速形成、滲入帶變寬，均是有利于槽壁穩(wěn)定的。

2 工程概況

寧波軌道交通2號線一期TJ2108標(biāo)范圍為二站一區(qū)間，壓賽堰站、壓賽堰站～大通橋站、大通橋站（含3號線換乘段）均為明挖施工，周邊環(huán)境比較簡單。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)均為800mm厚地下連續(xù)墻，其中寧波軌道交通2號線地下連續(xù)墻最深約33m，共323幅；寧波軌道交通3號線地下連續(xù)墻最深約53m，共75幅。

2.1工程地質(zhì)情況

基坑開挖范圍內(nèi)分布有①1填土、①2粘土、①3淤泥質(zhì)粘土、②1粘土、②2b層淤泥質(zhì)粘土、②3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②4層淤泥質(zhì)粘土、③1層粉土，粉砂夾粉質(zhì)粘土、③2層粉質(zhì)粘土、④2層粘土、⑤1層粘土、⑤2層粉質(zhì)粘土、⑤3層粉土、⑥2層粉質(zhì)粘土、⑥2a層粉土、⑦1層粉質(zhì)粘土和⑧1層粉砂、粉土等。其中，對地下連續(xù)墻施工有重要影響的③1、③1a層厚度為4.8m～11.1m，且2號線底板均坐落在該層。地下水主要為第四系松散淺層孔隙潛水類型和深部松散巖類孔隙承壓水。

3 試驗(yàn)研究

為了對比分析不同的降水井布置、降深條件下成槽效果，并兼顧成槽降水的經(jīng)濟(jì)性。項(xiàng)目部設(shè)置3個(gè)成槽試驗(yàn)段，每個(gè)試驗(yàn)段成槽尺寸均為6m×0.8m×32m，槽段間隔6m。為避免其它因素干擾產(chǎn)生的誤差，采用相同的成槽機(jī)、泥漿配比及成槽質(zhì)量控制指標(biāo)，達(dá)到滿足槽壁穩(wěn)定性的理論降深，確定三種降水方案。

（1）方案一：8.6m降深、井距密減壓降水槽壁加固試驗(yàn)

布置了4口抽水井（編號S1～S4），孔徑550mm，井深22m，在開挖前48小時(shí)進(jìn)行群井抽水；另布置4口觀測井（編號G1～G4），孔徑200mm，井深22m。控制抽水水位7.5m～9.5m；地面沉降觀測點(diǎn)布設(shè)20個(gè)。本次試驗(yàn)的減壓降水試驗(yàn)井S1～S3進(jìn)行抽水，S4、G1～G4井進(jìn)行觀測，重點(diǎn)觀測G1井水位下降情況，同時(shí)進(jìn)行沉降影響觀測。

圖1 試驗(yàn)平面布置圖（注：局部，其中S1～S3為抽水井，S4、G1～G4為觀測井，C1～C20為沉降點(diǎn)）

（2）方案二：7m降深、井距寬減壓降水槽壁加固試驗(yàn)

減壓降水試驗(yàn)井S5～S7進(jìn)行抽水，S8、G5～G6井進(jìn)行觀測，重點(diǎn)觀測G6井水位下降情況，同時(shí)進(jìn)行沉降影響觀測。

圖2 試驗(yàn)平面布置圖（注：局部，其中S5～S6為抽水井，G5～G6為觀測井，C21～C38為沉降點(diǎn)）

（3）方案三：5m降深、井距寬減壓降水槽壁加固試驗(yàn)

減壓降水試驗(yàn)井S5～S6進(jìn)行抽水，G5～G6井進(jìn)行觀測，重點(diǎn)觀測G5井水位下降情況，同時(shí)進(jìn)行沉降影響觀測。

圖3 試驗(yàn)平面布置圖（注：局部，其中S5～S6為抽水井，G5～G6為觀測井，C21～C38為沉降點(diǎn)）

3.3試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）8.6m、7m、5m降深成槽效果比較

圖4 成槽12小時(shí)后未降水與5m、6m、7m降深成槽效果對比圖

從圖4中可知，采用減壓降水槽壁加固效果明顯優(yōu)于未降水前常規(guī)成槽效果。未進(jìn)行成槽降水時(shí)，成槽質(zhì)量差、鋸齒狀缺口較嚴(yán)重。降深5m且拉大井距時(shí)，仍有輕微鋸齒狀缺口；當(dāng)降深7m時(shí)，成槽質(zhì)量較5m降深時(shí)效果有所提高，但仍有輕微鋸齒狀缺口；降深8.6m且井距密時(shí)，槽壁穩(wěn)定性較5m、7m降深有所提高，并且垂直度也較5m、7m降深較好。所以，在較小井間距條件下，較大減壓降深（8.6m降深）成槽效果最好，槽壁穩(wěn)定性佳，對成槽質(zhì)量提高效果顯著。

（2）降水成槽環(huán)境影響

為評估成槽降水對周邊環(huán)境的影響，在影響范圍內(nèi)的地表沉降和分層沉降兩個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測，地表沉降監(jiān)測共計(jì)8天時(shí)間，C1～C20共20個(gè)監(jiān)測進(jìn)行觀測。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：1）在成槽抽水階段，橫向監(jiān)測剖面線各點(diǎn)均有不同程度的沉降，隨時(shí)間變化具有一定的規(guī)律性，且隨著至抽水中心的距離增大，沉降量逐漸減??；抽水結(jié)束后，地表呈現(xiàn)出回彈趨勢；2）試驗(yàn)期間最大沉降約6.5mm，一般沉降在3～5mm，且在試驗(yàn)停止抽水后沉降有回彈，回彈1～2mm，最終沉降在3～4mm。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果及成本分析

4.1現(xiàn)場應(yīng)用效果

根據(jù)上述試驗(yàn)取得的成果對標(biāo)段內(nèi)地下連續(xù)墻進(jìn)行減壓降水槽壁加固施工，降水井單側(cè)間距12m，兩側(cè)交叉布置，每幅槽段施工時(shí)啟動(dòng)其附近4口進(jìn)行減壓降水，每幅槽段施工前12小時(shí)開始減壓降水。成槽后經(jīng)超聲波檢測，每幅槽段穩(wěn)定性良好，滿足鋼筋籠吊裝和混凝土澆筑時(shí)槽壁穩(wěn)定性要求。4.2成本分析

成槽降水應(yīng)用于寧波軌道交通2號線8標(biāo)，并取得成功，后又推廣到寧波軌道交通2號線7標(biāo)、9標(biāo)，效果好、經(jīng)濟(jì)效益顯著，成槽降水成本分析如表1所示。另外，抽水來的水集到蓄水池，每月為項(xiàng)目節(jié)約數(shù)千噸水，效益明顯。

表1 經(jīng)濟(jì)分析表

加固方式

對比內(nèi)容三軸攪拌樁槽壁加固降水輔助

成槽（口）備注

空樁（m3）實(shí)樁（m3）

工程量31581.2041415.10266攪拌樁工程量按合同清單。降水成槽按成槽試驗(yàn)成果8m布置一口，這算平均為1.5幅一口，標(biāo)段共398幅地墻，共需266口，每口井深22m。

綜合單價(jià)（元）160.19274.3920556攪拌樁綜合單價(jià)按清單；降水成槽槽壁加固綜合單價(jià)按實(shí)際發(fā)生的計(jì)算

總價(jià)（元）1642.30546.79

差價(jià)（元）546.79-1642.30+285.70=-809.82275.85萬元為試驗(yàn)費(fèi)用

如果不計(jì)開發(fā)試驗(yàn)費(fèi)用，降水成槽槽壁加固方法比三軸攪拌加固方法施工所需費(fèi)用少花費(fèi)1095萬元。就本項(xiàng)目而言，計(jì)入研發(fā)試驗(yàn)費(fèi)，節(jié)約費(fèi)用約810萬元。

5 結(jié)論

（1）寧波地區(qū)粉砂土層中槽壁失穩(wěn)原因是土體自身粘聚力低，承壓水頭高，泥漿壓力不足以穩(wěn)定土體，在抓斗取土帶動(dòng)泥漿的沖刷下，土體逐漸剝落，泥皮難以形成。

（2）減壓降水成槽加固是為了降水提高土體強(qiáng)度，降低地下水位減少槽壁水土壓力，有利于泥皮形成。

（3）在合理的降水系統(tǒng)條件下，在井間距6～8m、距槽壁約2～3m處，寧波地區(qū)影響槽壁穩(wěn)定性的③1可達(dá)到7.0～9.5m目標(biāo)降深，減壓井單井抽水量在6.0～8.0m3/d。

（4）減壓降水輔助成槽對環(huán)境影響較小，試驗(yàn)期間的地表沉降，10m以內(nèi)平均10～15mm，10m以外范圍平均3～5mm；試驗(yàn)后，出現(xiàn)明顯回彈，約20%。

（5）降水成槽方法沒有污染、耗能低、成槽效率高，降水成槽抽出來的水也可以拌漿、洗井或者是場地保潔等重復(fù)利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]曹宏，潘毅.淺層砂質(zhì)粉土中地下連續(xù)墻成槽的穩(wěn)定措施[J].深基坑設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，2010.

[2]姜朋明，胡中雄，劉建航.地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性時(shí)空效應(yīng)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999.

[3]汪宏強(qiáng)，王洪新，陳立生.粉土層中保持地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定的井點(diǎn)降水控制技術(shù)[J].建筑施工，2010.

[4]陳金銘.減壓降水輔助地下連續(xù)墻成槽施工試驗(yàn)研究[J].施工技術(shù)，2013.