姚嘉杰

（上海隧道工程有限公司，上海市 200032）

天津密實(shí)砂層地下連續(xù)墻施工技術(shù)控制

姚嘉杰

（上海隧道工程有限公司，上海市 200032）

以天津5、6號(hào)線賓館西路站超深地下連續(xù)墻施工為背景，介紹了在海河沖積平原深厚鋼板砂地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工的應(yīng)對(duì)措施及關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)地墻成槽中及成槽后兩個(gè)施工階段各關(guān)鍵工序的把控，確保了施工質(zhì)量，為今后類(lèi)似工程的實(shí)施提供了一定的借鑒。

深厚鋼板砂地質(zhì)；超深地下連續(xù)墻；成槽及泥漿控制要點(diǎn)

0　引言

天津作為海河沖積平原最具代表性的地區(qū)，其土層地基由歷史上黃河改道、海河入海泥沙堆積及新近河道沉積而成，后期由于受入海河流、沉積泥沙水力改造及區(qū)域性地質(zhì)演變的影響，在平、剖面上呈現(xiàn)性質(zhì)差異較大的黏性、砂性?xún)煞N乃至多種土層交互成層或互為透鏡的現(xiàn)象，致使地層“上軟下硬”“軟硬不均”。這種“上軟下硬”的土質(zhì)在其特性上多表現(xiàn)為地表以下至15 m深度范圍為內(nèi)摩擦角5°～10°、黏聚力5～15 kPa缺乏黏結(jié)力的淤泥質(zhì)土層；40 m深度以下為標(biāo)貫擊數(shù)接近50擊、在北方被稱(chēng)為“鋼板砂”的深厚粉砂性土層。在這種土層條件下進(jìn)行深度大于50 m的超深地下連續(xù)墻施工，會(huì)面臨以下難題：

地墻成槽階段：

（1）淺層極易塌孔，深層挖掘困難。

（2）深層堅(jiān)硬土層開(kāi)挖效率較低，成槽時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）施工穿越深厚砂層、開(kāi)挖時(shí)間過(guò)長(zhǎng)加之地下水的持續(xù)侵蝕，會(huì)加劇護(hù)壁泥漿性狀的變化，增加土體坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

（4）地墻垂直度控制困難，一旦開(kāi)挖趨勢(shì)形成，糾偏難度較大。

成槽后地墻成墻階段：

（1）穿越深厚砂層會(huì)造成泥漿中懸砂較多，清孔難度增大。

（2）泥漿中大量懸浮砂顆粒在鋼筋籠下放階段沉入槽底，造成深厚沉渣。

天津地鐵5、6號(hào)線賓館西路車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用深55 m、厚1 m的超深地下連續(xù)墻，本文結(jié)合該站地下連續(xù)墻的施工，介紹在天津海河沖擊平原深厚鋼板砂地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工應(yīng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)措施及經(jīng)驗(yàn)，為今后類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

1　工程簡(jiǎn)介

賓館西路站是天津地鐵5、6號(hào)線的一個(gè)同臺(tái)換乘站，車(chē)站位于天津市河西區(qū)賓水道與賓館西路交口，沿賓水道東西向布置。工程處于天津政治核心區(qū)域，結(jié)構(gòu)北側(cè)為天津賓館、天津國(guó)賓館，南側(cè)為天津市政府、國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行及天津利和集團(tuán)，主體結(jié)構(gòu)距離市政府辦公大樓60 m，部分出入口侵入政府區(qū)界，如圖1所示。

圖1　賓館西路站車(chē)站地理位置

車(chē)站采用地下三層三跨島式車(chē)站形式，主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)276 m，寬23.3 m（標(biāo)準(zhǔn)段），端頭井最深達(dá)27.72 m，采用蓋挖逆作施工工藝。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為厚度1 m、深度55 m的超深地下連續(xù)墻，接頭形式采用十字鋼板接頭。地下連續(xù)墻墻趾插入粉土層和粉砂層，位于第二層承壓含水層之間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿深度方向難以有效隔斷承壓含水層，如圖2所示。根據(jù)施工進(jìn)度安排，地下連續(xù)墻施工周期貫穿整個(gè)北方冬季，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作時(shí)需考慮冬季施工對(duì)成槽機(jī)具設(shè)備、泥漿指標(biāo)控制以及混凝土澆筑質(zhì)量的影響。

圖2　賓館西路站斷面地質(zhì)分布及基本參數(shù)

2　施工關(guān)鍵技術(shù)控制措施

2.1成槽階段施工關(guān)鍵技術(shù)控制措施

2.1.1開(kāi)挖精度及垂直度控制

成槽精度、垂直度和過(guò)程中槽壁的穩(wěn)定性直接影響后續(xù)鋼筋籠的下放及周邊環(huán)境的安全。

從前5幅成槽情況來(lái)看，抓斗正常挖槽時(shí)間占總成槽時(shí)間的 20%（成槽占總施工時(shí)間的28%），有效時(shí)間并不長(zhǎng)，較多的時(shí)間用于過(guò)程中的超聲波檢測(cè)及槽段糾偏，這兩項(xiàng)所耗用的時(shí)間占總成槽時(shí)間的55%左右，而且多集中在深度40～55 m施工范圍內(nèi)。根據(jù)地質(zhì)分析，該范圍內(nèi)土層是“鋼板砂”，該類(lèi)型土層質(zhì)地較為堅(jiān)硬，標(biāo)貫擊數(shù)多集中在45～50擊，開(kāi)挖較為費(fèi)力，液壓抓斗開(kāi)挖到該層位，若不能隨時(shí)留意開(kāi)挖中設(shè)備垂直度等參數(shù)控制，一不留心抓斗容易“跑偏”，后期糾偏較為困難（地下連續(xù)墻土層情況及開(kāi)挖土層留樣如圖3、圖4所示）。雖然成槽機(jī)抓斗上有推板可以進(jìn)行強(qiáng)制糾偏，但是抓斗在底部較硬土層開(kāi)挖趨勢(shì)一旦形成的情況下，其推板糾偏效果并不是非常理想，施工中只能通過(guò)在抓斗上燒焊鋼筋或者鋼板進(jìn)行“強(qiáng)制”糾偏，這種處理不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效果不明顯，而且在一定程度上增加抓斗進(jìn)出槽段導(dǎo)墻入口的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3　開(kāi)挖土層留樣

圖4　地墻土層分部及參數(shù)

（1）根據(jù)地質(zhì)詳勘及地下連續(xù)墻分幅，繪制每幅地下連續(xù)墻所在位置土層分布及參數(shù)情況表，對(duì)每幅地下連續(xù)墻各深度范圍內(nèi)土質(zhì)的標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行標(biāo)示，施工前提醒成槽機(jī)手注意該幅土層變化，在該深度位置合理控制開(kāi)挖速度，抓斗輕提慢放、減少擾動(dòng)、提高精度，避免后期不必要的糾偏及超聲波檢測(cè)。

（2）開(kāi)挖深度至40 m后，每隔5 m進(jìn)行一次超聲波檢測(cè)，“勤測(cè)勤糾，早測(cè)早糾”，爭(zhēng)取在偏移初期就進(jìn)行糾偏，控制開(kāi)挖趨勢(shì)，將垂直度控制在合理水平。

（3）對(duì)設(shè)備加強(qiáng)檢修保養(yǎng)（尤其是冬季低溫環(huán)境），避免抓斗推板及油路損壞等故障的發(fā)生，同時(shí)增加備品備件，降低設(shè)備等零部件所增加的時(shí)間耗用。

2.1.2泥漿指標(biāo)的控制

天津地區(qū)地下深層范圍內(nèi)地質(zhì)水文條件復(fù)雜，30 m深度以下幾乎全部是滲透系數(shù)較高的粉砂層，在動(dòng)水壓力作用下易液化產(chǎn)生流砂。當(dāng)成槽穿越深厚砂層，泥漿中的含砂率會(huì)迅速提高，致使后期沉渣厚度加劇，同時(shí)在地下水的持續(xù)侵蝕下泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)迅速變化。

（1）地下水侵蝕的應(yīng)對(duì)處理。在含鹽地區(qū)施工時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)泥漿絮凝、泥水分離等現(xiàn)象，導(dǎo)致泥漿的剪切力下降，漏失量上升?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及實(shí)際施工表明，即使采取充分的清孔換漿措施，置換后的泥漿在沖積平原弱堿性地下水鈣、鈉離子等礦物質(zhì)的持續(xù)侵蝕下，原本穩(wěn)定的泥漿體系也會(huì)迅速遭到破壞，膠體率降低、失水量增大，泥漿分液離析、迅速上下成層，劣化速度加快，在槽段底部形成一層由離析膨潤(rùn)土黏稠顆粒和泥漿中懸浮沉砂組成的沉淀混合物，隨著后期混凝土的澆筑，在涂抹作用下這些沉渣大量混入隨液面上升的混凝土中無(wú)法消解和分離，造成槽段壁面松散、剝落、露筋和接頭夾泥。

針對(duì)這一情況，現(xiàn)場(chǎng)迅速進(jìn)行調(diào)整，在原材料供應(yīng)上要求膨潤(rùn)土供應(yīng)商提供含純堿的復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土用于泥漿的配置，現(xiàn)場(chǎng)在此基礎(chǔ)上額外增加了純堿的投放量，調(diào)整了泥漿中膨潤(rùn)土的摻量配比，增強(qiáng)泥漿抗污染能力的同時(shí)，強(qiáng)化泥漿各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。同時(shí)為除去泥漿中侵入的鈉離子，在泥漿中適時(shí)補(bǔ)充抗鹽性強(qiáng)的改性淀粉添加劑，將分散性泥漿轉(zhuǎn)化為鹽水泥漿，阻止膨潤(rùn)土顆粒間相互聚并的趨勢(shì)，保持泥漿性狀的穩(wěn)定性。

（2）冬季泥漿的管理。冬季施工中對(duì)泥漿的指標(biāo)控制及管理是不得不考慮的又一大問(wèn)題。進(jìn)入冬季前現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，同批次制備的泥漿經(jīng)過(guò)一夜凍融后與未經(jīng)凍融的泥漿相比，其指標(biāo)變化及劣化程度表現(xiàn)得異常明顯。

現(xiàn)場(chǎng)采取熱水拌制泥漿或者加入工業(yè)鹽防止泥漿結(jié)凍等方式效果都不甚理想，前者降溫速度快效果不佳，后者對(duì)泥漿黏度指標(biāo)影響較大。較為適當(dāng)?shù)奶幚矸绞绞谴_保泥漿存儲(chǔ)場(chǎng)地封閉且保暖，同時(shí)利用小型空壓機(jī)使泥漿池和筒倉(cāng)內(nèi)泥漿持續(xù)翻滾，防止結(jié)凍。在泥漿輸送上可適當(dāng)加大泥漿輸送管路直徑、在管路上包裹保溫材料、送回漿前及時(shí)熱水沖洗等方式避免管路凍結(jié)。

2.2成墻階段施工關(guān)鍵技術(shù)控制措施

2.2.1清孔換漿

清孔換漿的目的在于置換成槽完畢后槽段內(nèi)黏稠、厚重的泥漿，確保鋼筋籠吊放過(guò)程槽壁的穩(wěn)定，同時(shí)減少后期混濁泥漿以及底部沉渣對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量的影響，清孔換漿完成的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用換漿量與指標(biāo)雙控，且必須全部達(dá)到要求后才可以停止清孔。

賓館西路站地下連續(xù)墻施工深度范圍內(nèi)粉砂性土累計(jì)厚度超過(guò)25 m，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)土層含砂土、粉土累計(jì)厚度超過(guò)3 m時(shí)考慮采用槽內(nèi)100%清孔換漿可以有效降低墻面夾泥、夾砂滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，提高墻體混凝土澆搗質(zhì)量，但采用100%清孔換漿存在空間和時(shí)間兩大難題。

（1）空間。指的是施工場(chǎng)地（地上及地下空間），即泥漿系統(tǒng)清孔用漿配置容量是否滿(mǎn)足100%清孔換漿的要求?，F(xiàn)場(chǎng)只有當(dāng)泥漿儲(chǔ)備大于計(jì)劃日成槽量3倍容積以上，才有可能將新鮮泥漿、成槽泥漿、清孔用泥漿分開(kāi)儲(chǔ)存放置，才有可能進(jìn)行100%清孔換漿。

由于工程處于市中心核心區(qū)域，用于設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)施工設(shè)施的可操作空間有限，根據(jù)施工進(jìn)度籌劃，現(xiàn)場(chǎng)需設(shè)置存儲(chǔ)容量不小于1 000 m3泥漿存儲(chǔ)設(shè)備才能滿(mǎn)足100%清孔換漿需求。在地下存在切改管線的情況下現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿筒倉(cāng)，將平面存放改為立體存放，成功地解決了泥漿存儲(chǔ)空間這一問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)配合氣舉反循環(huán)法清孔工藝（即底部吸渣，地面位置排放新鮮漿液），通過(guò)筒倉(cāng)內(nèi)泥漿漿液與地面之間的高差增加泥漿自上而下輸送的壓差，利用泥漿重力置換，提升清孔換漿水平。

單個(gè)泥漿筒倉(cāng)泥漿存儲(chǔ)量為60 m3，現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置10個(gè)泥漿筒倉(cāng)（見(jiàn)圖5），可存儲(chǔ)泥漿600 m3，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)配置一泥漿池，容量為36 m×9 m×2.5 m=810 m3，兩個(gè)合計(jì)存儲(chǔ)泥漿 1 410 m3，滿(mǎn)足100%清孔換漿需要。

圖5　現(xiàn)場(chǎng)泥漿筒倉(cāng)的設(shè)置

（2）時(shí)間。100%清孔換漿所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)較傳統(tǒng)清孔換漿時(shí)間長(zhǎng)，時(shí)間耗用越長(zhǎng)，帶來(lái)的槽壁穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)越大。

由于氣舉反循環(huán)法清孔工藝采用的是底部吸漿地面送漿的置換流程，這就要求清孔管需接長(zhǎng)至槽段底部（共60 m），換漿前后安拆清孔管所需時(shí)間至少3 h?，F(xiàn)場(chǎng)清孔換漿初期采用單管進(jìn)漿、雙泵抽吸的方式進(jìn)行換漿處理，進(jìn)出漿量不匹配加上抽吸雙泵常損壞導(dǎo)致單泵抽吸，致使清孔時(shí)間較長(zhǎng)，換漿時(shí)間一度達(dá)到5～6 h，后期現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，抽吸泵兩用一備，現(xiàn)場(chǎng)雙管進(jìn)漿、雙泵出漿，氣泵損壞的頻率明顯降低，將實(shí)際100%清孔換漿時(shí)間從原先的5 h減少到3h左右，總的清孔換漿時(shí)間控制在6 h以?xún)?nèi)。

2.2.2混凝土澆筑

為了減少在深厚粉砂性土層施工時(shí)泥漿中沉砂可能對(duì)后期墻體澆筑質(zhì)量帶來(lái)的影響，現(xiàn)場(chǎng)除了在泥漿性能指標(biāo)、清孔換漿等工序上采取必要的控制手段外，還加強(qiáng)了在混凝土進(jìn)料質(zhì)量和溫度控制上的管控。

（1）混凝土進(jìn)料質(zhì)量控制。地下連續(xù)墻墻體澆筑時(shí)，一旦進(jìn)料的混凝土過(guò)于稀稠，在混凝土液面上升過(guò)程中由于上部混凝土無(wú)法“頂托”住頂部沉渣或槽內(nèi)泥漿而與之融合，造成槽壁表面夾泥、夾砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

為此，現(xiàn)場(chǎng)在與供料混凝土拌站交底時(shí)便明確混凝土退料塌落度超標(biāo)范圍，對(duì)于塌落度超過(guò)±20 mm的混凝土進(jìn)料堅(jiān)決予以退回，同時(shí)技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)每100 m3檢查一次進(jìn)料混凝土塌落度，對(duì)于不足100 m3的按照100 m3進(jìn)行檢測(cè)，并留下影像資料便于后期查證。

（2）混凝土進(jìn)料溫度控制。當(dāng)混凝土入模溫度低于5℃時(shí)，水泥材料的水化熱不再反應(yīng)，混凝土的強(qiáng)度停止增加。當(dāng)混凝土的入模溫度低于0時(shí)，存在于混凝土中的液態(tài)水開(kāi)始轉(zhuǎn)化成固態(tài)，并伴隨一定的膨脹應(yīng)力破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

為了應(yīng)對(duì)低溫對(duì)地下連續(xù)墻混凝土質(zhì)量及后續(xù)頂拔反力箱時(shí)間預(yù)判的影響，現(xiàn)場(chǎng)配備專(zhuān)業(yè)測(cè)溫槍?zhuān)ㄒ?jiàn)圖6），對(duì)每一車(chē)進(jìn)料混凝土進(jìn)行溫度量控，對(duì)出料時(shí)低于5℃的混凝土泵車(chē)現(xiàn)場(chǎng)立即制止其繼續(xù)放料并退料重發(fā)。

圖6　混凝土測(cè)溫槍

3　結(jié)語(yǔ)

地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量和滲漏控制一直是地下工程施工技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)天津地鐵5、6號(hào)線賓館西路站地下連續(xù)墻施工所采取的系統(tǒng)性、科學(xué)性技術(shù)管理手段，工程取得了良好的施工效果，施工操作的精細(xì)化管理可以為今后同類(lèi)工程提供借鑒。

U231.4

B

1009-7716（2016）07-0238-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.070

2016-03-13

姚嘉杰（1983-），男，上海人，工程師，從事地下工程施工管理工作。