软硬不均地层地下连续墙成槽质量控制研究.pdf

:./.软硬不均地层地下连续墙成槽质量控制研究收稿日期:作者简介:罗凤江()男工程师从事地铁施工方面的研究 通信作者:董海洲()男副研究员从事地下水渗流研究罗凤江 董海洲 牛若歆 刘 军 闵凡路 赵伏田(.中铁二十四局集团有限公司上海 .河海大学土木与交通学院江苏 南京)摘 要:地下连续墙是地铁车站的常用围护结构形式软硬不均的特殊地层结构容易造成施工中塌孔或塌槽、槽壁垂直度低等现象施工质量和进度难以保证 以南京福建路地铁站地下连续墙为例针对成槽施工中关键环节进行探讨分析包括成槽机械选择、土层成槽、岩层成槽、槽段检验等为提高泥浆护壁性能采用新型泥浆材料配浆并对泥浆分离设备和工艺进行改良从成槽作业、泥浆护壁、减小附加荷载以及缩短已开挖槽壁暴露时间等不同角度提出成槽施工质量控制措施关键词:地铁车站软硬不均地层地下连续墙成槽施工质量控制中图分类号:.文献标识码:文章编号:()地下连续墙由于施工振动小、整体稳定性好、防渗性能好、应用广泛等优点可兼做深基坑的截水防渗、挡土承重的主要结构在当前城市地铁车站的建设中作为首选的围护结构形式而被广泛应用 地下连续墙主要施工流程是:首先借助泥浆护壁沿着深开挖工程边缘轴线进行成槽作业并形成一定长度的槽段再向槽段内放入制作加工完成的钢筋笼最后经过水下混凝土浇筑后形成墙段 重复连续施工后各墙段会相互连接构成完整的地下墙体结构 由于地下连续墙的施工方法可对任意深度及断面的深槽进行作业因此其能够根据设计要求建造各类深度、长宽、形状及强度的地下墙地铁基坑一般较深常面临复杂的地质状况软硬不均地层是其中常见问题之一 其中较软岩层自稳能力较差施工扰动下容易坍塌而较硬地层的强度较高导致液压抓斗成槽机工作效率下降 因此针对不同类型的地层条件需要采用适当的施工机械和工艺以调整合适的泥浆性能预防塌孔或塌槽的发生 南京地铁 号线福建路站土层为软硬不均地层在上部粉砂层和下部泥质砂岩之间夹有粉质黏土层 软硬不均地层的复杂条件使地下连续墙施工存在困难容易造成塌孔或塌槽、槽壁垂直度低等现象施工质量和进度难以保证 本文对软硬不均地层中地下连续墙各主要施工环节的施工要点开展研究提出相应的质量控制措施以提高地下连续墙的施工精度并为类似工程提供借鉴和参考 工程概况福建路站位于福建路、察哈尔路与中山北路路口沿福建路、察哈尔路呈东西向布设与 号线车站在路口形成十字交叉 本站为一座地下 层的岛式站台车站采用双柱三跨箱型结构形式其总长.标准段外包宽.顶板覆土厚度约.标准段底板底埋深.左右端头井底板底埋深 车站基坑以地下连续墙作为围护结构体系其中西端头井段采用.厚地下连续墙剩余部位采用.厚地下连续墙 地下连续墙可兼做止水帷幕底部插入相对隔水层以隔绝基坑外部的地下水补给地下 层 层结构为车站的附属结构而其基坑平均开挖深度.左右车站处于秦淮河漫滩地貌单元砂土、粉土发育场地覆盖层厚度.上覆土层厚度和性质差异明显 地层分布由上到下依次为:填土(杂填土、素填土、淤泥质填土)埋深约.粉砂、粉土互层下有粉质黏土埋深约.强、中风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩埋深约.地下连续墙成槽施工工艺地下连续墙的建造主要环节包括:测量放样导墙施工泥浆护壁成槽机成槽清槽钢筋笼吊装工字钢背后回填水下混凝土浇筑等 若某一环节未达到设计施工要求都可能导致工程问题的出现影响地下连续墙支护、防渗等功能 软硬不均地层对地下连续墙施工所带来的影响主要体现在成槽时不易成槽、易发生塌槽塌孔以及造成槽壁垂直度低等方面其他环节可按照正常地层施工 因此需要在成槽时选用适宜的施工机械及工艺配制合适性能的泥浆并做好槽壁垂直度检测和控制.成槽机械选择结合福建路站施工区域的地质条件对位于强风化地层以上的各地层考虑选用 型液压抓斗成槽机其抓斗最大张开幅度可达.同时其配备的自动纠偏系统可在成槽期间实时监测槽壁垂直度 此外施工中所产生的渣土以自卸汽车运至临时渣土堆场经排水后再转运出场 针对强风化岩面其岩石强度小于 此时需采用 旋挖钻进行岩石段槽段开挖施工若部分槽段存在岩石强度大于 地层 第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .时首先利用 型冲击钻将孔间岩墙击碎后再进行后续的扫孔成槽作业(见图)图 1成槽机施工实景.槽段开挖成槽开挖作为地下连续墙施工期间的关键工序 为保证槽段成槽的最佳质量并结合本项目的地质资料和设计要求故选用液压抓斗、旋挖钻机和冲击钻机进行槽段成槽开挖作业其具体施工方式如下所述:)为保证抓斗下放位置的准确性同时避免抓斗发生左右倾斜故在成槽施工开始前需要对抓斗每次下放的中心位置进行严格定位并在导墙上放置标志物)在成槽施工期间为保证成槽机抓斗下放的精准度抓斗中心与导墙上的标记物应严格对应与此同时抓斗还应平行于导墙下放即抓斗中心线应与导墙中心线相重合)地下连续墙槽段采用跳槽法进行施工 槽段的首开幅和闭合幅位置参考单元槽段的长度与成槽机开口的宽度数据确定此举可以有效保证成槽机作业期间两侧邻界条件的均衡性进而确保槽段内壁的垂直度满足施工要求 此外为确保成槽垂直度质量在成槽结束后可借助超声波仪进行检验)单元槽段的施工选用“两钻一抓”的作业方式即首先对槽段两端进行开挖之后再进行中间段隔墙的开挖 由于中间段隔墙长度小于抓斗开斗长度因此抓斗能够套住隔墙进行开挖吃力较为均衡且能够有效纠偏进而确保槽段的成槽垂直度满足要求)因为抓斗成槽垂直度各不相同会形成凹凸面故待开挖至设计深度后需再沿槽段长度方向套挖几斗将凹凸面修理平整确保槽段横向良好的直线性)完成成槽后使用抓斗清理槽段设计深度的槽底沉渣)转角处部分槽段会出现一斗无法完全挖尽或能够一斗挖尽但作业期间抓斗受力的均匀性难以保证的情况 此时应根据现场实际施工情况在抓斗位置放置特制钢支架以平衡阻力避免抓斗因受力不匀衡而出现左右倾斜的现象)在成槽开挖期间还应注意以下方面:抓斗应闭斗并缓慢下放正式开挖时再张开施工期间为避免抓斗在槽段内形成涡流并对槽壁产生冲刷造成塌方因此抓斗的每斗进尺深度应控制在.左右此外在槽段内混凝土未浇筑前严禁大型机械在槽段附近作业或行走)在槽段成槽期间必须严格控制抓斗的垂直度 具体可利用成槽机自身所配备的垂直度检测仪表进行实时监测若出现偏差须及时纠偏确保垂直度不大于/.土层成槽考虑到抓斗的冲击力和闭合力对强风化岩以上的各地层可选用液压抓斗进行开挖施工 在成槽作业期间需对抓斗的平面位置和垂直度进行严格控制特别是开槽阶段 若发现 轴和 轴的任一方向上的抓斗垂直度超出偏差允许值此刻必须立即进行纠偏成槽机抓斗还应紧贴导墙入槽且整个操作期间需保持抓斗的平稳 此外若成槽期间发现槽段内的泥浆高度不足应及时补足以维持导墙中泥浆液面的稳定而槽段开挖的顺序及流程参见图 图 2槽段开挖顺序及流程图（a）准备开挖的地下连续墙沟槽（b）第一抓成槽第一抓第三抓第二抓第一抓（c）第二抓成槽（d）第三抓成槽.岩层成槽在进入中风化岩层后成槽机进尺缓慢功效较低改用旋挖钻进行岩层段的成槽施工开孔方式按照先行幅、后行幅分为以下几种见图（a）首开幅岩层段（b）先行幅岩层段（c）后行幅岩层段图 3旋挖钻成孔顺序图分幅线分幅线17234568910111 3601 3601 3601 3601 3608006 0008007 600分幅线分幅线1728634954004001 5001 5001 5001 5006 800分幅线分幅线8415263791 0501 3001 3001 3001 0506 000单位：mm成孔选用 旋挖钻机(现场施工图见图)采用人造泥浆静态护壁 根据本工程地下连续墙厚度成孔时钻头直径取 当钻孔至设计标高应停止旋挖钻孔不得小于岩层底部 成孔垂直度偏差不大于/成孔时应及时补充泥浆同时泥浆液面高度距离第 卷 第 期 年 月 山西建筑 导墙顶应保持在 左右图 4旋挖钻现场施工图.槽段检验成槽施工结束后必须对槽段成槽质量进行全方位的检测检测内容包括平面位置、深度和垂直度是否存在偏差 而检验所需的工具及方法主要包括:)槽段平面位置的偏差可利用测锤进行检验其偏差值可用槽段两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差表示)槽段深度也使用测锤检测其值可用实测槽段左中右三个位置的槽底深度的平均值表示)每幅槽段成槽完成后其成槽垂直度可使用超声波测壁仪器扫描槽段内的槽壁壁面(如图 所示)测量地下连续墙的成槽状态对地下连续墙成槽垂直度和完成质量进行评价图 5超声波现场检测图成槽质量应满足以下标准:)槽段槽壁的垂直度应控制在/以内且槽壁的局部突出不宜超出)槽段深度的允许误差应保持在 的范围内)槽段宽度的允许误差则不宜超过 )槽段长度即轴线方向的允许偏差应保持在 的范围内)而墙顶中心线所能容许的偏差值则不应超过 泥浆配制及槽底沉渣控制措施由于地下连续墙的深度较大且其各项施工工序的施工时间也相对较长故其施工进度也相对较慢尤其是在较硬地层进行施工时 与此同时在作业完成并严格扫孔和清孔后还需进行槽段钢筋笼吊装钢、槽段接头段回填和设置导管等工序各项工序的总共用时较长有时需 左右 而在此期间槽段内悬浮在泥浆中的砂会逐渐下沉并堆积在槽段底部致使槽段底部的沉渣过厚进而加大地下连续墙接头部位和墙身主体发生夹泥的风险同时槽底较厚的沉渣也会增加混凝土浇筑难度因此为减少砂粒的沉淀现象避免槽段底部沉渣过厚必须结合实际情况对泥浆指标进行相应的调整以提高泥浆的浮砂能力和稳定性能减缓浮砂的下沉速度从而避免泥浆出现絮凝等现象 除此之外泥浆的配制还应采取以下措施:)优质配浆材料的选用 常规泥浆会出现护壁性能和携渣能力不足、稳定性较差以及回收处理不当等方面的问题因此本项目选用新型复合钠基膨润土()进行泥浆配制 此类膨润土的造浆率高其内还另外添加了特制的聚合物 目钠基膨润土 因此此种泥浆可适用于各类土层尤其能够满足超深地下连续墙的护壁需求)泥浆分离设备和工艺的改良 为提高泥浆的分离效率确保泥浆中的砂粒能够完全被分离进而保证泥浆的各项指标满足规范要求本项目施工现场配备了宜昌黑旋风公司设计的泥浆分离系统 该系统改变了传统振动筛的筛网结构并同时增设了旋流分离器故其对较大泥沙颗粒、垃圾和细微砂砾的分离效率较高此外为更高程度的保证泥浆的分离质量本项目还对泥浆回收分离净化工艺进行了优化改良其具体工作流程为:泥浆首先会通过土渣分离筛泥浆中粒径大于 的泥土和泥沙颗粒会被筛分出来以防止此类堵塞旋流除碴器下泄口一次筛分后的泥浆会依次通过由沉淀池、旋流除碴器和双层振动筛所组成的多级分离系统以进一步净化泥浆中的细小泥沙以此降低泥浆的比重与含砂量直至泥浆的比重和含砂量满足要求为止即砂性土小于.黏性土小于.且砂性土小于 黏性土小于 本分离系统所能分离的最小颗粒粒径为.因此泥浆中粒径小于.的颗粒无法被分离部分泥浆的比重可能无法满足要求 此时就需将因无法分离且比重超标的泥浆全部排除并用各项指标满足要求的新鲜泥浆置换 成槽施工质量控制措施成槽过程中软土层和厚砂层极易出现槽壁坍塌针对此类地质条件为保证地下连续墙槽段的槽壁稳定性需在成槽施工期间采取以下措施:)在保证成槽机抓斗作业半径的前提下确定成槽机械的施工位置同时还应确保成槽机履带平行于导墙并应尽量远离导墙边缘以减少施工期间可能对槽壁所产生的影响)成槽机的作业平台地面需提前进行硬化处理一般铺筑 厚的 混凝土进行处理成槽机作业期间其履带必须停放于混凝土地面上以分散机械对地面的集中荷载作用并保持施工区域地层的稳定性)成槽机作业期间成槽机抓斗应轻放慢提并严格控制成槽施工的速度以防止槽段内存在负压区造成槽段槽壁发生塌方)护壁泥浆质量应优良其应具备黏度大失水量小能够形成薄而韧泥皮的特点从而确保槽段内壁在施工期间可以保持稳定 此外根据成槽过程中土壁的变化情况可添加外加剂以调整泥浆指标保证泥浆能够维 第 卷 第 期 年 月 罗凤江等:软硬不均地层地下连续墙成槽质量控制研究持槽段的稳定)铣削时铣头刮刀四周受力不均会造成铣头倾斜进而引起槽孔偏斜 为避免此类现象的发生应分别在铣头的左右两侧各安装 块导向板前后两侧各安装 块纠偏板 同时利用触摸屏控制液压千斤顶系统调整导向板和纠偏板位置控制铣头姿态控制铣头下降速度以有效保障槽壁垂直度)施工期间槽段内若出现泥浆缺失需及时补浆并将泥浆液面高度始终保持在稳定槽段所必须的液面高度具体指低于导墙 以下且高于地下水位 以上的位置)施工期间若遇雨天或地下水位上升等情况则需相应地加大泥浆的比重和黏度 如果雨势较大则应暂停施工并封盖槽段以避免雨水渗入)由于槽段土壁会受到周围荷载作用而产生坍塌故在槽段施工期间还应严格控制槽段附近地面的附加荷载通常情况下槽壁附近的堆载不应超过 且施工所需的起吊设备和载重汽车的轮缘与槽壁的距离应不小于.)成槽施工结束后在进行完全彻底的清底和泥浆置换后方可进行剩余其他工序 值得注意的是在整个钢筋笼吊装期间应保证钢筋笼的稳、准、平避免因钢筋笼的上下移动而引起的槽壁坍塌 此外各工序间的衔接应严格保障并尽量缩短已开挖槽壁的暴露时间)针对“”“”型槽段易塌的阳角部位可预先进行注浆作业在整个槽段的施工期间一旦出现塌槽问题就必须及时填入砂土并用抓斗回填压实同时在槽段内外两侧位置进行注浆处理一般需选择距槽壁 的位置待密实后再进行后续的开挖步骤 结语地铁车站基坑较深目前常选用地下连续墙作为围护结构可以兼顾阻水、承重、挡土等功能但往往面临软硬不均的地层地质条件为地下连续墙成槽施工带来不利影响 针对软硬不均地层地下连续墙成槽施工的难点得出如下结论:)对于较软和较硬地层分别采用不同的施工机械和施工工艺流程如在较软地层可采用液压抓斗成槽机在较硬地层采用旋挖钻成槽)选用新型材料配制泥浆对泥浆分离设备和工艺进行改良提高泥浆分离效率满足护壁要求)成槽机成槽期间应确保槽壁的稳定性一般在保证护壁泥浆指标符合要求的前提下同时采取相应措施保证施工质量包括成槽机定位、控制成槽速度和槽孔垂直度、及时补浆、减小地面附加荷载以及缩短晾槽时间等参考文献:高学春.地下连续墙极速在城市地铁建设中的应用.建筑设计管理():.胡锦.邻近保护建筑物的地下连续墙槽壁加固工艺研究.建筑施工():.徐启鹏倪汉杰王玥.地下连续墙接缝渗漏检测及防渗技术.隧道建设(中英文)(增刊):.胡力绳.富水地区地铁车站地下连续墙渗漏治理技术.山西建筑():.周广军.超深超大地下连续墙施工关键技术研究.天津:天津大学.方俊波刁天祥.上软下硬地层连续墙成槽施工.现代隧道技术():.袁浩峦李云涛.海域围堰上软下硬地层中地下连续墙施工技术研究与实践.隧道建设(中英文)(增刊):.张建新栾开运王传庆等.软硬互层中超深地下连续墙关键施工技术.建筑技术():.(.):.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑