高水位超厚淺層砂性土層地下連續(xù)墻施工技術

張竹青 ZHANG Zhu-qing

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

1 工程概況及周邊環(huán)境情況

1.1 工程概況

上海軌交崇明線工程111 標2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段所處區(qū)域位于長興島北環(huán)河北側(cè)的農(nóng)田內(nèi)。結(jié)構(gòu)長116m，寬19.0/19.8m 為地面二層地下二層（局部四層）單柱雙跨混凝土箱型結(jié)構(gòu)。采用明挖順作法施工，最大開挖深度31.7m。圍護結(jié)構(gòu)采用1.2m 厚地下連續(xù)墻，采用十字鋼板接頭，墻深50.5～53.5m。基坑剖面圖如圖1 所示。

圖1 2# 大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段基坑剖面圖

1.2 周邊環(huán)境情況

1.2.1周邊環(huán)境

2# 大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段位于崇明區(qū)長興島的新開河附近，上海長江大橋東側(cè)，附近為上海機施天然氣過江隧道項目。轉(zhuǎn)換段周邊均為農(nóng)田。轉(zhuǎn)換段南側(cè)為北環(huán)河，河道藍線寬50m。長興島內(nèi)工程沿線河網(wǎng)密集，河流縱橫，排泄暢通。2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段南側(cè)30m 有1 條新開河1，河寬約20m；北側(cè)有1 條新開河2，河寬約17m；西側(cè)有一條小明浜，河寬約3m?？辈炱陂g測得水面標高在2.31m 左右，河底標高一般在0.51～1.51m 左右，水深在0.7～1.8m 左右。環(huán)境總平圖如圖2 所示。

圖2 環(huán)境總平圖

1.2.2工程、水文地質(zhì)條件

場地地基土在85.29m 深度范圍內(nèi)均為第四紀松散沉積物，主要由飽和粘性土、粉土和粉砂組成，具有成層分布特點。本工程連續(xù)墻槽段淺層涉及的不利土層主要為：②3-1t灰色砂質(zhì)粉土與淤泥質(zhì)黏土互層，土層分布為地下1.3～3.2m；②3-1灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下3.2～10.6m；②3-3灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下10.6～14.2m；②3-4灰色砂質(zhì)粉土，土層分布為地下14.2～15.7m。土層滲透系數(shù)如表1 所示。

表1 土層滲透系數(shù)表

2 工程難點

②3層土層為本工程主要的潛水含水層，平均水位埋深為1.50m，該土層總厚度大，滲透性好，水量豐富補給較快且受氣候、降水影響，入江?？谔幨艹毕珴q落影響較大。在該土層的影響下，現(xiàn)場試挖導墻溝槽后，1 小時內(nèi)即出現(xiàn)積水和邊坡大面積坍塌問題，導墻溝槽穩(wěn)定性如圖3 所示。

圖3 導墻溝槽穩(wěn)定性

同時粉土、砂土在水動力作用下，極易產(chǎn)生透水、涌水、流砂等現(xiàn)象，對地下連續(xù)墻槽段的穩(wěn)定性存在不利影響，容易出現(xiàn)縮孔、坍方現(xiàn)象，從而影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

3 針對性施工技術

為確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，防止槽壁坍塌、縮孔，需采取措施確保成槽質(zhì)量。若采用常規(guī)的三軸攪拌樁槽壁加固，周邊環(huán)境影響小、效果佳，但造價高、工期長。本工程結(jié)合自身條件情況采用噴射井點預降水、控制泥漿性能指標等措施，確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量。

3.1 噴射井點預降水

3.1.1設計思路

通過短期降水及時疏通成槽范圍內(nèi)土層地下水，形成地下水位面與槽段內(nèi)泥漿液面的水頭高差，加速泥漿滲透和泥皮形成，同時通過降低粉砂性土內(nèi)的地下水使土體產(chǎn)生固結(jié)，以提高土體強度和穩(wěn)定性，防止成槽面土體失穩(wěn)，本工程選用在砂性土層中地下墻預降水常用的噴射井點降水方法。

3.1.2噴射井點設計及布置

噴射井點預降水施工分為導墻施工和成槽施工階段。考慮成槽機及其他機械設備行走路線，且噴射井點施工期間基坑未完全封閉，兩階段井點布設以坑內(nèi)為主，坑外預留備用井點位置。兩階段井點鉆孔直徑均為300mm，噴射井點平面布置如圖4 所示。

圖4 噴射井點平面布置圖

①第一階段施工。導墻施工時，井點沿導墻外邊線1.8m，每隔5m 布設一口，鉆孔深度9m，井點深度8.5m，濾管布置于②3-1t灰色砂質(zhì)粉土與淤泥質(zhì)黏土互層及②3-1灰色砂質(zhì)粉土層中，濾管長6m，如圖5 所示。

圖5 9m 噴射井點結(jié)構(gòu)圖

導墻溝槽開挖前，提前開啟施工導墻范圍內(nèi)噴射井點，將潛水水位降深至導墻底以下1m 位置后進行導墻施工，施工完成后停止降水拔除井點管。

②第二階段施工。

地下連續(xù)墻施工期間，井點沿地下連續(xù)墻外邊線2m，每幅地下連續(xù)墻布設一口，鉆孔深度14m，井點深度13m，濾管布置于土層滲透系數(shù)最大的②3-1灰色砂質(zhì)粉土和②3-3灰色砂質(zhì)粉土層中，濾管長6m，如圖6 所示。

圖6 14m 噴射井點結(jié)構(gòu)圖

成槽前，提前3 天同時開啟槽段對應的1 口及相鄰2 口噴射井點。以②3層含水層初始層壓水頭埋深1.5m 計算，同時開啟槽段范圍內(nèi)3 口噴射井點，槽段處最大水位降深為10.00m，可以滿足槽段開挖要求，同時槽段周邊10～15m 范圍內(nèi)水位降深約為5.00～6.00m。

3.1.3降水運行效果

①經(jīng)過噴射井點預降水后，導墻溝槽開挖完成后溝槽兩側(cè)土體穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。如圖7 所示。

圖7 噴射井點降水后導墻溝槽照片

②地下連續(xù)墻成槽前3 天開啟對應槽段范圍內(nèi)3 口噴射井點，槽段外10m 范圍內(nèi)水位降水約5m 及潛水水位在地面以下6.5m 左右，降水s-t 曲線如圖8 所示。

圖8 噴射井點降水s-t 曲線

3.2 控制泥漿性能指標

3.2.1泥漿配置

①膨潤土。為解決常規(guī)泥漿在地下連續(xù)墻施工中，護壁性能、攜渣能力、穩(wěn)定性、回收處理等性能不足，本工程采用復合鈉基膨潤土泥漿。

②施工用水。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測報告，場地潛水水樣 的pH 為6～7，鹽離子含 量 為1700～1800ppm，硬度（鈣離子含量）＞425ppm?，F(xiàn)場自來水水樣的pH 為7，鹽離子含量為200～220ppm，硬度（鈣離子含量）為50～90ppm。場地潛水含鹽量約為自來水的8.5～9 倍，井水中的鈣離子含量約為自來水的5～9 倍。

現(xiàn)場采用潛水配制的泥漿，膨潤土無法水化膨脹，存在明顯的漿水分離現(xiàn)象，無法作為新鮮泥漿使用，故本工程選用自來水配合復合鈉基膨潤土配置泥漿。

③泥漿拌制。膨潤土采用專業(yè)拌漿桶進行攪拌，配漿采用自來水進行拌制，根據(jù)實際試配結(jié)果按需加入純堿使配置泥漿泥漿pH 值控制在8～9，已達到最佳配漿效果。每次膨潤土進場，進行試配，將拌制好的新漿靜止8 個小時后進行檢測，檢測合格后投入使用。

3.2.2泥漿性能指標及配合比

①泥漿的各項性能指標。本工程地下連續(xù)墻施工泥漿的各項指標見表2。

表2 泥漿性能指標表

②新鮮泥漿試拌配合比。根據(jù)表2 的性能指標要求，新鮮泥漿試拌配合比見表3。

表3 泥漿配合比指標表

如按試拌配合比所拌制的泥漿不滿足要求，重新調(diào)整配合比，直至滿足后方可用于施工。

4 實施效果

4.1 試驗槽段

為驗證成槽預降水和泥漿的效果，避免因坍方影響成槽效率及地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，選取基坑標準段編號WW-17，接頭形式為十字鋼板，墻身50.5m 地下連續(xù)墻進行試成槽。

試成槽前3 天開啟周邊三口噴射井點預降水，將槽段四周水位降低至地面下4～6m。

試成槽時的入槽泥漿選擇自來水配置的鈉基膨潤土泥漿，泥漿比重為1.06，粘度為35″，pH=8。試成槽過程中實測泥漿指標變化情況見表4 所示。

表4 實測槽段內(nèi)泥漿指標

由表4 中數(shù)據(jù)可得，試成槽過程中，在地面至地面以下18m 范圍內(nèi)受粉砂性土層和潛水的影響，比泥漿重及含砂率明顯增大，粘度及pH 值降低；隨著成槽深度的增加，比重及含砂率明顯下降；靜置24h 后，槽段內(nèi)泥漿各項指標均滿足成槽泥漿控制指標。根據(jù)試成槽和靜置期間槽段泥漿的指標變化，淺層粉砂性土和潛水水質(zhì)對泥漿的影響處于可控范圍。

根據(jù)槽段超聲波檢測顯示，成槽完及槽段靜置24h 后均未發(fā)現(xiàn)槽段塌方現(xiàn)象，如圖9～圖10 所示。

圖9 成槽完成后超聲波檢測記錄

圖10 靜置24h 后超聲波檢測記錄

4.2 后繼槽段

試驗槽段施工完成后，后繼槽段采用相同的預降水措施及泥漿配置，地下連續(xù)墻成槽超聲波檢測顯示，槽壁相對穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方、縮孔等現(xiàn)象?；炷脸溆禂?shù)平均為1.05，符合設計及規(guī)范要求?；娱_挖后，地下連續(xù)墻表面平整無鼓包且未出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

根據(jù)成槽期間的超聲波檢測結(jié)果及基坑開挖后地下連續(xù)墻表面質(zhì)量情況表明，采用的噴射井點預降水及復合鈉基膨潤土泥漿護壁技術措施，可有效確保地下連續(xù)墻施工期間槽段的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

在上海軌道交通崇明線工程2#大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換段針對地下水位高、淺層粉砂性土較厚的地下連續(xù)墻施工過程中，通過噴射井點預降水、控制泥漿性能指標等措施可增加槽壁穩(wěn)定性，減少地下連續(xù)墻塌方，達到提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的目的，并有良好的經(jīng)濟效益。該技術對在類似周邊環(huán)境、土層中的地下連續(xù)墻施工起到一定的借鑒作用。