复杂地层条件下地下连续墙施工

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　　摘要：根据杭州城东、城西和城中不同地层地下连续墙的施工实例，分析了粉砂土、淤泥质软土等复杂地层条件下地下连续墙施工中常遇到的问题，并结合这些问题提出了可行有效的解决办法。
　　关键词：复杂地层；地下连续墙；问题；对策
　　
　　Complex formation conditions of the slurry wall construction Common Problems and Solutions
　　Gu Hongwei1,Zhao Shili2
　　（Shanshui Construction Co., Ltd. Zhejiang, Hangzhou 310016,Chian）
　　Abstract: According to Hangzhou, east, west, and the city in different strata of the construction of diaphragm wall example, analysis of silt, mud and soft soil conditions such as complex formation of the slurry wall construction frequently encountered problems, combined with those put forward Feasible and effective solution.
　　Key words: complex formation; underground continuous wall; problem; Strategy
　　
　　1前言
　　
　　地下连续墙可作为地下挡土墙、挡水围堰，承受竖向和侧向荷载的桥梁基础和平面尺寸大、形状复杂的地下构造物以及除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。杭州地层地质复杂，城东（特别是下沙和钱江新城区域）以粉砂土为主、城西主要是以淤泥质软土为主，这两种地质条件对连续墙的施工影响比较大；而城区中心区块靠西南部基岩较浅，根据基坑围护的要求，连续墙需要入岩，用传统的液压抓斗施工难度极大。通过对城东杭州地铁江锦站（粉砂地层）、城西杭州政苑公建项目（淤泥软土地层）、城中杭州地铁武林广场站（粘土地层）地下连续墙的施工实践，针对遇到的各种具体问题采取了相应的有效措施，圆满完成了施工任务并达到了预期目的。
　　
　　2典型工程实例
　　
　　2.1穿越粉砂地层的地铁江锦站
　　城东杭州地铁地下连接工程位于钱江新城核心区富春路下，主要有城星路站、市民中心站和江锦路站3座车站及其站间两区间，全长3.6公里。其中江锦站位于目前钱江新城的江锦路、10号路与富春路两个交叉口之间，工程主要穿越粉砂地层。该工程分两期完成，一期为主体结构工程，地下连续墙墙厚800mm，深度为34m左右，采用了预制板桩接头，总方量约9500m3；二期为通道围护工程，地下连续墙墙厚600mm，深度为24m左右，采用了常规的锁口管柔性接头，总方量约6500m3。
　　2.2淤泥质软土条件下的政苑公建项目
　　政苑公建项目位于杭州市西湖区政苑小区的西北侧，其基坑围护工程分为南北两个独立区块。其中北侧区块的地层地质以淤泥质土为主，采用“二墙合一”的地下连续墙(兼作止渗帷幕)，墙体厚度为0.80m，深度为25.00m左右，沿竖向设置二道钢筋混凝土内支撑，采用了圆形锁口管接头，总方量为7300m3。
　　2.3城中粘土地层中施工的地铁武林广场站
　　武林广场站是杭州地铁1号线围护最厚最深，开挖也是最深的站点之一，工程位于杭州市中心武林广场上。连续墙厚度为1200mm，墙体进入强风化安山玢岩0.3m，实际墙深约45-49m之间，总方量约38000m3，钢筋笼的重量约为65t,采用了十字钢板刚性接头。
　　
　　3常见问题及对策
　　
　　3.1粉砂地层大面积的露筋
　　3.1.1露筋原因分析。由于江锦站地下连续墙工程处于粉砂地层中，施工经验相对缺乏，在首次施工地铁围护时采用了常规的施工方法，结果导致大面积的露筋情况（见图1），在修补的过程中花费了较大的精力和财力。经过现场分析认为，本次地下连续墙露筋的主要原因是：粉砂地层富含地下水且水位过高，致使槽段内泥浆含砂率高所致。槽段内壁坍塌后，大量的砂土沉到槽段底部以后，在混凝土的灌注过程中，由于混凝土底部的沉渣过多，混凝土灌注速度过快，沉渣被混凝土挤到槽壁两侧，形成了露筋。
　　3.1.2露筋处理对策
　　对策1――降低地下水位。通常情况下砂土（无粘性，c=0）地质条件下，槽壁坍塌的安全系数K为：
　　K=2(γγ1’)1/2•tgφd/(γ-γ1’) (1)
　　式中γ、γ1’――砂土和泥浆的重度，（kN/m3）；
　　φd――砂土的内摩擦角，（°）。
　　从（1）式中可以看出在没有地下水影响的情况下，砂土地层中影响槽壁稳定的因素有：砂土和泥浆的重度、砂土的内摩擦角。砂土的重度和内摩擦角是地层性质决定的，不能改变，能够改变的只是泥浆的重度，但是泥浆的重度也不能无限增大，如果大于1.3后，会对连续墙的灌浆产生影响，甚至会影响到墙体质量。（1）式中是考虑没有地下水的情况的公式，所以当泥浆比重调整到最大后，采取降低地下水位的方法进行辅助，即在施工前，将坑内的疏干井在围护前先施工，施工完成后先进行降水施工。降水后，泥浆对槽壁的压力有了保证，减少了坍方发生的几率。
　　对策2――进行泥砂分离。根据现场的实际情况，在二期通道围护的施工前，对施工进行了充足的准备，首先购置了一台ZX-100型泥砂分离器和一台深水砂石泵，对循环的泥浆进行了泥砂分离，确保泥浆的质量，将入槽的泥浆含砂率控制在要求范围之内，当发现泥浆指标不能满足要求的情况下及时进行换浆。通过泥砂分离器的合理使用，泥浆质量有明显改善，沉渣处理比较干净，灌浆比较顺畅，施工时间缩短，充盈系数显示，坍方减少。
　　通过以上两个重点措施的实施之后，使粉砂地层中的地下连续墙的露筋问题得到了控制，并取得在同一场地的两次施工结果截然不同的效果，见图2。
　　
　　
　　3.2软土地层槽段坍塌严重
　　3.2.1坍塌原因。由于在城西软土地层中的连续墙施工经验相对比较少，再加上地层较软、槽壁的稳定性比较差、施工荷载较大（成槽机自重将近70t）等不利因素影响，施工中直接导致了比较严重的槽段坍塌、充盈系数偏大（最大的达到了2.1，平均也有1.29，大大超过的正常水平，见表1）的不良后果。
　　
　　
　　3.2.2槽壁坍塌处理措施。
　　措施1――减小槽段的宽度和减小地面荷载。
　　根据G.G.Meyehof提出的计算公式再考虑附近已有地面荷载影响后，槽段的坍塌安全系数K为：
　　K=Nc/[K0(γ’H+q)- γ1’H]>1(2)
　　槽段槽壁横向变形Δ为
　　Δ=(1-μ)[(K0γ’Z+q)- γ1’Z]L/E0≤0.04m(3)
　　式中 N――为基础承载力系数，矩形沟槽N=4(1+B/L)；B、L、H分别为开挖槽段的宽度、长度和深度。

　　K0――静止土压力系数，K0=μ/(1-μ)，近似值取0.5；
　　q――地面影响荷载（按均布考虑），（kPa）；
　　γ’、γ1’――土和泥浆的浮重度，（kN/m3）；
　　Z――计算深度，（m）；
　　E0――土的压缩模量，（kPa）
　　根据（2）、（3）式中可以看出提高槽段坍塌安全系数和减小槽段侧壁变形的可控措施为：减小槽段的宽度和减小地面荷载。
　　措施2――调整分幅长度。将所有大于6m长的槽段进行调整，将幅长控制在5.5m以内，加快单位槽段的施工速度。
　　措施3――分散施工荷载。购买8m长，30mm厚的钢板在成槽机等大型设备行走的位置进行铺设，分散施工荷载。
　　采用以上技术措施后，在后续的连续墙施工中，基本没有出现过大的槽壁坍塌，除前9幅墙以外的所有槽段施工后的平均充盈系数为1.04，远远小于正常值1.05-1.10，充盈系数偏大得到了控制。经过超声波检测（图3a、图3b），槽壁的坍方已经得极大的改善。
　　
　　该工程所有槽段施工完成后，最大的偏差为6cm，最小的在1-2cm左右。按6cm计算，实3.3 宽深地连墙施工的关键问题及对策
　　武林广场站地下连续墙的厚度为1200mm，深度45-49m之间，单个钢筋笼的重量约为65t，如此宽深的地下连续墙施工还是第一次。施工中如何控制好槽段的垂直度和钢筋笼的安全吊放，成为宽深地下连续墙施工的关键问题。
　　3.3.1钢筋笼起吊安全性计算（计算过程略）
　　（1）钢筋笼横向吊点设置：按钢筋笼宽度L，吊点按左0.21L，右0.21L位置为宜。
　　（2）钢筋笼纵向吊点设置：钢筋笼纵向吊点设置六点。(单幅重72.06t，笼长46m)。
　　（3）重心计算：M总=1524069.0Kg.m、G总=72060Kg，重心距笼顶21.15m。
　　（4）吊点布置具体为：11m，11m，3m，10m，10m，1m。
　　根据起吊时钢筋笼平衡（以钢笼笼头为支点）得：
　　T1（主吊）×11m+T2（副吊）×35m=1524069.0Kg.m(4)
　　T1（主吊）+T2（副吊）=72060Kg (5)
　　根据（4）、（5）两个方程可以分别得出：
　　T1（主吊）=41585Kg； T2（副吊）=30475 Kg
　　3.3.2合理选择吊装设备
　　通过精确的计算和合理的选择，吊装设备采用了一台260t履带吊车作为主吊，一台150t履带吊车作为副吊，对钢筋笼采用双机抬吊的方式进行。共完成95幅大吨位钢笼吊放，整个过程中没有发生任何问题，使任务得以安全顺利完成。
　　3.3.3槽段垂直度控制
　　武林广场站地下连续墙槽段最深达到了49m，槽段的垂直度也成为本次施工关注的重点，因为槽段如果不直，将会发生一系列的连锁反应，如：钢筋笼放不下、接驳器位置不准、反力箱安放不到位、绕流等影响下一幅施工。成槽设备选用德国宝峨GB-34型成槽机，该成槽机安装了12块纠偏推板，可以在槽段内前后左右四个方向进行硬性纠偏，以达到保证槽壁垂直的效果。
　　际垂直度为1.2/1000，已经远小于“两墙合一”连续墙的1/300的要求，而本次围护只是一个围护结构，并不需要达到“两墙合一”的要求。因为槽段的垂直度控制得比较好，施工中下放钢筋笼和反力箱都比较顺利，没有绕流的情况出现，也没有钢筋外露现象，整体效果良好，见图4。
　　
　　4结语
　　
　　杭州的城市建设正在快速发展，建筑高度也将越来越高，相应的地下部分也将越来越深，地下连续墙作为一种安全可靠的围护结构必将得到更大发展空间，在施工中或许会遇到各种各样的问题，但是只要注意关注现场的实际条件、及时发现问题并及时采取行之有效的技术措施，任何地质地层条件下的地下连续墙工程都是可以得到圆满完成并达到预期的目的。
　　
　　
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
　　

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