周鵬華 黃曉程 朱海軍 李繼承

1.中建三局集團有限公司工程總承包公司 武漢 430064；2.湖北中建三局建筑工程技術(shù)有限責(zé)任公司 武漢 430070

1 工程概況

背景工程基坑場地位于武漢市漢口地區(qū)，距離長江不足100 m，屬于臨江超深基坑。基坑地處勝利街和三陽路交界處，北側(cè)為武漢市人大辦公樓，東側(cè)為長江及沿江大道。基坑周邊條件復(fù)雜，三邊為市政道路，基坑南側(cè)為規(guī)劃中的地鐵線路?；又苓叴嬖诘叵鹿芫W(wǎng)，埋深約地下1.7 m范圍（圖1）。

圖1 基坑平面布設(shè)示意

基坑工程涉及地層有：①雜填土，②粉土，③粉質(zhì)黏土，④粉質(zhì)黏土（夾粉土），⑤粉砂夾粉質(zhì)黏土，⑥粉細(xì)砂，⑦卵石，⑧砂礫巖強風(fēng)化，⑨砂礫巖中風(fēng)化。

本場地地下水類型可分為上下2 層：上層為賦存于雜填土和粉土中的上層滯水，勘察期間測得穩(wěn)定水位埋深0.5～3.9 m，下層水為賦存于下部粉細(xì)砂至卵石層中的承壓水，與長江有密切的水力聯(lián)系，其水位受長江水位變化影響，水量豐富。場地承壓水水位年變幅為3～4 m。上下層地下水因黏性土隔離而無水力聯(lián)系。

本工程基坑支護的結(jié)構(gòu)形式采用地下連續(xù)墻+4 道鋼筋混凝土支撐+三軸攪拌樁止水帷幕，配合坑內(nèi)深井降水等支護手段?；又ёo周長約437 m，大面開挖深度為21.95 m，局部開挖深度達(dá)22.95 m，塔樓開挖深度為22.35～22.55 m，塔樓局部開挖深度為25.35 m。

2 工程重難點

1）雖然在地下連續(xù)墻的內(nèi)外兩側(cè)都設(shè)置了三軸攪拌樁止水帷幕，但由于受到施工工藝的限制，三軸攪拌樁目前最大施工深度無法穿透該工程17～49 m的承壓含水層；由于承壓含水層和長江存在近距離的水力聯(lián)系，導(dǎo)致承壓含水層的水頭壓力、水力梯度較大，對成槽過程中的泥漿相對密度和性能、槽壁穩(wěn)定性等造成影響；在地下連續(xù)墻施工成槽過程中，三軸攪拌樁施工深度范圍內(nèi)可以有效減小地下水水頭壓力，但無法控制三軸攪拌樁以下部位泥漿護壁效果減弱、槽壁變形等問題[1]。

2）該工程地下連續(xù)墻成槽深度大，設(shè)計深度為地下連續(xù)墻入強風(fēng)化砂礫巖1 m，地下連續(xù)墻最大深度達(dá)54 m；且穿過的地層復(fù)雜，水文地質(zhì)條件復(fù)雜；需穿越近30 m的承壓含水層，并進(jìn)入強風(fēng)化基巖1 m，地層巖土力學(xué)性質(zhì)和水文地質(zhì)條件都發(fā)生突變，外加深度大，需入巖，從而導(dǎo)致槽壁垂直度控制困難[2]。

3）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)為武漢市人大辦公樓，南側(cè)有擬規(guī)劃地鐵線路，東側(cè)100 m為長江及大堤，外加周邊市政管線復(fù)雜；在地下連續(xù)墻成槽開挖過程中，會對地下槽壁兩側(cè)土體形成原有地應(yīng)力的卸荷作用，從而可能導(dǎo)致周邊環(huán)境的沉降和水平位移，需在成槽過程中不斷對周邊構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)測[3]。

4）地下連續(xù)墻深度大，在混凝土澆筑過程中容易發(fā)現(xiàn)側(cè)壁繞流，且繞流可能發(fā)生在澆筑的任何高度，影響后續(xù)地下連續(xù)墻施工[4]。

3 泥漿質(zhì)量控制

泥漿在地下連續(xù)墻成槽中起護壁作用。泥漿具有一定的相對密度，如槽內(nèi)泥漿液面高出地下水位一定高度，泥漿在槽內(nèi)就對槽壁產(chǎn)生一定的靜水壓力，泥漿液柱壓力作用在開挖槽段土壁下，除平衡土、水壓力外，還給槽壁一個向外的作用力，相當(dāng)于一種液體支撐，可以防止槽壁倒塌和剝落。同時，泥漿在槽壁內(nèi)的壓差作用，部分泥漿滲入地層，在槽壁表面形成一層透水性很低的固體顆粒膠結(jié)物——泥皮，可使泥漿的靜水壓力有效地作用于槽壁上，能防止槽壁剝落，起到護壁作用。泥漿具有攜渣作用，具有一定的黏性，能在挖槽過程中將土渣懸浮起來并起到運渣介質(zhì)的作用[5,6]。

泥漿和地下水之間的壓力差可抵抗土壓力和水壓力，維護槽壁的穩(wěn)定。若泥漿的相對密度較大，就會增大壓力差，提高槽壁的穩(wěn)定性。在該工程中由于承壓含水層水力梯度較大，導(dǎo)致泥漿和地下水之間的壓力差作用減弱，抵抗土壓力和水壓力的作用減弱，泥漿滲入土層效果減弱，導(dǎo)致在槽壁生成的泥皮護壁作用效果減弱。對本工程的4 個槽段的地下連續(xù)墻成槽過程中的泥漿相對密度、黏度、含砂率等進(jìn)行了測試（圖2），選擇的此4 個槽段的地下連續(xù)墻的泥漿都為開槽前新制泥漿，泥漿采用膨潤土在泥漿池加工，加工新制泥漿前，對前期沉淀的沉渣都進(jìn)行了池內(nèi)清理。

由泥漿性能變化曲線可知：在成槽過程中，新制泥漿中含砂率會不斷增大；泥漿的黏度會不斷的減小；而泥漿的相對密度雖整體呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，沒有明顯的相對密度減小趨勢，但是由含砂率的不斷增大可知，有效泥漿相對密度是不斷減小的[7]。

使用了一段時間的泥漿，由于其含砂率增大，相同相對密度的老泥漿和新制泥漿，在泥漿質(zhì)量上存在差異，老泥漿的護壁功效將會折減，我們可將折減后的泥漿相對密度稱為有效泥漿相對密度，而折減系數(shù)和泥漿中的含砂率有關(guān)。有效泥漿相對密度=實際泥漿相對密度×折減系數(shù)，其中的折減系數(shù)和含砂率有關(guān)，折減系數(shù)=1-含砂率。

由以上分析可知，由于離江近，承壓含水層水力梯度大，導(dǎo)致在成槽過程中，泥漿護壁效果相對減弱、泥漿質(zhì)量降低較快、循環(huán)利用性能降低。為了減少槽壁坍塌，提高垂直度，根據(jù)本工程經(jīng)驗可以采取以下措施，來保障泥漿功效：

圖2 泥漿性能變化曲線

1）適當(dāng)增大初配新制泥漿的相對密度，但泥漿相對密度不能過大。泥漿相對密度過大，不但影響混凝土的澆筑，且由于其流動性差而導(dǎo)致泥漿循環(huán)設(shè)備的功率消耗亦大，本工程初始泥漿相對密度配置在1.12左右，較一般地下連續(xù)墻施工中的泥漿相對密度大。

2）在施工現(xiàn)場增設(shè)一個泥漿池，在成槽和混凝土澆筑過程中，交替使用，對間歇的泥漿池泥漿進(jìn)行沉淀和再次增補膨潤土，使泥漿有效相對密度保持在有效范圍以內(nèi)。

3）提高成槽功效，縮短成槽時間，減少成槽停滯時間，以防止泥漿離析，避免地下水過多滲入而導(dǎo)致的有效相對密度減小。

4 成槽垂直度控制

本工程成槽深度大，同時需穿越粉細(xì)沙和卵石層2 個軟弱承壓含水層，并需進(jìn)入強風(fēng)化基巖層1 m。成槽深度大，穿越地層、地質(zhì)條件復(fù)雜，入巖施工困難。最大的施工難題仍是槽壁的整體垂直度控制，因槽壁深度逾50 m，即使初始偏差較小，但其累積的垂直度偏差仍足以導(dǎo)致在鋼筋籠吊裝過程中，出現(xiàn)卡籠子現(xiàn)象，為解決以上問題，本工程采用以下措施：

1）機械選型。成槽機需滿足以下條件：抓斗的動力性能高；隨著成槽深度的增加，抓斗本身自重應(yīng)能抵御泥漿的上浮力；深度越深，設(shè)備的糾偏性能要求越高；抓斗自身的穩(wěn)定性要高。本工程選用高功率的金泰SG50和SG60抓斗。

2）鉆抓結(jié)合法。當(dāng)挖土完成進(jìn)入強風(fēng)化砂礫巖時，先使用旋挖鉆機成孔，再使用成槽機取出破碎的巖石。待單孔和孔間隔墻都挖到設(shè)計深度后，再將因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整，保證槽段橫向有良好的直線性，入巖的槽底有良好的垂直度。

3）超聲波測試。在成槽完成以后，鋼筋籠下放前，使用超聲波測試儀對槽壁垂直度進(jìn)行探測，選擇橫向多斷面測試，發(fā)現(xiàn)有垂直度超過控制標(biāo)準(zhǔn)的高度，再次用成槽機進(jìn)行糾偏（圖3）。

4）人為控制。成槽過程中，利用成槽機上的垂直度儀表及自動糾偏裝置來保證成槽垂直度，垂直度儀表的顯示數(shù)值是區(qū)間性的，所以作為操作人員，要仔細(xì)查看顯示數(shù)值，根據(jù)經(jīng)驗合理調(diào)整糾偏角度，防止槽壁S形情況的發(fā)生。

5 混凝土繞流控制

地下連續(xù)墻深度大，地下水水量豐富，在混凝土澆筑過程中容易發(fā)生側(cè)壁繞流，且繞流可能發(fā)生在澆筑的任何高度，影響后續(xù)地下連續(xù)墻施工。

繞流：正在澆筑混凝土繞過防流薄鐵皮到工字鋼的背后。其硬化結(jié)塊后將影響接頭的防水以及后續(xù)槽段的搭接（圖4）。

圖3 槽壁垂直度測試

圖4 泥漿繞流示意

繞流產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施：

1）總控制措施：在混凝土澆筑過程中，需加密對澆筑混凝土面標(biāo)高的測量頻次，計算該階段理論澆筑混凝土體積，與已澆筑混凝土體積進(jìn)行對比，若發(fā)現(xiàn)充盈系數(shù)過大，則可能發(fā)生混凝土繞流，便可在繞流混凝土初凝之前，將其處理；

2）槽段垂直度偏差：需嚴(yán)格控制成槽垂直度；

3）防繞流鐵皮破壞：隨時補加破壞鐵皮；

4）接頭箱尺寸與工字鋼尺寸不符：需使用配套接頭箱；

5）混凝土坍落度過大：澆筑過程中需實時控制坍落度；

6）本工程地下連續(xù)墻深度較大，為方便處理繞流混凝土，在施工現(xiàn)場對旋挖鉆鉆頭進(jìn)行了改造，以優(yōu)化地下連續(xù)墻施工工序。

6 對周邊環(huán)境影響

本工程由于地處繁華鬧市區(qū)，對周邊環(huán)境控制要求較高，臨近長江，且地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。在地下連續(xù)墻成槽過程中，對鄰近構(gòu)筑物進(jìn)行了水位位移和沉降實時監(jiān)測，以防止在成槽過程中由于土體卸荷引起的沉降或墻體開裂，做到信息化施工，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)控制，對穿越施工區(qū)域的管線必須采取特殊的保護措施。由于嚴(yán)格的監(jiān)測和控制，在整個地下連續(xù)墻施工過程中，未發(fā)現(xiàn)對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響[8-10]。

7 結(jié)語

本文以武漢天悅星晨項目為工程依托，總結(jié)了在周邊建筑環(huán)境、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件都極復(fù)雜的工況下，臨江嵌巖型超深地下連續(xù)墻施工的部分工程經(jīng)驗。

通過本工程的施工實踐可見，在復(fù)雜的工程環(huán)境及地質(zhì)條件下，需對地下連續(xù)墻施工工藝及參數(shù)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，以保障工程安全可靠的順利實施。本工程的成功實施也可為國內(nèi)今后大型臨江嵌巖地下連續(xù)墻設(shè)計和施工提供借鑒和參考。