卵石地层及入岩地下连续墙的设计与施工

作者：孙孝林 祁志强 谭昌军 黄仙坤 来源：《科技资讯》 2013年第27期

孙孝林 祁志强 谭昌军 黄仙坤

（湖北省宜昌地质勘探大队 湖北宜昌 443100）

摘 要：介绍了在地下水丰富的卵石及基岩地层中应用地下连续墙结合钢管内支撑和高压旋喷桩的支护体系结构的设计与施工，重点阐述了方案设计、地下连续墙施工方法、事故处理以及实施效果。

关键词：深基坑 支护设计 施工技术 处理措施

中图分类号：TB21

文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2013)09(c)-0000-00

0 引言

随着我国经济建设的迅猛发展,城市建设和工业生产也加快了对地下空间的开发和利用，随之而来的深基坑支护工程的设计、施工技术也得到了长足的进步。某浮法玻璃生产线联合车间熔化工段深基坑工程，由于基坑周边环境复杂，需严格控制地面沉降；支护结构还要穿过松散、透水性强的卵石层并进入强度较高的基岩约4m。本基坑重点支护部位为砂卵石层（该地层稳定性极差，卵石一般粒径较大，局部含漂石，最大粒径达1m），需解决的难题是在中等风化粉砂岩层中顺利成槽或成孔，确保支护结构进入基岩层中。现将此基坑成功的支护设计及施工方法介绍给大家，以供大家参考。

1 工程概况

该基坑工程位于湖北省当阳市。场地原始地貌属沮水河II级阶地后缘。生产线场地介于景屏山和“五七”干渠之间。基坑总开挖面积约5060m2，支护周长约530m，基坑开挖深度为

2.10～11.76m。其中熔化工段基坑设计深度11.76m，其形状近似呈“凸”形，周长186.8m，最长边长48.9m，最短边长14.5m。下述支护设计主要针对开挖较深的熔化工段，该基坑重要性等级为一级。

基坑北面距已有玻璃生产线最近约20m，该生产线对地基沉降控制要求较高。基坑顶边北侧距天燃气管仅3m，基坑顶边东南面距离50m高的烟囱仅8m，距离厂区主水管线1m，距离厂区道路1.1～9.6m；基坑南面距离厂区食堂约8.2m；基坑西面为规划空地。基坑挖深最大部位在东部。

1.1 工程地质、水文地质情况

本工程场地内地下水较为复杂，基坑需穿过含水层，坑底位于基岩上。地下水对基坑开挖危害极大，必须对地下水进行有效治理；若长时间大量抽排地下水进行超深降水，易于诱发周边环境问题，对已有生产线影响较大。

1.1.1 工程地质条件

（1）杂填土：杂色，主要有褐黄色、灰色，主要由卵石、砾石和砂夹粘性土等组成，其中卵、砾石主要为灰岩、石英岩和硅质岩，最大粒径达100mm以上，一般粒径0.5mm～20mm，含量约50%～90%，粘性土含量约10%～50%，呈湿～饱和、松散～稍密状态，以松散状态为主。

（2）粘性素填土：杂色，主要颜色有褐黄色、黄色、黑灰色，主要由粘性土夹卵石、碎石、砾石和砂等组成，局部含黑色腐植物、淤泥等，其中粘性土含量约50%～80%，呈湿、松散状态。天然重度γ=19.0 kN/m3, ΦK =15°, CK =10 KPa。层厚0.5～6.5m。

（3）粉质粘土：褐黄色、黄色，局部为灰色，无摇振反应，稍光滑，干强度中等，韧性中等，层底部局部为灰色粉质粘土夹粉土、粉砂，状态变软。该层呈湿、可塑状态。天然重度γ=19.5 kN/m3, ΦK =15°, CK =24 KPa。层厚0.5～10.8m。

（4）圆砾夹卵石：灰黄色、黄灰色、灰白色，砾、卵石母岩成份多为灰岩、石英砂岩和砂岩等，多呈亚圆形，未风化，坚硬；圆砾含量约10%～70%，一般粒径0.5mm～20mm；卵石一般粒径20mm～200mm，含量约10%～50%，局部约含5～10%的漂石；卵石粒径最大达1.0m。地下水位较高，渗透系数平均值463.26m/d；单位涌水量平均值为428.43m3/d；水力梯度I=0.0021～0.0022。充填物细、中、粗砂都有，局部充填物为可塑状态粘性土。该层级配较好，呈饱和、稍密状态。天然重度γ=20.5 kN/m3, ΦK =40°, CK = 0 Kpa。层厚0.5～15.8m。

（5）强风化粉砂岩：砖红色～浅红色～褐红色，主要矿物成分为长石、石英和云母，泥质胶结，粉砂状等粒结构，中厚、厚层状构造，裂隙发育，岩芯极破碎，岩质软，天然重度γ=20.9 kN/m3, ΦK =15°, CK = KPa。

（6）中风化粉砂岩：砖红色～浅红色～褐红色，主要矿物成分为长石、石英、云母，泥质胶结，粉砂状等粒结构，中厚、厚层状构造，岩芯较破碎～较完整。天然重度γ= 21.5 kN/m3, ΦK =25°, CK =120 KPa。

1.1.2 水文地质条件

场地内地下水有上部滞水和弱承压水两种类型。上部滞水赋存于人工填积的素填土层之中，大气降水是其主要的补给来源，无统一水位线，水量较小。

主要地下水位在8m左右，场地内弱承压水以砾石夹卵石层和强风化粉砂岩层裂隙为主要含水层，其上、下相对隔水层分别为粉质粘土和中风化粉砂岩，其中含水层圆砾夹卵石层顶面、底面起伏大，厚度0.50m～15.80m，平均厚度4.36m，含水层渗透性能良好。由于含水层顶面变化较大，其上部大部分地段都有相对隔水，场内大部分地段地下水具弱承压性，局部为潜水。

2 基坑支护设计

基坑支护总体方案采用：放坡+挂网喷射砼+地下连续墙+钢撑+高压旋喷的支护体系。

基坑6.5m以上采用放坡开挖，放坡比率1：1.5，坡面挂网喷射混凝土。6.5m以下采用地下连续墙+钢撑支护，地下连续墙接头部位采用高压旋喷止水，采取周底隔渗。即在基坑四周及坑底设置全封闭的隔渗帷幕和底板。基坑开挖时，此法可以避免坑外地下水位变化，因此对环境影响小。

基坑底部隔水层为中风化粉砂岩，埋深在坑底8m左右，周边隔渗帷幕需进入中风化粉砂岩一定深度，构成自成体系的竖向隔渗帷幕，截断地下水补给来源。同时坑底中风化粉砂岩作为

底部隔水层，隔断底部渗水路径。基坑开挖时在坑内设置一定数量的明排集水井，及时抽排地下水，保持坑底干燥。由于周边隔渗帷幕和坑底隔水层阻隔了坑外、坑底地层的渗流路径，从而减少了坑外地下水位降深，进而减少周边地面沉降。

(1) 基坑上部支护：周边有一定的放坡空间，采取1:1.5放坡方式，局部设1.5m宽马道。坡面采用土钉挂网护面。(2) 基坑下部支护：下部采用地下连续墙+内支撑支护。设一层钢管水平支撑，墙顶标高为-6.50m（以场地原地面标高为0.000m）。墙底进入中风化粉砂岩，与隔渗帷幕共同作用，形成侧壁止水帷幕。(3) 基坑支护内壁与设计地下厂房外墙预留800mm净空间，以便地下厂房外墙防水施工。(4) 水平角撑钢管设计：在基坑内，利用基坑自身的结构特点，设计一层水平钢管角撑，钢管外径Φ529mm，壁厚δ=12mm。(5) 钢撑锁口梁配筋：钢撑锁口梁按照以支撑点为支点的多跨连续梁进行计算，计算结构配筋如下：

截面尺寸1000mm×800mm；主筋为14根Ф25mm钢筋（HRB400）；腰筋为Ф18mm钢筋（HRB400）上下各2根；双肢箍筋Ф8mm（HPB300），间距100/200mm； C30混凝土。

(6) 换撑设计：在地下厂房底板、楼梁板外边与基坑支护结构之间填筑C20的素混凝土并振捣填实，使支护结构上的荷载直接传递到地下室底板上；待换撑砼达到设计强度后，按信息法施工原则，分析监测资料，由边到中逐道拆除内支撑。(7) 地下连续墙+旋喷桩设计：根据地层情况，基坑侧壁主要为卵砾石层，透水性好，施工难度大，为确保基坑周边支护及止水隔渗效果，设计采用800mm厚的地下连续墙（钢筋砼C30）支护止水。另外，为了防止接头漏水，在地下连续墙每个单元接头处布置2根φ600高压旋喷桩止水。地下连墙设计深度12m，桩墙入岩最少4m，入岩最深达5.5m。高压旋喷桩仅处理砂卵石层位。

地下连续墙布筋：采用φ700圆形钢筋笼，笼中心距1.3m。此方案主要特点为：①地下连续墙形成一道支护挡墙，整体性较好，能确保基坑隔水性能；○2不需大吊车起吊大面积的钢筋网片，容易保证施工安全；③有利于组织针对性极强的施工方案，加快施工进度。

地下连续墙的每个钢筋笼配筋为：主筋采用14根Ф22mm钢筋（HRB400）；加劲箍Ф12mm（HPB300），间距2000mm；箍筋Ф8mm（HPB300），间距100/200mm；墙身混凝土等级为C30。

为了便于导墙施工时，根据边长尺寸设计各槽段长度。最长槽段长7.38m，最短4.6m，共设计槽段数量为61个，其中包括8个拐角异型槽段。

3 地连墙施工技术及塌孔措施

3.1 施工工艺

本工程地下连续墙的主要施工工艺为：测量放线→ 导墙制作→成槽机开槽（挖除砂卵石层）→冲击钻机圆钻头岩层钻孔→冲击钻机方钻头岩层扫孔→成槽机清槽→Ⅱ序槽槽段施工时接头清刷 →气举反循环清槽→钢筋笼入槽→下灌浆导管进行水下混凝土灌注→拔锁口管（Ⅱ序槽槽段施工无此工作）。

3.2 施工方案

(1)通过建设单位协调，降低沮水河水位，控制场区地下水水位不超过8m。(2)勘察报告显示，设计地下连续墙顶所在地层大部份为砂卵石层。如施工时，将导墙设在砂卵石地层中，地下连续墙成槽施工的设备荷载及施工振动会造成塌孔。为此，将导墙顶标高提高到-4.000m，成槽的顶部有一部位是粉质粘土，减少施工载荷对砂卵石层的影响，预防塌孔。地连墙成槽深度为14m，地连墙混凝土浇筑高度为12m。(3)在施工载荷应力较大处，导墙阳角处上部较松散的土层用水泥土换填，提高该处土体整体性，防止该处塌孔。(4)为确保地连墙拐角处接头的完整，

施工导墙时至少加长20cm（预留下置抓斗的空间）。入岩部分采用冲击钻成圆形孔后，会在端头形成二个靠边的三角形，改用方钻头扫孔，因存在地层软硬不均的问题，会导致扫孔偏斜，无法使端头槽壁形成竖直的矩形断面。液压抓斗也无法清除端头三角形，故本工程对拐角处预留抓斗施工尺寸为40cm，确保地连墙的结构尺寸符合要求。(5)导墙埋深1.8m，壁厚100mm，翼墙宽1.3m。导墙拆模后，用10×10cm方木分上下两层按2.0m间距，将导墙支撑起来，禁止重型机械在其附近行走，以防导墙变形。若施工道路穿过导墙，应用碎石土回填密实，并铺上钢板后，车辆方可通行。(6)精心配备地连墙施工设备。配备破岩工效较高的冲击钻机先行施工连续桩孔，再采用HC-60液压半导杆式抓斗成槽机开挖、修整成槽，辅助设备有：PC210型反铲挖掘机、20t吊车2台、东风自卸车2台（渣土外运）、 2套Φ250灌浆导管，1套Φ300清孔导管。(7)加强扫槽清槽。冲击钻机入岩钻孔，因相邻钻孔距离太近，后续钻孔时钻头易偏斜，掉进已成的孔中，导致成槽困难，故在成孔过程中，要密切注意钻孔垂直度，发现钻孔偏斜，及时纠偏。此外，冲击钻机圆形钻头入岩钻孔后，相邻两孔之间存在“）（”形小墙，必须用方形钻头钻除两个钻孔之间的小墙，即扫槽。扫槽后，利用抓斗自身较好的闭合特点，再用液压抓斗直接取土清槽，对土体只作块状切削，成槽后槽底相对比较干净。最后再用气举反循环清槽换泥浆，确保槽底沉渣厚度≤100mm。(8) 成槽作业时，抓斗要轻提慢放，防止泥浆涌动，影响导墙底部土体的稳定。抓斗出入泥浆面应稍作停待后，轻轻提放，消除抓斗进出液面的抽吸作用以及泥浆面的快速变化。(9)控制泥浆比重。增加泥浆中膨润土、纯碱、CMC及PHP比例，将泥浆粘度增大至26～30s，同时增加固相含量，加大泥浆密度至1.10g/cm3以上，提高泥浆护壁效果，保证槽壁的完整和稳定。配制的泥浆须静置24h充分水化膨胀后方可使用。(10)注重细节管理，精细刷洗接头。在Ⅱ序槽槽段清槽前，要对Ⅰ序墙段的接头采用钢丝刷清刷,清除附在Ⅰ序墙段的端头上的泥皮，确保接头的严密。地连墙接头的清刷采用专门制作的带钢丝刷的清刷设备。(11) 合理布置导管下置数量和位置。使用两副导管浇注时，要同时进行，整个砼面上升速度力求保持均衡，砼面高差不得大于50cm。(12)保证首斗灌注量。制作落地式大料斗，确保首斗灌注导管埋深达2m以上。(13) 混凝土灌注结束后，每半个小时松动一下锁口管，8小时以内拔出锁口管。起拔锁口管采用吊车，避免导墙局部应力集中，影响土体稳定性。

3.3 坍槽处理措施

(1)发现槽段有局部坍塌现象应尽快补充大比重泥浆或向槽内投放适量水泥，封堵渗漏途径，以稳定孔壁。(2)对于坍塌比较严重的槽孔要用高粘性土回填，对坍塌的侧壁采用水泥拌和土回填并夯实，等1——2天后，重新开槽。对于拐角处，坍塌较严重的地方，开挖后，底部采用水泥土回填，上部40cm厚3m宽范围采用混凝土回填，以确保成槽机上角施工时安全。处理后停待7天后重新开挖。(3)加固补强后的槽段重新施工时，要加强施工力量，快速成槽，迅速浇筑成墙。

3.4 挖掘难度处理措施

如遇混凝土绕流形成局部地下障碍，抓斗掘进困难而达不到设计要求的深度时，则采用冲击钻辅助完成成槽施工，确保成槽质量达到设计及规范要求。

4 施工效果分析

该工程完工后，地下连续墙支护经历了雨季及长时间大暴雨的考验，基坑基本没有渗水。在基础工程施工期间，监测单位对地下连续墙进行了连续的监测。监测结果表明，完工后3个月，地下连续墙墙壁位移累计为12mm，小于允许值30mm；位移日变形量最大为2mm，小于允许值3mm；表明本工程地下连续墙设计合理、可行，施工方法、技术措施得当，现场管理到位。

5 小结

(1)本工程地质条件、周边环境复杂，基坑支护设计方案需科学、合理。由于地下水位较高，并需穿过较大粒径的卵石（含较多漂石）地层，设计采取了入岩深度达5.5m的地下连续墙。实践表明，该地连墙具有支护强度、刚度大，止水效果好的特点，满足了深基坑支护的要求。(2)根据液压抓斗在大粒径卵石层中施工效率高，冲击钻机破岩效果好的特点，采取液压抓斗与冲击钻结合、圆钻头与方钻头结合施工的工艺是极具针对性的技术措施，能取得极佳的施工效果。(3)砂卵石层地连墙开槽后，在施工设备荷载反复振动下，拐角处极易坍塌；另外，开槽后，如槽内泥浆性能达不到要求，极易漏浆，然后导致槽壁坍塌。对于此类事故应及时发现，及时处理，防止事故进一步扩大，对于工程施工是极有必要的。(4)对泥浆循环利用。冲击钻机成孔时产生的大量高稠度的泥浆，是抓斗成槽时护壁的理想材料，其有利于槽壁稳定并预防塌孔。此外，还减少了泥浆外排和对环境的污染。

参考文献

[1] 王启亮.地下连续墙在含水砂层中的施工技术[J]. 建筑技术开发. 2009(09)

[2] 汪勇,齐海涛.地下连续墙技术在基坑围护结构中的应用[J]. 安徽建筑. 2011(05)

[3] 严时汾. 地下连续墙侧向成墙施工技术[J]. 建筑机械化. 2011(01)

[4] 李道斌.高层建筑深基坑地下连续墙施工技术研究[J]. 现代商贸工业. 2010(21)

[5] 郑启润.高层建筑地下连续墙施工技术初探[J]. 中国高新技术企业. 2010(27)

[6] 郭振强.浅谈高层建筑地下连续墙施工要点[J]. 华章. 2011(06)