地下连续墙成槽及槽壁坍塌预防研究
发布时间：2021-11-13
地下连续墙是一种使用频率较高的地下截水、防渗、挡水结构，在诸多水利工程实践中取得了良好的防渗保护效果。本次研究针对水利工程施工环境设计一种液压抓斗式地下墙施工工艺，解决软土地区深基坑地下连续墙施工难题以及常见的槽壁坍塌事故。具体以定波水利枢纽施工为例，从导墙施工、膨润土浆配制、成槽施工三个方面阐明施工要点。工程施工结果表明，该工程地下连续墙施工各项指标与预期设计要求一致，具有一定的地下连续墙施工参考价值。
地下连续墙是在软土地区作为深基坑的重要维护结构，其在刚度、整体性以及耐久度等方面有着一定的优势，所以，被广泛的应用到了深基坑施工中，例如地下空间等。但是处于软土层和厚砂层的连续墙施工容易产生槽壁坍塌现象，影响工程整体施工质量与进度。可见，特殊条件下地下连续墙施工仍存在诸多技术难点，如何提高地下连续墙施工质量、降低施工风险，需要根据工程实际情况展开进一步的实践探究。本次研究以定波水利枢纽工程施工为例，充分研究了地下连续墙在特殊地质条件下成槽施工技术方案以及如何预防槽壁坍塌的问题，希望为相同地质条件的施工区域提供有效的地下连续墙成槽施工经验。
地下连续墙成槽施工技术
工程概况
定波水利枢纽、锡澄运河拓浚工程任务是确保武澄锡虞区洪水北排长江的排涝能力，同时改善区域供水能力以及优化周围水环境。希望联合其他工程施工，使区域防洪标准提高到50年一遇。工程内容中涉及到了节制闸、双向泵站等主要的工程。其中，节制闸坐落在④-1层重粉质壤土上，力学强度一般，地基承载力只能达到100kpa，无法满足地基承载力设计要求，故采用30cm*30cm预制方桩地基基础;泵站坐落在④-2层重粉质砂壤土上，下面依次分部⑧-1层重粉质砂壤土及⑨层粉质黏土，允许承载力分别为200kpa、140kpa，泵站持力层土层无法满足建筑物基底对承载力的要求，故采用30cm*30cm预制方桩地基处理。
本次工程的地连墙施工部分基于液压抓斗式地连墙施工技术完成液压抓斗成槽机选型为GB-34型，施工主要设备如表1所示。
液压抓斗式地下墙施工工艺
液压抓斗式地下连续墙施工主要原理是：一是利用钢筋混凝土制作导墙;，二是通过膨润土浆护壁，再利用成槽机挖土成槽;三是主要采用双导管法输送混凝土进行水下混凝土浇筑。具体而言，液压抓斗成槽机是根据图纸沿已建导墙划分槽段，抓取的土来自钢筋混凝土导墙内;同时通过向槽内注入膨润土泥浆达到护壁效果，等到槽段挖掘深度到达设计标准时，下放锁口管，吊放浇筑平台;下放输送水下混凝土的导管，浇筑成墙。基于上述描述总结了图1所示的液压抓斗成槽地下墙工艺流程。
导墙施工技术
浇注导墙的目的是引导液压抓斗成槽方向、保持泥浆护壁，进行槽段划分，另外还承担锁口管、钢筋笼及浇筑机械等作用。导墙施工作业面一般场地整平后再经过降水，把地下水位降至施工作业面以下1.0m～2.0m，同时确保砼导墙顶高程比地连墙顶高程高0.5m以上，用来以控制地连墙施工的浮浆。根据施工现场土层都为粉质黏土、粉砂、砂土的情况，将导墙断面浇筑成“┐┌”型，本次采用C25混凝土浇筑地下连续墙施工导墙，导墙顶面高出地面20cm避免了雨水流入槽内引起稀释及污染泥浆的不利情况。图2为正确制作导墙的顺序。
导墙施工顺序：导墙制作场地平整之后，测量定位后用挖掘机开挖导槽;由人工修整局部区域的沟槽;再进行绑扎钢筋、立支模板，并且通过质量检验后再进入下一步施工，确保导墙达到净距和垂直度的设计要求;最后浇筑混凝土;导墙混凝土强度达到标准后拆模。同时每隔2~3m用直径为10cm的圆方支撑导墙内壁，防止导墙内壁变形。
膨润土浆配制
膨润土浆护壁是地下连续墙质量与安全的最大保障，是地下连续墙的根本性技术，膨润土浆护壁技术的实施效果决定了地下连续墙的实施质量。
(1)膨润土浆配合比。由此本工程主要为粉质黏土、粉砂、砂性土层，通过膨润土、CMC、纯碱配制的浆液，再根据试验槽段及实际情况确定浆液配合比。浆液制备的指标如表2所示。
(2)膨润土泥浆循环。利用高速回转式制浆机进行膨润土泥浆搅拌，按照“水→膨润土→CMC→纯碱”的顺序进行添加搅拌。泥浆循环需依照以下步骤执行：
①成槽机挖槽时注入在循环池内泥浆，以此来开始对槽段的开挖，并且开挖与注入需要同步进行，泥浆液面比导墙面保持低0.2m，比地下水位高0.5m之上。
②在进行成槽时，通过泵对反循环的吸收，先把循环池内的泥浆泵送到地连槽内，再抽取槽内的泥浆排入沉淀池内，在完成沉淀并达到相应的要求后，需要重新输送到循环池内。
③在进行砼灌注时，中上部的泥浆重新回到沉淀池中，砼顶面4m以上的泥浆排入废浆池中，这部分废浆不能使用。
此外，每班需要对制作的膨润土泥浆质量指标进行2次的检测，对新拌泥浆存放超过24h后再进行使用，在补浆过程中，必须使用泥浆泵连续循环泥浆。更换混凝土中的泥浆后，应按要求的指标进行净化和调整，并混合新拌泥浆进行循环使用，不得排放废泥浆池中无法调节的泥浆，并采用泥浆泵将其从场中运走。
成槽施工
当泥浆在导槽中达到最大值时，必须挖土成槽。本次施工采用抓斗法，按先两侧后中间的顺序进行。在成槽阶段，必须严格控制抓斗的垂直度和平面位置，当泥浆在导槽内达到最大值时，需要进行挖土成槽，本次施工所采用的抓法成槽，是按照先两侧后中间的顺序进行的，在成槽阶段，需要根据垂直度以及平面位置，做好对抓斗的严格控制，特别是在进行开槽的过程中。成槽机器的垂直度的控制根据GB-34液压抓斗成槽机来完成，本机设有弧垂显示仪和自动纠偏装置，开槽机显示器直接显示弧垂控制;如果偏差超过允许值，立即纠正偏差。抓斗入槽时进行平稳的机械操作，与基坑一侧保持贴紧，并且需要在第一时间做好对泥浆的补入，确保泥浆液面在导墙内比导墙顶面低超过20cm。用自卸车将挖出来的土料运至弃土区。在进行地连墙挖槽时，随时根据现场实际情况检测泥浆比重，确保合理，同时密切关注异常情况，确保问题能够得到及时的发现和处理。
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本工程地下连续墙的成槽要求需要垂直度小于0.67%;槽深允许误差不超过-200mm;槽宽允许误差确保在0～50mm范围内。中间向两侧作业顺序如图3所示。
槽壁坍塌预防策略
在地下对连续墙成槽进行施工时，坍塌问题主要出现在软土层和厚砂层，因此根据特点制定以下预防性措施：
降低地表荷载。在槽壁附近严禁堆载20KN/m²以上的物品，起吊设备以及载重汽车与槽壁保持大于3.5m的距离。此外，尽量避免槽口受到的静荷载及动荷载作用，确保其减少干扰。
(2)严格操作机械。成槽机械操作要保持平稳，避免猛起猛落，造成槽内形成负压区，从而产生槽内坍塌。
(3)强化泥浆配比。采用优质膨润土配制浆液，用CMC增黏剂形成致密坚韧的浆液止水墙，使槽内浆液水头保持在高于地下水位0.5m以上。
(4)缩减裸槽时间。衔接好各个成槽工序，槽段开挖结束后尽快进行混凝土浇筑，将成槽至浇筑完成地连墙时间控制在24h内。
(5)动态测定护壁泥浆性能指标。定期测量护壁浆液的性能指标，随时掌握护壁浆液的状态，确保其始终处于设计要求和规范的状态。
(6)成槽过程控制。成槽过程中加强测控垂直度、泥浆比重等指标，成槽施工时注意观测泥浆损耗量，并及时补充泥浆，泥浆液面控制在槽口以下20cm，确保槽壁的稳定。一旦出现耗浆量超过正常值，或者地层内产生严重漏浆，及时分析原因并找出问题，再采取调整泥浆的配合比，制定并实施相应的堵漏措施，主要采用向槽孔内回填黏土，同时加入黏土球、水泥等，再用抓斗在槽内挤抓，确保黏土等堵漏物质挤入渗流孔隙或者通道，从而保证堵漏起作用。
结语
本文详细设计了一套符合软土层和厚砂层地质条件的地下连续墙成槽施工技术方案，将GB-34液压抓斗成槽机作为主要施工机械，详细设计了导墙施工方案以及保护槽壁的膨润土浆配比情况。总体而言，此方案执行过程中正确操作机械是关键，因此对于施工人员来说，要充分掌握液压抓斗成槽机的特性与操作方法，熟练进行成槽施工;此外，需要发挥每种施工机械的特长，协调配合使用各种机械设备，避免施工过程中出现的安全隐患，将成槽施工风险、槽壁坍塌风险扼杀在源头。——论文作者：王 乐1王建忠2王 丰1邓迪强
