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软土地层地下连续墙成槽技术及其在引江济淮工程中的应用

2024-09-19 15 上传者：管理员

摘要：地下连续墙由于具有很好的防渗止水功能，在建筑、水利等基坑防渗工程中被广泛应用。而在软土地层中成槽，槽壁不稳定，局部塌孔和槽壁位移会导致泥浆相对密度增加，墙体出现夹泥等现象，从而形成渗水通道，给软土地层地下连续墙成槽施工带来重大挑战。对此，提出沿地下连续墙轴线两侧槽壁部位均匀对称布置2排水泥土搅拌桩，采用该桩体预加固上层软弱土层达到一定承载力后，采用液压抓斗、冲击钻2种机械配合成槽，形成软土地层水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽施工技术。引江济淮（枞阳段）引江枢纽工程采用该技术进行地下连续墙成槽施工后，确保了软土地层槽壁的稳定性，取得了良好的效果。

关键词：
地下连续墙
承载力
水利工程
水泥土搅拌桩
预加固
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地下连续墙在水利、房建等工程中是一种重要的抗渗和加固方式。这种方法采用挖槽设备[1]，沿着深基坑工程的周围，在泥浆护壁的情况下开挖沟槽，并向槽内浇筑混凝土等材料，然后形成一道连续的墙体。地下连续墙由于强度和刚度大，整体性好，具有出色的防渗和承载能力[2]，能有效抵抗地下土层运动，提高深基坑工程的安全性和稳定性[3]。地下连续墙成槽是大型水电站地下工程中一道重要的工序，通常采用液压抓斗开挖成槽，成槽质量和槽壁的稳定性直接影响地下连续墙的防渗止水性能[4]。在沿江区域复杂的软土地层条件下，需依据工程实际对地下连续墙施工的机械进行配套选型优化以及成槽工艺的选择等，合理的成槽工艺是确保地下连续墙施工质量的关键所在。

面临含有（微）承压水的粉砂地层、液化粉土地层时，成槽过程中经常发生导墙掉落、槽壁失稳或塌槽现象[5]。特别是在一些水利工程中，地下连续墙施工既需要穿越淤泥层、泥质砂层、砂砾卵石层等软土地层，又面临高地下水位和承压水层等问题，极易导致上部软土层槽壁失稳。在软土地层中进行地下连续墙成槽施工时面临槽壁缩孔、坍塌问题，严重影响软土地层中地下连续墙的施工进度和质量。在沿江等富水区域，施工具有复杂性，若地下连续墙施工不当，发生大量渗水，就会导致很大的施工风险[6]。

对此，本文提出软土地层水泥土搅拌桩预加固的地下连续墙成槽施工方法，将水泥土搅拌桩和地下连续墙2种工艺组合施工，该方法在引江济淮（枞阳段）引江枢纽工程的防渗墙成槽施工实践中取得了良好的效益，对沿江软土地层地下连续墙成槽施工具有重要的指导意义。

1、水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽技术

1.1 工程概况

安徽省引江济淮（枞阳段）引江枢纽工程泵站地基基础设计为地下连续墙，布置在长河老河道内。工程区属长江水系，沿线地层主要为第四系松散沉积层，孔隙水储存于其中。根据地下水的储存、运动和排泄特点，可将其分为孔隙潜水和孔隙承压水。孔隙潜水主要含水层为场地上部粉质壤土、沙壤土和淤泥质土层。地下连续墙施工需要穿越上部淤泥层，其下为泥质砂层、砂砾卵石层，最后进入微风化粉砂岩层，工程地质复杂，沿江地下水位高，且存在承压水层。同时，在汛期内，为了确保工程进度，采用传统方法成槽施工，但发现施工后槽壁很难保持稳定，上部软土层槽壁缩孔、坍塌、槽内渗水明显，严重影响地下连续墙的施工质量和工期。对此，该工程应用了水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽技术。

1.2 技术原理与特点

本文针对沿江富水区域软土地基的承载力不足，无法保证地下连续墙稳定的问题，提出使用双排水泥土搅拌桩对软土地基进行预加固处理，提升复合地基承载力，待搅拌桩固结完成，在泥浆护壁作用下，使用挖槽设备挖出槽段，并在导槽内浇筑混凝土，形成地下连续墙。地下连续墙水泥土搅拌桩预加固剖面图如图1所示。

图1 地下连续墙水泥土搅拌桩预加固剖面图

水泥土搅拌桩预加固的原理：利用搅拌桩加固土体形成挡墙，有效阻止土体向槽内运动，保证成槽的稳定性和抗渗能力。软土层用水泥土搅拌桩预加固后进行冲击钻与液压抓斗成槽施工，保障了施工成槽稳定性[7]，大大提高了地基承载力，保证了地下连续墙的施工质量，解决了软土地基无法成槽的问题。

利用搅拌桩有效加固软土地基，完成上部软土的加固，再使用液压抓斗及冲击钻施工形成完整的槽。采用这种技术进行施工，通过水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽，成槽效率是常规成槽方法的数倍，从而为工程建设节约了时间和成本，并且水泥土搅拌桩的加固作用有效保证了成槽质量。

在地基遭受破坏或者易受到扰动的条件下，对于地下连续墙导墙及施工平台安全稳定性可能产生风险的地质条件，以及设计墙顶上部为软塑或流塑性淤泥质土层较深的地质条件，可考虑采用本文提出的水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽技术。

1.3 技术优势及效果

1.3.1 优势

经引江济淮（枞阳段）引江枢纽工程现场实践应用表明，该技术具有以下优势：①适用范围广泛。该技术适用于各地多种土质情况，目前在中国，除岩溶地区等地质土壤较硬的地区难以采用外，在其他软土地质条件下应用水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽技术可取得较好的效果。②防渗止水效果好。水泥土搅拌桩预加固形成的地下连续墙的质量好，与周围桩体、土结合强度高，能够承受基坑开挖造成的非均匀变形，防渗效果显著。③工程效益高。该技术建造的地下连续墙强度高、承载力大，在一定条件下可以用作临时设施以及部分永久性地下主体结构，从而降低工程总造价，提升工程经济效益。

1.3.2 效果

不同水泥质量比的搅拌桩承载力如图2所示，可以看出水泥土搅拌桩加固软土地层后地基承载力与水泥质量比有关。水泥土搅拌桩采用湿法施工半个月后进行桩头开挖，可明显观察到比较完整的桩头[8]。通过现场静力载荷试验，现场试验桩布置3组水泥质量比分别为15%和18%的水泥土搅拌桩做单桩试验，其中桩长15 m，桩径0.6 m。采用质量比为15%的水泥土搅拌桩3组承载力分别为125.6 kN、109.4 kN、110.7 kN，采用质量比为18%的水泥土搅拌桩3组承载力分别为147.3 kN、156.0 kN、115.3 kN。试验表明，使用本文提出的水泥土搅拌桩预加固技术，软土地基承载力与水泥质量比有关，质量比为15%的水泥土搅拌桩已达到地下连续墙的设计承载力要求。

图2 不同水泥质量比的搅拌桩承载力图

面对沿江软土地层中成槽易塌孔问题，采用水泥土搅拌桩预加固软土地基，然后进行地下连续墙施工投入人员少、材料简单，提高了连续墙质量，加快了施工进度，降低了施工成本。这种方法适用于工期紧、软土层较深、地下水位高、建造前需对地基进行预加固施工等特殊工况，在国家大型水利建设工程及地下空间工程中具有广阔的应用和发展前景。工程实践表明，水泥搅拌桩预加固软土地层能够显著提升地下连续墙的成槽质量。

2、施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

水泥土搅拌桩预加固地下连续墙施工流程如图3所示，主要包括5个部分，即在施工准备完成后，先进行水泥土搅拌桩预加固，提升软土地基承载力，待桩成型后依次进行导槽开挖、浇筑、成槽的施工，最后形成地下连续墙。

图3 施工工艺流程图

2.2 施工操作要点

预加固水泥搅拌桩施工应结合施工工程地质及水文地质选择适合的水泥品种，保证水泥质量，同时要选择合适的水泥质量比，保证加固后的混合地基承载力达到要求。搅拌成桩过程中要严格控制提升速度、下沉速度及每米喷粉量，保证喷粉均匀和成桩质量。

水泥土搅拌桩预加固施工完成后，待桩身完全固结，进行地下连续墙施工。地下连续墙施工需多台重型机械同时配合施工。为保障墙身垂直，对施工作业面要求非常严格，地下连续墙施工平台应满足承载力要求，场地平整需满足现场施工设备作业要求。具体步骤如下。

2.2.1 施工准备

依据设计，首先确定地下连续墙墙体的轴线位置，测出地面高程，并在施工过程中严格控制成桩长度和质量。桩机就位前需对桩机平台进行平整，以确保机身保持水平。施工前对场地的素土或砖渣进行碾压，保证无虚土。如遇到软弱地层的作业面，需根据实际情况换填1.0～1.5 m土，以保证桩机平台不产生沉降。

2.2.2 水泥土搅拌桩预加固施工

将钻头对准桩位，对水泥土搅拌桩设备进行试运转。确保一切正常后，开始搅拌桩预加固施工，依次进行喷粉、提升和搅拌工作。待钻杆到达桩底后，提升钻杆，当钻杆提升至离地面标高50 cm时停止喷粉，然后再使用钻杆向下复搅至桩底，重复作业达到设计要求。

2.2.3 定位放样

预加固搅拌桩施工完成3 d后，按照设计图纸找出防渗墙轴线两端坐标测量定位后，沿轴线方向撒白灰线，即为导槽中心线。

2.2.4 导槽开挖及浇筑

采用液压抓斗开挖导墙，后期采用冲击钻人工修整导墙，保证标高准确，立模后灌注混凝土成型。在底模上确定导墙位置后绑扎钢筋，导墙依靠水泥土搅拌桩代模，内边采用钢模或木模。

2.2.5 抓槽施工

依照预先安排好的成槽顺序，采用液压抓斗有序进行抓槽工作，作业中分段作业、依次成墙。地下连续墙槽孔上部土层采用液压抓斗进行挖槽，一般可采用“三抓法”成槽（如图4所示），即用抓斗依次抓除同一槽段内的上部土层。槽孔下部砂砾石层使用冲击钻进行成槽，最终形成单元槽段成槽作业。

2.2.6 浇筑成槽及开挖

为保证混凝土自身的和易性，直接将混凝土运送至孔口。槽孔底部不平整时，先从凹处浇起。槽孔内混凝土面浇筑上升的速度保持平稳，并连续浇筑至设计高程，期间保证混凝土浇筑均匀。

图4“三抓法”成槽示意图

3、结束语

本文针对引江济淮（枞阳段）引江枢纽工程的软土地基在汛期地质积水等复杂地质条件下的地下连续墙成槽施工问题，提出了一种水泥土搅拌桩预加固地下连续墙成槽施工技术。该技术先使用双排水泥土搅拌桩对软土地基进行预加固，提高了复合地基的承载力，待搅拌桩固结完成，在泥浆的护壁作用下，使用挖槽设备挖出槽段，并在导槽内浇筑混凝土，形成地下连续墙。该技术具有适用范围广、防渗能力强、工程效益高等特点，有效地解决了沿江富水区域软土地基地下连续墙施工时因软土地基运动导致的槽壁缩孔、坍塌、渗水等问题。

参考文献:

[1]周传淦.深基坑支护中的逆作地下连续墙施工技术[J].施工技术,2006(5):53-55.

[2]路乾,胡长明,王晓华,等.地下连续墙成槽施工槽壁整体稳定性分析[J].地下空间与工程学报,2021,17(3):864-871.

[3]徐中华,王建华,王卫东.上海地区深基坑工程中地下连续墙的变形性状[J].土木工程学报,2008(8):81-86.

[4]苏伟,耿倩斌,杨倩,等.地下连续墙液压抓斗技术发展趋势探讨[J].工程机械文摘,2021(6):19-21.

[5]刘延生.不良地质情况地下连续墙成槽工艺探讨[J].建筑工程技术与设计,2016(7):975-976.

[6]薛彦雨.富水砂层地下连续墙施工技术研究[J].城市建筑,2021,18(14):121-123.

[7]卢伟.“上软下硬”复合地层地连墙快速成槽施工关键技术研究[J].铁道科学与工程学报,2020(1):174-180.

[8]徐鸿晟.水泥土搅拌桩在地连墙槽壁加固中的应用[J].西部交通科技,2018(8):140-142,159.

文章来源:张雪冰.软土地层地下连续墙成槽技术及其在引江济淮工程中的应用[J].科技与创新,2024,(18):188-190.