0 引言

　　地下连续墙因具有刚度大、整体性好、抗渗性能强、施工速度快、适应范围广等优点，在地下工程尤其是城市深基坑建设中得到充分应用。但在成槽过程中，如果未做好槽壁支护或清槽工作，将严重影响地下连续墙工程质量和使用效果，因此，需结合地质条件进行专门研究。

　　在地下连续墙槽壁支护方面，丁勇春等^[1]从影响因素、失稳机制、应力路径等方面对地下连续墙支护措施进行研究，提出可行的控制措施;王盼等^[2]分析砂土或软土地层地下连续墙槽壁失稳机理，通过计算提出支护参数;龙彪^[3]结合具体工程，分析富水砂层地下连续墙槽壁变形特征、规律及稳定性;朱宁等^[4]通过数值计算，分析不同槽壁加固措施对地层变形的影响。在清槽工艺方面，王敖等^[5]结合砂土和粉细砂地层特点，通过特制配合比的泥浆实现对沉渣的控制;张彬^[6]对地下连续墙施工中泥浆控制指标进行分析，并提出注意事项;唐雄威^[7]针对超厚含砾砂性土层，通过现场试验，采用同步清孔工艺减少了墙底沉渣厚度;陈威等^[8]采用气举反循环工艺较好地解决了清孔不彻底、施工成本高的问题。

　　虽然研究人员对地下连续墙槽壁支护与清槽工艺进行了研究，但已有研究多针对单一地层，且不同地区地质情况存在较大差异，对于一些特殊地层仍需因地制宜，探索更合适的施工工艺。因此，本文拟结合砾石砂土层+泥质粉砂岩层地质条件下地下连续墙施工，对其槽壁支护与清槽工艺进行研究。

　　1 工程概况

　　湖南旺旺医院(二期)———医疗大楼扩建工程(以下简称“湖南旺旺医院(二期)”)地下建筑共7层，建筑面积约6万m²，基坑设计开挖深度32m，由于基坑周边环境复杂、邻近建筑物较多，故采用地下连续墙支护方式，设计墙深约42m。

　　现场地质情况为:上部覆盖砾石砂土层约12m，下部为中风化或弱风化泥质粉砂岩层。可知，地下连续墙在穿越砂土层后还需深入砂岩30m，此类特殊地层下的施工在国内较为罕见，且具有一定技术难度。首先，对于上部砾石砂土层，需做好槽壁支护工作，以防施工过程中出现塌方、渗流等问题;与此同时，在泥质砂岩成槽阶段，受砂岩粉末影响，泥浆相对密度、黏度会快速上升。即使采用清水成槽，槽孔内泥浆相对密度依然会快速增加并>1.2，清孔难度大，一方面会造成槽段内沉渣过厚，另一方面碎屑、沉渣还易落入相邻引孔，严重影响工程质量。因此，需结合现场特殊地质条件进行深入研究，做好槽壁支护与清槽工作，方可确保地下连续墙质量满足工程要求。

　　2 工艺原理及流程

　　2.1 工艺原理

　　2.1.1 槽壁支护

　　本工程基坑围护结构采用地下连续墙，为减小地下连续墙成槽过程对周边环境的影响，在地下连续墙两侧设置三轴水泥搅拌桩对软弱覆盖层进行支护，支护范围从自然地坪到强风化岩层。

　　在平整场地、清除地下表层障碍物后，再安排各类器械按顺序入场，在三轴搅拌桩中心线部位开挖泥浆沟;移动桩机就位后，注入预先配置的水泥浆，采用“两喷两搅、一孔重叠”施工工艺。

　　三轴搅拌桩机械自上而下将软弱覆盖层土体切碎，在土层深部就地将水泥浆等固化剂和土体强制搅拌，其中，两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌合。一定龄期后，水泥浆等固化剂会与土体发生系列物理化学反应，形成有一定强度的水泥土固结体，从而保证软弱覆盖层土体的稳定性。同时，通过连续重叠搭接施工，所形成的水泥土墙可用作地下连续墙两侧止水帷幕，防止发生渗透破坏，即通过设置水泥土搅拌桩，改善原有土体强度和渗透性，以达到减小地下连续墙成槽过程对周边环境影响的目的。

　　2.1.2 清槽

　　清槽工艺原理如图1所示，即采用100导管与37k W空压机、150导管与75k W空压机所组合成的2套气举反循环清渣设备，将定制导管插入地下连续墙墙底，通过高压软管将压缩空气输送至定制导管空压腔内。高气压与泥浆混合后会形成密度较小的气浆混合物，因其密度较小而向上运动，从而导致在导管底部形成负压，槽底泥浆在负压作用下向上移动。与此同时，槽底不停补浆，上升至气浆混合物位置后继续向上移动，从而形成持续环流。考虑到导管横截面积远低于导管外壁与槽壁间横截面积，于是形成超高流速及流量的反循环，携带沉渣从导管内反出，槽内泥浆、空气、沉渣的三相流沿导管向上运行至回浆管，排入泥浆净化装置，过滤出泥浆中的沉渣，泥浆又重新泵入槽段内，反复循环。最后，通过检测槽孔上、中、下位置泥浆的含砂率判断清孔是否完成。

　　

　　图1 气举反循环清槽工艺 

　　 

　　2.2 工艺流程

　　三轴水泥土搅拌桩施工工艺流程如图2所示。地下连续墙气举反循环清槽施工工艺流程为:施工准备→液压成槽机清渣→反循环设备连接安装→空压机供气置换泥浆、清槽→分离泥浆沉渣、反复循环→检测验收。施工过程中，应严格按工艺流程进行操作，以确保施工质量。

　　

　　图2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺流程  

　　 

　　3 关键施工技术

　　3.1 槽壁支护

　　对于地下连续墙槽壁支护，应认真做好以下工作。

　　1)槽壁支护施工前，应先进行成桩试验，并根据试验结果确定搅拌下沉量、提升速率及水泥浆液水灰比等工艺参数。当地下水有侵蚀性时，宜通过试验选用合适水泥。

　　2)应对施工现场场地进行整平，并尽可能清除搅拌桩施工区障碍物。现场路面承载力应保证桩机和起重机平稳运行要求。在场地进行清理整平后进行测量放样，包含2个方面:(1)根据设计资料得出打设宽度;(2)根据设计要求绘制出详细的布桩平面图，并交由监理复核。

　　三轴水泥土搅拌桩套接平面如图3所示，直径为850mm，标高从自然地坪至强风化岩层，外径与地下连续墙外槽壁距离为100mm;地下连续墙有效宽度为1m，成槽宽度为1.07m。

　　

　　图3 三轴水泥土搅拌桩套接平面  

　　 

　　3)根据三轴水泥土搅拌桩桩位中心线开挖槽沟，开挖产生的余土应及时处理，以保证桩机行走不受阻碍。

　　4)由现场施工人员统一指挥桩机就位，在场地无硬化或场地条件差的情况下，在桩机底部加设钢板和路基板，在移动桩机前注意各方位置情况，若发现前方有障碍物应及时清除;桩机停止后，应检查其定位情况，如出现偏差应及时纠正(≤50mm)。

　　5)三轴水泥土搅拌桩采用“两喷两搅、一孔重叠”施工工艺，搅拌内容须包括水泥和原状土，在下沉和提升过程中需注浆搅拌，并严格控制速率。提升过程中应尽量避免在孔内产生负压，从而避免对周边土体造成过大扰动。同时，需保证在规定搅拌次数和搅拌时长条件下水泥土搅拌桩成桩质量。

　　对于土质较硬区域，若成桩有困难，可先对松动土层采用先行钻孔套打的方式进行施工。搅拌桩施工时根据各种地质特性及试桩情况可采用添加辅助剂、在螺旋叶片上打孔、调整叶片间距等措施，以保证黏土不会粘黏于钻头叶片上进而造成卡钻。三轴水泥土搅拌桩机如图4所示。

　　

　　图4 三轴水泥土搅拌桩机  

　　 

　　6)施工完1根桩后，移动桩机1.2m至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩施工。

　　3.2 清槽

　　1)施工准备。

　　气举反循环清槽时所需风压P计算如式(1)所示。

　　

　　 

　　式中:γ_s为泥浆密度(kg/m³)，一般取1.2kg/m³;h₀为混合器沉没深度(m);ΔP为供气管道压力损失，一般取0.05～0.1MPa。

　　以本项目为例，按40m深度进行计算，所需风压P=1.2×40/100+0.1=0.58MPa。

　　气举反循环法清槽时所需风量Q计算如式(2)所示。

　　

　　 

　　式中:Q为所需风量(m³/min);d为导管内直径(m);V为导管内混合液上升速度(m/s)，一般取1.5～2.0m/s。

　　本项目中2台空压机所提供的风量分别至少为:Q₁=0.6×0.15²×1.5×60=1.215m³/min,Q₂=0.6×0.2²×1.5×60=2.16m³/min。因此，选用表1所示2台空压机，均可满足使用要求。

　　  

　　表1 空压机技术参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 空压机技术参数

　　清槽泥浆采用膨润土+掺合物配置而成，掺合物主要成分为羧甲基纤维素(CMC)和纯碱(Na₂CO₃)，分别起增大泥浆黏度和增多膨润土颗粒表面吸附负电荷的作用。泥浆配合比为:水∶膨润土∶纯碱∶CMC=1 000∶110∶4.4∶2.2(质量比)。

　　配置泥浆时应采用搅拌机充分搅拌，并经过制浆池、沉淀池及储存池三级处理，放入泥浆池存放24h以上使之充分水化后才能使用，且泥浆储备量不少于槽段体积的2倍。泥浆池如图5所示。

　　

　　图5 泥浆池  

　　 

　　2)当地下连续墙施工成槽至设计标高时，可首先采用液压成槽机抓斗缓慢抓取槽底余土与沉渣，将大部分沉渣清除。

　　液压成槽机清渣后，检测泥浆、沉渣是否符合要求，对不符合要求的槽段再采用气举反循环设备进一步清渣，以满足混凝土浇筑要求。

　　3)为达到更好的清渣效果，结合项目情况对反循环设备进行适当改进，主要有:(1)空气喷口适当上移至距离吸口2m位置，减小於塞的可能性，同时空气喷口部分管径放大5cm作为扩散腔，扩散腔高度1m;(2)气管喷口下方安装止回阀(单向阀)，防止堵塞喷口;(3)反循环硬管顶部加装阀门，必要时关闭阀门，利用空气压力反冲开吸口淤泥。

　　由于地下连续墙深度约42m，因此反循环导管需采用法兰式连接接头进行接长，同时沿导管安装一定长度的帘子线橡胶管，采用橡胶密封圈快速螺纹连接，并将其与距导管底部1m处空腔接口连接，用于空压机供气。此外，还需将7.5k W泥浆泵与送浆管连接，用于输送泥浆;将15k W泥浆泵、泥浆净化装置、导管顶部利用回浆管依次相连，用于回收泥浆。

　　4)清槽前，利用起重机将导管垂直吊放至导管底部距槽底1.0m左右，以便更好地吸入沉渣。吊放到位后，利用支架将导管固定。施工过程中通过起重机可使槽段的1个部位清好后，便捷地将导管移动至该槽段另一部位，提高工作效率。

　　清槽前还应仔细检查吸口、管路连接处和气管密闭性，防止漏浆、漏气。空压机送气时，须缓慢打开阀门，注意观察出口情况，有问题立即处理。

　　供气管、导管帽、排浆管等各部位连接好后，开始送风。风量由小到大逐渐增强，风压视情况达0.6～0.8MPa为宜。

　　清槽过程中，导管外泥浆液面开始下降，槽内泥浆面需高于地下水位1m，不宜低于导墙面0.3m，若泥浆面低于孔口1m以上，暂停供气，迅速向槽内补充泥浆，以保证槽内泥浆水头压力，防止槽壁垮塌。

　　5)反循环设备与泥浆分离机配合，将反出泥浆沿导管经回浆管排入泥浆净化装置，泥浆经泥浆净化装置分离掉泥砂和碎屑后排入泥浆池，沉渣、废泥浆排入废泥浆池，反复循环。如分离后的泥浆相对密度偏大则适当加入清水稀释泥浆。如使用清水，则在下放钢筋笼前再做一次清底，清底时直接用清水置换。

　　泥浆分离器采用ZX-250系列泥浆净化装置，如图6所示。由于泥浆易接触到地基土及地下水，从而在槽壁表面形成泥皮，会削弱泥浆中有效成分，进而易受其他金属离子污染而降低其护壁性能。因此，循环泥浆经过分离净化后，还须调整其性能指标:在制浆池内和新鲜泥浆混合，适当掺入一定量CMC和纯碱(0.10%～0.15%)，并经过沉淀池、储浆池处理且检查合格后方可使用。

　　

　　图6 ZX-250系列泥浆净化装置  

　　 

　　6)通过反复循环，在槽底清理和置换泥浆结束1h后，检测槽内沉渣厚度，槽底200mm以内的沉渣厚度应≤100mm，同时，测槽孔上、中、下位置的泥浆性能应满足相对密度<1.15、含砂率<2.5%、黏度≤28Pa·s。否则应继续循环清槽，直至满足要求。

　　反循环管路安、拆较费时、费力，因此，清槽结束后无须每次全部拆除，可只拆除上部1节，垂直放入空置的循环过的钻孔内，下次直接吊出使用即可，省时、省力。

　　4 结语

　　1)采用三轴水泥土搅拌桩支护工艺对砾石砂土层+泥质粉砂岩层地质条件下的地下连续墙槽壁进行有效支护，既能防止软弱覆盖层塌方，又能起到良好的止水作用。

　　2)三轴水泥土搅拌桩将固化剂和原地基软土就地搅拌混合可最大限度地利用原土，减小废土产生量;可在密集建筑群中进行施工，搅拌时不会使地基侧向挤出，对周围原有建筑物及地下管沟影响小。

　　3)采用气举反循环清槽工艺进行清槽，解决了泥质粉砂岩土层地下连续墙清槽过程中成槽机无法抓取细块状、细颗粒沉渣，污水泵也难以抽取的难题，清槽质量可靠、操作工艺简单。

　　4)本工艺对槽壁扰动小，扩孔系数小，施工完成的地下连续墙槽壁光滑，泥皮厚度薄，便于吊放钢筋笼、浇筑混凝土，可有效保证地下连续墙施工质量。