上軟下硬地層條件下地下連續墻施工技術

涂軍飛

(上海城建市政工程（集團）有限公司，上海市 200065)

1 工程概況

江陰市澄江西路隧道工程河東岸邊段第一階段由工作井及HD-01～HD-05暗埋段結構組成，全長122.8 m。工作井基坑開挖深度22.1 m，采用1 000 mm厚地下墻圍護，墻深為40.6 m，共22幅，暗埋段基坑開挖深度15.6～11.1 m，采用800 mm厚地下墻圍護，墻深為28～21 m，共34幅。

根據地質勘探資料，土層從上而下依次為：①層雜填土、②層粉質粘土、④層粉質粘土、⑨層砂巖。⑨層砂巖又劃分為3個亞層：⑨1層全風化砂巖，風化呈土狀，偶見原巖成分，呈散體狀；⑨2層強風化砂巖，呈碎裂狀，裂隙發育，以粘性土充填；⑨3層中風化砂巖，巖體較破碎，裂隙較發育，取芯率約50%～90%，RQD約40%，單軸飽和抗壓試驗41.7 MPa。地層中土的物理力學性質詳見表1所列。

由于該工程地處君山山腳，地層層位起伏較大，基巖覆土層厚度變化較大，總體分布為東北側基巖埋深淺，向西南方向逐步變深。由于該部位地質勘探孔數量有限，無法全面揭示下部基巖埋深，部分地下墻深度不可避免地進入⑨層基巖。若地下墻施工碰到基巖，則設計要求該幅地下墻須確保進入⑨3層中風化巖層最小深度不小于1.0 m。圖1中陰影部分表示須入巖地下墻。

2 成槽施工方案比選

2.1 抓斗成槽

以履帶式起重機懸掛抓斗，利用抓斗斗齒切削土體，切削下的土體收容在斗內，從槽內提出后開斗卸土，反復循環進行成槽作業。

該法在粘性土、砂性土中成槽能力強，施工效率高，遇基巖硬層則難以成槽。

2.2 沖擊成槽

利用鋼絲繩懸吊沖擊鉆頭進行往復提升和下落運動，依靠自重破碎巖石，通過泥漿將鉆渣置換成槽。

該法成槽效率低，成槽質量較差。在基巖硬層中能順利成槽，且價格相對便宜。

2.3 旋挖成槽

利用旋挖鉆機施加強大扭矩使旋挖鉆頭、鉆桿在回轉過程中切削破碎巖（土）體，利用旋挖斗直接挖土至槽外。

該法成槽效率較高。在粘性土、砂性土、基巖硬層中能順利成槽。

2.4 全回轉成槽

利用全回轉鉆機施加強大扭矩使全回轉套筒在回轉過程中切削破碎巖（土）體，利用抓斗挖套筒內的巖（土）體至槽外。

該法成槽效率較高。在粘性土、砂性土、基巖硬層中均能順利成槽。為保證地下墻的幅寬，必須疊鉆作業，因此費用過高。

2.5 銑槽機成槽

利用兩個銑輪相互反向旋轉切削破碎巖（土）體，通過泵吸將攜帶巖渣的泥漿抽出至地面，泥漿凈化循環使用，如此往復直至成槽。

該法成槽效率高，各類地層中均能順利成槽，費用較高。該工程中由于場地受限，該施工方法不作考慮。

3 地下墻成槽施工

根據以上成槽施工方案的特點，結合該工程地層特性、開挖深度、墻體厚度、工程進度等因素，地下墻成槽初步選用旋挖成槽+抓斗成槽組合施工方案，采用三鉆兩抓的形式，利用SL-28D旋挖鉆機鉆取主孔，金泰SG-50液壓抓斗成槽機抓取。實踐表明，該類旋挖鉆機在司鉆巖層時較為困難，尤其是成孔較深時，由于旋挖鉆機鉆桿自由段較長，且地層中夾雜了勘探報告未揭示的大塊漂石，導致旋挖成槽垂直度較差，無法滿足要求。

表1 土的物理力學性質表

圖1 地下連續墻平面圖

該工程地下墻成槽最終確定選用抓斗成槽配合沖擊成槽的施工方案，克服了抓斗成槽無法滿足深度要求，沖擊成槽無法滿足進度要求的缺點。利用金泰SG-50液壓抓斗成槽機將上部粘土土體盡可能挖除，每幅槽段標高至統一基面后，下部硬巖采用沖孔機沖擊成槽。每幅槽段配備2臺沖孔機同時沖孔，圓沖錘直徑與地下墻厚度相同。一字形槽段分為6個孔，采用“跳孔”方法沖孔成槽，先沖 1#、4#孔，后沖 2#、5#孔，再沖 3#、6#孔，如此反復沖孔直至設計槽深。L形槽段分為5個孔，也采用“跳孔”方法沖孔成槽，先沖1#、4#孔，后沖2#、5#孔，再沖3#孔，如此反復沖孔直至設計槽深（見圖2）。

圖2 “一”字形、“L”形槽段分孔布置圖

由于地質復雜，覆土層變化較大，地下墻槽段沖孔長度2～5 m不等。為確保沖擊效果，每次沖孔深度不宜超過2.5 m，沖孔長度超過3 m的槽段分兩次進行沖孔。第一次所有孔沖孔到位后，將圓沖錘換成1.5 m×1 m（寬度與地下墻同寬）的方錘，將相鄰兩孔間及槽壁突出部分修平。利用液壓抓斗將大量巖渣挖除，用泵吸反循環將剩余巖渣置換清除后，再進行第二次沖孔，如此反復循環沖孔直至設計墻深。在沖孔過程中，注意保持泥漿液面高度，確保槽壁穩定，及時將孔內殘渣通過泥漿置換排出孔外，以免孔內殘渣太多，出現埋錘現象。當連續沖孔24 h，進尺小于2 cm時則判定已達到要求，停止沖孔。

該工程周邊有一幢平行于工作井的七層居民住宅，該住宅基礎形式為柱下獨立基礎，離工作井最近距離約15.2 m。采用沖擊成槽施工方案時，曾擔心沖擊施工對該住宅會產生不利影響，施工中采取了加強建筑物監測的措施，實踐證明，由于上部土體為優質的粘性土，其對建筑物的影響基本可忽略不計。

表2為地下墻墻深變化表。

4 槽深變化的安全計算

該工程共有23幅地下墻采用了抓斗成槽配合沖擊成槽進行成槽。在施工過程中，為保證槽壁穩定，對基巖面較高的地下墻墻深進行優化，減少沖孔機作業時間；為確保地下墻進入⑨3層中風化砂巖最小深度不小于1.0 m，同時對墻深變化的地下墻進行整體穩定、抗傾覆、墻體抗隆起、坑底抗隆起等進行安全驗算。如地下墻DJ-03，抓斗成槽深度為27 m，沖孔深度5 m，最終槽深32 m，盡管比原設計墻深縮短8.6 m，然而經過安全驗算，滿足要求（見圖3～圖6）。表3為基坑安全糸數匯總表。

經啟明星軟件驗算，DJ-07、08、09坑底抗隆起安全系數不滿足一級基坑的要求，但可滿足二級基坑的要求，即抗隆起安全系數≥1.9。HD-1-5墻底抗隆起安全系數、坑底抗隆起安全系數、抗傾覆安全系數不滿足一級基坑的要求，但墻底抗隆起安全系數、坑底抗隆起安全系數可滿足二級基坑的要求，即墻底抗隆起安全系數≥2.0、坑底抗隆起安全系數≥1.9，抗傾覆安全系數可滿足三級基坑的要求，即抗傾覆安全系數≥1.05。采用理正軟件計算的結果，除DJ-07整體穩定安全系數不滿足要求外，其余各項安全系數均能滿足一級基坑的要求。由于工作井圍護支撐采用四道混凝土支撐及一道雙拼鋼支撐，形成框架結構，能滿足整體穩定。

表2 地下墻墻深變化表（單位：m）

圖3 整體穩定驗算示意圖（安全系數k=1.46）

圖4 抗傾覆驗算示意圖（安全系數k=2.28）

圖5 墻底抗隆起驗算示意圖（安全系數k=3.86）

圖6 坑底抗隆起驗算示意圖（安全系數k=2.31）

5 結語

該工程地下墻成槽施工充分利用抓斗成槽高效性，以及沖孔機的破巖能力。基坑開挖過程揭示地下墻成槽質量較好，無明顯鼓包。監測數據顯示，基坑最大水平位移發生在工作井長邊，累計15.96 mm，工作井地下墻墻深最淺處DJ-03累計水平位移15.36 mm，滿足一級基坑要求。

實踐證明，上部為力學性能較好的粘性土、下部為基巖地質條件下，基巖部分采用沖孔成槽可保證上部粘性土能基本直立，且成槽過程中對周邊建筑物基本無影響。

表3 基坑安全系數匯總表