裂土器犁挖軟巖施工技術(shù)研究

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州　310052)

1　工程概況

錢塘江中上游衢江(衢州段)航道開發(fā)工程安仁鋪樞紐及船閘工程位于錢塘江中上游衢江段，是衢江干流六級開發(fā)中的第二級樞紐。工程以航運(yùn)、發(fā)電為主，結(jié)合改善衢江區(qū)沿江兩岸水環(huán)境，兼顧農(nóng)田灌溉等綜合開發(fā)，主要建設(shè)內(nèi)容包括船閘、左河道泄洪閘、江心洲交通橋(壩頂門機(jī)軌道橋)、金屬結(jié)構(gòu)安裝及施工臨時工程。

1.1　工程結(jié)構(gòu)

船閘結(jié)構(gòu)及水深滿足1000t級船舶通航要求，閘室平面尺寸為240m×23m，上閘首平面尺度為36m×42m，下閘首平面尺度為29m×42m，左河道泄洪閘共18孔×14m(凈寬), 閘底板尺寸為297.50m(總寬)×17m，消力池段順?biāo)飨蚩傞L為41m。結(jié)構(gòu)基底總面積2.55萬m2。

1.2　工程地質(zhì)條件

河床表層為粉細(xì)砂、卵礫石層，透水性強(qiáng)，層厚5～8m。第二層為中風(fēng)化砂質(zhì)粉砂巖及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。第三層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，也是工程基礎(chǔ)所處基巖，巖性較軟，單軸飽和抗壓強(qiáng)度小于30MPa，薄層～中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，軟化系數(shù)0.14～0.28，巖面暴露在空氣中短時間內(nèi)會發(fā)生風(fēng)化，巖石強(qiáng)度明顯降低。

1.3　周圍施工環(huán)境

工程周邊分布著眾多人口稠密的村鎮(zhèn)、街道，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，多條高速公路、鐵路從工程附近穿過，工程施工對周圍環(huán)境的影響大。

2　基礎(chǔ)石方開挖方法特點(diǎn)分析

2.1　鉆爆法

工程建設(shè)中的巖石基礎(chǔ)多采用鉆爆法開挖，其工藝純熟，生產(chǎn)效率高，但其爆破安全問題突出，對環(huán)境影響較大，爆破材料審批繁瑣，保管嚴(yán)格，對工程建設(shè)的實(shí)施帶來諸多不便，且開挖后的基巖面凹凸不平，開挖質(zhì)量不易控制，適用于對周圍環(huán)境影響小、開挖方量大、巖石堅(jiān)硬的石方開挖。

2.2　鉆鎬開挖法

液壓鎬頭機(jī)和風(fēng)鎬開挖基巖，具有施工影響小、設(shè)備通用性好、容易組織的優(yōu)點(diǎn)，但效率低、成本高，適用于小型開挖和邊坡修整，不能滿足大規(guī)模開挖的需要。

2.3　裂土器開挖法

裂土器開挖軟巖基礎(chǔ)的施工技術(shù)原理是利用液壓系統(tǒng)的壓力，將裂土器壓入巖層，再利用大功率推土機(jī)的動力帶動裂土器前行，從而將巖層裂解、破碎，使巖層松散可堆集、裝卸，達(dá)到主體結(jié)構(gòu)工程施工的條件。該技術(shù)對周邊環(huán)境影響小，無爆破振動、飛石等安全隱患，無施工時間限制，便于在村鎮(zhèn)人口稠密及工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)開展作業(yè)，同時生產(chǎn)效率高，可以滿足大規(guī)模開挖施工作業(yè)要求。

3　基巖開挖選定

該工程水閘和船閘基礎(chǔ)石方開挖方量約6萬m3,開挖面積超過2.55萬 m3，計劃工期1個月，具有開挖面積大、開挖深度淺、工期緊等特點(diǎn)，結(jié)合該項(xiàng)目所處的地質(zhì)條件和施工環(huán)境，基坑石方開挖方案如下：強(qiáng)風(fēng)化層泥質(zhì)粉砂巖采用推土機(jī)配單齒松土器開挖，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖采用鎬頭機(jī)配合推土機(jī)單齒松土器開挖，巖石邊坡采用鎬頭機(jī)開挖修整。泥質(zhì)粉砂巖開挖分層厚度控制在50cm左右，基巖開挖建基面保護(hù)層厚度控制在30～50cm。保護(hù)層采用液壓鎬頭破碎巖石，人工配合清挖，以減少超挖量。

4　裂土器開挖巖石的工藝原理

該工法采用重型推土機(jī)配裝裂土器犁挖方式。在石方開挖時，首先采用推土機(jī)液壓系統(tǒng)將裂土器壓入巖層中，調(diào)整裂土器角度。啟動推土機(jī)利用設(shè)備自身的牽引力以犁地方式，實(shí)現(xiàn)巖石裂解破碎的目的。

5　施工工藝流程及操作

5.1　施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程

5.2　操作要點(diǎn)

5.2.1基巖取樣

根據(jù)設(shè)計施工圖紙要求挖去土層、砂礫層至基巖面，用鉆機(jī)取芯至設(shè)計高程，分析檢測樣本物理力學(xué)指標(biāo)，確定巖石級別及強(qiáng)度、弱風(fēng)化巖及開挖邊坡。

5.2.2設(shè)備選型

根據(jù)檢測得到的巖石抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度數(shù)值，確定巖石等級。選擇相應(yīng)功率的推土機(jī)、裂土器型號。

5.2.3試挖

試挖階段主要確定：設(shè)備選型的合理性、分層開挖厚度、分段作業(yè)長度、裂土器開挖角度等技術(shù)參數(shù)。

5.2.4測量放樣

根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)立施工水準(zhǔn)點(diǎn)及輔助施工基線，施工測量控制基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在不受干擾、牢固可靠且通視好、便于控制的地方。根據(jù)設(shè)計施工圖進(jìn)行放樣，開挖過程中逐層控制開挖邊線及高程，保護(hù)層開挖過程中，測量員跟班作業(yè)，防止超欠挖現(xiàn)象的發(fā)生。

5.2.5犁挖裂解巖石

在施工測量放樣結(jié)束后開始石方開挖作業(yè)，松土器由大功率推土機(jī)拖帶，利用液壓系統(tǒng)將松土器壓入巖層中，松土器視巖石的堅(jiān)硬程度及開挖深度選用單齒或多齒裂土器。裂土器壓入巖層后，大型推土機(jī)低檔低速由一端向另一端推進(jìn)破碎巖石。開挖作業(yè)分層厚度可視巖石硬度、機(jī)械功率通過試驗(yàn)對比進(jìn)行綜合確定，一般在0.50～1.50m之間，分段開挖長度宜為50～100m。巖石松解時在近基面預(yù)留50cm保護(hù)層。

5.2.6巖渣挖機(jī)裝車外運(yùn)

巖渣挖運(yùn)在巖石松土松解后同步進(jìn)行。先用推土機(jī)將石渣推集成堆，再用PC200以上型號反鏟挖掘機(jī)挖裝自卸汽車運(yùn)至棄渣場。

5.2.7液壓鎬頭機(jī)開挖保護(hù)層

建基面保護(hù)層預(yù)留厚度30～50cm，在上部巖體開挖完成后，預(yù)留保護(hù)層采用液壓鎬頭機(jī)鑿除。保護(hù)層開挖前應(yīng)制訂開挖路線，防止機(jī)械設(shè)備重復(fù)進(jìn)出施工作業(yè)場地，造成建基面擾動。

6　設(shè)備的選型及效率

6.1　設(shè)備選型

裂土器由推土機(jī)牽引，推土機(jī)必須滿足犁挖功率的要求。該工程巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度小于30MPa，該項(xiàng)目經(jīng)過試挖，采用455kW以上大功率推土機(jī)。裂土器由液壓傳動，并根據(jù)巖石硬度選擇單齒或多齒裂土器施工。基坑巖石邊坡修整及輔助破碎作業(yè)配備液壓鎬頭機(jī)2臺。

單齒裂土器如圖2所示。三齒裂土器如圖3所示。

圖2　單齒裂土器

圖3　三齒裂土器

6.2　開挖效率驗(yàn)算

根據(jù)試挖結(jié)果，推土機(jī)(配單齒松土器)，軟巖及中軟巖生產(chǎn)效率可達(dá)1000～1200m3/臺班，則

P松=1000m3/臺班×3臺班×0.75(設(shè)備利用系數(shù))

=2250m3/d

2250m3/d×2臺=4500m3/d

可以滿足月開挖6萬m3石方開挖施工強(qiáng)度。

7　質(zhì)量控制

7.1　巖石地基開挖基槽允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和檢驗(yàn)方法

地基開挖控制參數(shù)見表1。

表1　地基開挖控制參數(shù)

7.2　施工操作中的質(zhì)量控制

開挖施工中，嚴(yán)格控制開挖坡比、分層開挖厚度，按規(guī)定預(yù)留保護(hù)層；石方開挖邊坡每次測量放樣時，應(yīng)對前次開挖進(jìn)行超欠挖檢查，發(fā)現(xiàn)欠挖及時處理；基礎(chǔ)開挖過程，如有積水則根據(jù)現(xiàn)場情況和水量設(shè)置排水溝、積水坑，并用抽水機(jī)排除，保證建基面平整、干凈；開挖邊坡的上部，開挖截水溝，以防止雨水漫流沖刷邊坡，施工路面、邊坡腳以及各施工場地周邊均挖設(shè)排水溝排水，對影響施工作業(yè)的滲漏水、地下水，開挖集水坑和排水溝槽，設(shè)置足夠的排水設(shè)備，將水排走；基礎(chǔ)開挖后表面因開挖震松(裂)的巖石、表面呈薄狀和尖角的突出巖石及裂隙發(fā)育的巖石均用人工清理干凈，開挖面要求平順、連續(xù)，不出現(xiàn)明顯的局部突起、尖角式臺階地段；基巖開挖至接近設(shè)計建基面，須及時由設(shè)計地質(zhì)工程師進(jìn)行基槽檢驗(yàn)，確定建基面實(shí)際高程挖除預(yù)留的保護(hù)層后，迅速澆筑墊層混凝土進(jìn)行覆蓋保護(hù)。

8　效益分析

8.1　經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益分析見表2。

表2　每萬方經(jīng)濟(jì)效益分析

8.2　社會效益

松土器裂解軟巖開挖法比鉆爆法開挖更為安全、經(jīng)濟(jì)，不會對周邊產(chǎn)生震動、飛石等安全隱患，容易獲得附近居民的支持，同時不產(chǎn)生沖擊波，臨近構(gòu)筑物可同步施工，可以加快施工進(jìn)度；可以連續(xù)作業(yè)，施工效率高，有效縮短工期；可有效控制超規(guī)范超欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，開挖基面平整，易于清理，減少混凝土回填產(chǎn)生的成本。

9　結(jié)　語

軟巖基礎(chǔ)采用松土器裂解開挖，適用于大面積、高強(qiáng)度的軟巖基礎(chǔ)開挖，其對施工環(huán)境影響小，效率高，施工成本低，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯，具有較好的推廣價值。