土巖地層超深地下連續(xù)墻“旋－沖”成槽施工技術(shù)

莫汝景 賀 婷 劉獻(xiàn)忠 燕春慧

（1.廣州市恒盛建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.廣州鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000；3.廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

當(dāng)基坑超深時，地連墻在土層條件下施工時，雖然可以采用傳統(tǒng)的成槽機(jī)+沖樁機(jī)相結(jié)合的辦法，但當(dāng)?shù)剡B墻進(jìn)入巖石層且隨著深度的增加，需要在中風(fēng)化較硬巖、微風(fēng)化堅硬巖中成槽施工。此時采用傳統(tǒng)的成槽機(jī)+沖樁機(jī)的工藝存在功效低下、卡鋼筋籠、垂直度難控制等問題。因此研發(fā)新的采用“旋－沖”結(jié)合成槽施工技術(shù)，可以有效地解決土巖綜合地層超深基坑地下連續(xù)墻施工遇到的問題。“旋－沖”結(jié)合成槽施工技術(shù)主要采用旋挖鉆機(jī)成主孔，搭配沖樁機(jī)成副孔，最后利用沖樁機(jī)搭配方錘修平槽壁的成槽施工方法。

1 工程概況

1.1 地下連續(xù)墻簡介

廣州白云（棠溪）站綜合交通樞紐一體化建設(shè)工程施工總承包項目土建工程地下連續(xù)墻有“—”，“L”和“T”型等多種形式，共196幅，厚度主要分為1.2m和1.0m兩種，連續(xù)墻深度介于14.8～35.9m。混凝土標(biāo)號為C35水下混凝土、抗?jié)B等級P8。連續(xù)墻嵌固深度進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層不小于5m，中風(fēng)化層不小于3m，微風(fēng)化層不小于2m。

1.2 巖土分層及其特性

根據(jù)該場地巖土層的成因類型和性質(zhì)、風(fēng)化程度等，按照廣州基坑沿線分層系統(tǒng)，本場地自上至下各巖土分層為人工填土層（Q4ml）、沖、洪積層（Q3+4al+pl）、二疊系（P1q）炭質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r全風(fēng)化帶以及溶洞充填物。

1.3 水文地質(zhì)

本標(biāo)段基坑結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)無明顯地表水，地下水位勘察過程中鉆孔量測地下水位時間不同，受下雨水位變化及地形起伏影響，局部地下水位變化略大，水位線局部起伏略大，但總的來講，地下水水位是基本穩(wěn)定的。

2 成槽設(shè)備

土巖地層超深地下連續(xù)墻“旋－沖”成槽施工常見的設(shè)備主要有4種：1）抓斗式成槽機(jī)。抓斗式成槽機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、容易操作，適合軟弱的沖擊地層。2）沖擊式成槽設(shè)備。沖擊式成槽設(shè)備對地基的適應(yīng)性很強(qiáng)，適用于軟土地層、礫石、基巖等的地層，且設(shè)備價格低廉。3）液壓洗槽機(jī)。液壓洗槽機(jī)技術(shù)先進(jìn)、工作效率高、適合于不同的地層。4）多頭鉆成槽機(jī)。多頭鉆成槽機(jī)掘進(jìn)速度快，機(jī)械化程度很高。

3 工藝原理

該文所論述地下連續(xù)墻“旋－沖”成槽施工技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)中的成槽方法各自優(yōu)點，依據(jù)該工程巖土特性，在實際的成槽施工中采用交叉作業(yè)，充分發(fā)揮現(xiàn)有成槽施工方法的優(yōu)點。合理安排旋挖機(jī)鉆進(jìn)主孔、沖樁機(jī)鉆進(jìn)副孔及沖樁機(jī)方錘修槽等工序。其工序特征原理如下所述。

3.1 主孔成槽——旋挖機(jī)鉆進(jìn)主孔技術(shù)

由于本工地約有半數(shù)地連墻成槽深度達(dá)到了35.9m，地連墻成槽施工的難點在于成槽垂直度的控制，同時超深地層的弱、微風(fēng)化巖層對機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性的影響，為避免二次修孔以及有效縮短施工工期的角度出發(fā)，采用旋挖機(jī)鉆進(jìn)主孔，解決引導(dǎo)性先行主孔對地連墻成槽垂直度控制的問題。其特征在于：1）旋挖機(jī)能夠適應(yīng)50 MPa～100 MPa各種土層及巖層，鉆進(jìn)速度快，能夠直接一鉆到底，成槽效率高。2）旋挖機(jī)電子系統(tǒng)可實時監(jiān)控旋挖機(jī)的工作參數(shù)及位置；專業(yè)器械裝置可對垂直度的偏差及時進(jìn)行修正，保證施工質(zhì)量。同時在進(jìn)孔中帶上作業(yè)時的淤泥，保證作業(yè)泥漿質(zhì)量。3）旋鉆渣通過反循環(huán)系統(tǒng)并經(jīng)過泥漿處理系統(tǒng)的分離可重復(fù)利用，環(huán)境污染小，能滿足城市地下施工的高環(huán)保要求。4）旋挖設(shè)備的電子系統(tǒng)可有效監(jiān)控成槽垂直度，通過X、Y、Z軸的調(diào)整可及時對垂直度進(jìn)行調(diào)整糾偏。

3.2 副孔成槽——沖樁機(jī)鉆進(jìn)副孔技術(shù)

該場地施工區(qū)域狹長，地連墻數(shù)量較多，且有較多數(shù)量的L、Z異型鋼筋籠。旋挖機(jī)成孔速度快，由于場地受限制的問題，因此采用沖樁機(jī)沖擊副孔工藝，見縫插針地解決大型機(jī)械間的施工空間不足的問題。同時有了主孔的先導(dǎo)性糾偏，副孔對高精密的大型機(jī)械需求度較低。施工時使用沖孔鉆機(jī)沖擊主孔之間的副孔。在此過程中，采用泥漿循環(huán)攜帶渣土，必要時采用抽漿排渣，但必須及時補(bǔ)充槽內(nèi)泥漿，保證泥漿護(hù)壁壓力。當(dāng)表層土為回填、淤泥等軟弱土層時，向槽內(nèi)添加黏土塊夾小片石反復(fù)沖擊造壁；其余土層應(yīng)采用中、小沖程1～2m，經(jīng)常檢查清除鉆頭上的泥塊；進(jìn)入基巖后，應(yīng)采用大沖程、低頻率沖擊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)成槽偏移時，應(yīng)回填片石至偏孔上方300～500mm處，重新沖孔。

3.3 主副孔間及接頭孔成槽－沖樁機(jī)方錘修槽技術(shù)

當(dāng)每幅槽段主副孔均完成后，采用方錘沖擊，把主、副孔之間圓錘無法處理到的土巖柱修整一遍。其特征包括以下5點：1）方錘沖擊高度根據(jù)巖石軟硬程度控制在1～2m。2）每幅槽段在沖擊鉆施工之前由測量工程師按照槽段長度進(jìn)行主、副孔分區(qū)，并在導(dǎo)墻上用紅油漆做好標(biāo)記。3）按照標(biāo)記用錐形鉆頭進(jìn)行鉆孔成槽。4）利用方形錘反復(fù)沖擊槽壁上的“死角區(qū)” ，使連續(xù)墻上部成槽形狀。5）抓斗清除成形槽內(nèi)的多余石渣；在此過程中，如果沖擊的是非首開槽段，因為槽壁與相鄰的槽段工字鋼上存在泥塊或混凝土塊，所以此時應(yīng)在方錘的一頭安裝鋼絲刷進(jìn)行反復(fù)掃刷。

4 施工工藝及操作要點

“旋－沖”成槽工藝流程如下：地下連續(xù)墻分幅測量定位→旋挖鉆機(jī)鉆主孔→沖擊鉆機(jī)沖副孔→方錘修整槽壁→刷壁→清孔、泥漿置換→成槽驗收。

4.1 地連墻分幅測量定位

施工前，專業(yè)測量工程師按地連墻設(shè)計平面布置圖及設(shè)計要求對圖上地連墻分幅線位置在現(xiàn)場指導(dǎo)墻上測量放樣，用油漆噴涂設(shè)立明顯標(biāo)志，并引出保護(hù)好。

4.2 旋挖鉆機(jī)鉆主孔

在施工前，仔細(xì)研究工程地質(zhì)勘察報告，根據(jù)巖石軟硬的情況，在主孔之間留設(shè)適當(dāng)?shù)木嚯x。旋挖鉆機(jī)選擇大扭矩值，同時加長動力鉆頭，以保持穩(wěn)定性，防止鉆頭偏移，有利于更好的控制垂直度。成槽垂直度控制好壞是成槽的關(guān)鍵，成槽垂直度應(yīng)控制在1/300以內(nèi)，在成槽過程中采用超聲波檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)偏離超過標(biāo)準(zhǔn)，則需要及時啟動糾偏，調(diào)整垂直度；在鉆機(jī)過程中采用泥漿護(hù)壁，由于旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)能力強(qiáng)，可以穿越土巖組合地層，直接一次成孔到底。當(dāng)旋挖鉆機(jī)就位準(zhǔn)確，垂直度良好，泥漿制備合格后即開始鉆進(jìn)。排渣采用泥漿循環(huán)，必要時采用抽漿，采用抽漿排渣時，必須及時補(bǔ)充槽內(nèi)泥漿，保證泥漿護(hù)壁壓力。圖1為旋挖鉆機(jī)鉆主孔圖。

圖1 旋挖鉆機(jī)鉆主孔圖

4.3 沖擊鉆沖擊副孔（主孔間剩余的巖墻）

在主孔完畢后，使用沖孔鉆機(jī)沖擊主孔之間的副孔。在此過程中，采用泥漿循環(huán)攜帶渣土，必要時采用抽漿排渣，但必須及時補(bǔ)充槽內(nèi)泥漿，保證泥漿護(hù)壁壓力。當(dāng)表層土為回填、淤泥等軟弱土層時，向槽內(nèi)添加黏土塊夾小片石反復(fù)沖擊造壁；其余土層應(yīng)采用中、小沖程1～2m，經(jīng)常檢查清除鉆頭上的泥塊；進(jìn)入基巖后，應(yīng)采用大沖程、低頻率沖擊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)成槽偏移時，應(yīng)回填片石至偏孔上方300～500mm處，重新沖孔。圖2為沖擊鉆機(jī)沖副孔圖。

圖2 沖擊鉆機(jī)沖副孔圖

4.4 沖擊鉆配以方錘修整槽壁聯(lián)孔成槽

當(dāng)主副孔均完成后，采用方錘沖擊，將主、副孔之間圓錘無法處理到的土巖層修整一遍。針對入巖部分，另需配備沖擊鉆機(jī)進(jìn)行修槽，配備方錘。沖擊過程中控制沖程在1m以內(nèi)，并防止打空錘和放繩過多，減少對槽壁的擾動，成槽后輔以液壓成槽機(jī)抓斗清除巖屑。

4.5 刷壁

為提高接頭處的抗?jié)B及抗剪性能，在連續(xù)墻接頭處對先行幅墻體接縫進(jìn)行刷壁清洗；反復(fù)刷動10次。刷壁使用特制偏心刷壁器，刷壁必須在清孔之前進(jìn)行。刷壁清孔換漿后的出口泥漿指數(shù)應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：密度＜1.15g/m3，黏度＜28s，含砂量＜8%。

4.6 清孔、泥漿置換、成槽驗收

槽孔終孔時，經(jīng)檢查合格后，報告現(xiàn)場監(jiān)理工程師對孔位、孔深及孔形進(jìn)行全面檢查驗收，檢查要按照設(shè)計和規(guī)范要求來進(jìn)行，并采用超聲波檢測，當(dāng)出現(xiàn)偏差時，必須按設(shè)計要求糾偏，如果檢查合格，則轉(zhuǎn)入清孔換漿工序。

根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，采用以下3種清孔方法：①沉淀法；②循環(huán)清孔－導(dǎo)管法泥漿置換二次清孔；③氣舉反循環(huán)清孔[1]－泥漿置換二次清孔。

清孔質(zhì)量檢查驗收在清孔結(jié)束1h后進(jìn)行，用測餅和測針檢測各單孔的孔底淤積厚度，同時用泥漿取樣器取孔底泥漿樣品（從距離孔底1m處采取）進(jìn)行泥漿三項指標(biāo)檢測。

按照《地下鐵道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50299—2018）的要求[2]，清孔換漿1h后應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：槽底沉渣厚度≤10cm；槽內(nèi)泥漿密度＜1.15g/cm3。

清孔驗收合格，由現(xiàn)場監(jiān)理工程師簽發(fā)清孔驗收合格證后，再進(jìn)行下道工序施工。

5 成槽規(guī)定及注意事項

5.1 成槽規(guī)定

5.1.1 地下連續(xù)墻成槽規(guī)定及注意事項

地下連續(xù)墻成槽規(guī)定及注意事項如下：1）地下連續(xù)墻成槽前需要設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)墻和施工便道，導(dǎo)墻養(yǎng)護(hù)期間，禁止重型機(jī)械設(shè)備在導(dǎo)墻附近作業(yè)或停留。2）地下連續(xù)墻成槽施工應(yīng)嚴(yán)格遵循跳副間隔施工順序。3）如果保護(hù)設(shè)備不齊全、監(jiān)管人員不到位的情況下，禁止施工人員下槽開展作業(yè)。

5.1.2 地下連續(xù)墻成槽泥漿設(shè)備規(guī)定及注意事項

使用護(hù)壁泥漿前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程項目的實際情況進(jìn)行試配，并在室內(nèi)進(jìn)行性能試驗。

5.1.3 槽段接頭規(guī)定及注意事項

槽段接頭規(guī)定及注意事項如下：1）成槽完成后，及時清刷相鄰槽段混凝土端面，刷至底部，清除接頭處泥沙，清刷次數(shù)不小于20次，保證單元段接頭部位抗?jié)B性；2）入槽；3）周邊環(huán)境保護(hù)要求較高時，應(yīng)當(dāng)在地下連續(xù)墻接頭處設(shè)施防水設(shè)施。

5.2 注意事項

地下連續(xù)墻“旋－沖”成槽施工，需要注意的問題包括以下幾個方面：1）成槽前，應(yīng)根據(jù)工程項目所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)地形條件對護(hù)壁泥漿材料進(jìn)行試配和性能試驗，泥漿比例應(yīng)當(dāng)按照試驗確定，泥漿制備后應(yīng)存放24h，待泥漿材料充分水化后方可使用；成槽時，泥漿供應(yīng)及處理設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足泥漿使用質(zhì)量要求。2）單元槽應(yīng)當(dāng)間隔一個或者多個槽段得跳副施工順序，每單元槽段分段不宜超過3個。3）混凝土澆筑過程中，應(yīng)采取方式混凝土出現(xiàn)繞流的措施。4）地下連續(xù)墻具有防滲要求時，應(yīng)當(dāng)在吊放鋼筋籠前使用涮槽器對槽段接頭和相鄰墻段的混凝土面進(jìn)行清涮，清涮后的混凝土面不得有夾泥。5）地下連續(xù)墻應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)地形條件、地下障礙物、自然環(huán)境以及工程項目質(zhì)量要求科學(xué)合理地選擇成槽設(shè)備。6）挖槽時，抓斗平面應(yīng)當(dāng)與導(dǎo)墻平面相吻合；7）挖槽過程中，應(yīng)仔細(xì)觀察槽壁的變形、垂直度、泥漿液面高度，并合理控制抓斗的運行速度，防止遇到地下障礙物，保證儀表精度始終在1/500左右，并及時進(jìn)行糾偏，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌，應(yīng)立即提出機(jī)械設(shè)備，分析坍塌產(chǎn)生的原因，并采取針對性的措施進(jìn)行處理。8）槽段挖至設(shè)計要求后，委派專人檢查槽位、槽深、槽寬以及垂直度等。9）槽段分段接縫處應(yīng)避開轉(zhuǎn)角部位，成槽機(jī)土巖地層超深地下連續(xù)墻拐角處挖槽時，緊貼導(dǎo)墻作業(yè)。在某些特殊情況下，可能會由于抓斗斗殼與斗齒不在同一成槽斷面的緣由，使拐角內(nèi)的土體不能被挖出。為此，應(yīng)當(dāng)在導(dǎo)墻拐角處根據(jù)所使用的挖槽機(jī)械設(shè)備端面向外延伸30cm（圖3），避免成槽斷面不足，妨礙鋼筋籠下槽。10）以上參數(shù)全部滿足要求后，方可進(jìn)行清洗。清底過程中，從底部開始抽吸，并及時補(bǔ)漿，清底后的槽底泥漿密度不大于1.15 g/cm3，沉淀物淤積厚度不得大于10cm。

圖3 導(dǎo)墻拐角處理流程圖

6 旋－沖結(jié)合成槽與傳統(tǒng)成槽對比

與傳統(tǒng)成槽相比，旋－沖結(jié)合成槽有以下4個方面的不同之處：1）根據(jù)地層條件不同，傳統(tǒng)成槽方法一般選用抓斗挖土成槽、沖樁機(jī)沖擊成槽、雙輪銑成槽等，再或者使用抓斗挖表層土+沖樁機(jī)沖擊下部巖層的施工方法。“旋－沖”成槽采用旋挖鉆機(jī)成主孔→沖樁機(jī)成副孔→沖樁機(jī)搭配方錘修平槽壁的施工方法[3]。2）“旋－沖”成槽在土巖綜合地層成槽時比傳統(tǒng)成槽方法速度更快。3）旋挖機(jī)電子系統(tǒng)可實時監(jiān)控旋挖機(jī)的工作參數(shù)及位置，對垂直度的偏差及時進(jìn)行修正，垂直度控制相對更好，成槽質(zhì)量更好。4）成槽成本更低，采用先進(jìn)機(jī)械進(jìn)行配合，提高機(jī)械利用率，降低了施工成本。

7 結(jié)語

綜上所述，該文通過對地下連續(xù)墻成槽技術(shù)實例研究總結(jié)，詳細(xì)闡述了“旋－沖”成槽施工技術(shù)在深基坑土巖綜合地層中的施工技術(shù)要點，同時總結(jié)了“旋－沖”成槽在施工過程中的優(yōu)勢：該成槽方法結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)中三種成槽方法各自的優(yōu)點，在實際的成槽施工中采用交叉作業(yè)，充分發(fā)揮各方法的優(yōu)勢，有利于提高成槽效率，同時降低成槽施工成本。