上軟下硬復合地層基坑地連墻成槽設備配置及工效分析

張帆舸

（中鐵十五局集團有限公司，上海 200070）

0 引言

地下連續墻由于具有強度高、剛度大、地層適用性強、環境影響小等諸多優點，在城市地下工程中常被用于基坑圍護體系，起到截水、擋土等作用，可為基坑施工創造良好的條件。地連墻的施工受地層條件影響較大，盧偉[1]研究發現，對于地下連續墻成槽施工，在較軟地層中常用的沖擊鉆輔助成槽機的施工工藝，在中風化、微風化等堅硬巖層中易出現偏孔、沖孔緩慢等問題，施工效率低、延誤工期。鑒于傳統成槽設備在堅硬地層中的這些缺陷，胡文東等[2]在廣州海珠區深基坑工程中采用了雙輪銑成槽，認為雙輪銑在堅硬巖層中適用性好，除能提高效率、保證施工質量外，對周邊環境影響小，較適于城市建筑地連墻的施工。還有一些學者則探索了地下連續墻成槽設備的組合施工技術，如王明峰[3]在南京和燕路過江通道工程超深超寬基坑地下連續墻施工中探索了“抓，旋，沖，銑”結合工藝，結果證明，結合工藝的施工效率高，環境影響小，能較好適用于環境敏感區石方基坑。隨著我國城市建設的發展，在濱海地區建筑工程中經常會遇到淤泥覆蓋高強度硬巖的上軟下硬地層，在該地層下的地連墻施工仍缺乏成熟的工藝可供參考，本文結合廣州市橫瀝地下車站基坑工程，分析了在上軟下硬復合地層中基坑地連墻成槽的設備配置和施工工效，為后續類似工程提高施工效率提供經驗借鑒。

1 工程概況

橫瀝車站為廣州軌交十八號線附屬車站，位于南沙區橫瀝鎮。車站為地下三層單柱雙跨矩形框架結構，基坑圍護結構采用地下連續墻+內支撐，墻底進入全風化、強風化巖層。

基坑地層從上至下依次為：＜1＞填土層、＜2-1A＞淤泥土層、＜2-1B＞淤泥質土層、＜2-2＞淤泥質粉細砂層、＜2-3＞淤泥質中粗砂、＜5H-2＞砂質粘土層、＜6H＞全風化花崗巖、＜7H＞強風化花崗巖及＜8H＞中風化花崗巖、＜9H＞微風化花崗巖。表層淤泥厚達16m，基底主要位于全風化及強風化花崗巖，局部位于中風化及微風化花崗巖，硬巖突起傾入基坑底，巖石強度高，平均厚度達5.72m。地層整體上軟下硬，地質條件差。

車站采用明挖順筑法施工，基坑長694.2m，深26.5～28.4m，如圖1 所示。采用地下連續墻+內支撐的圍護結構形式，主體圍護結構厚1.2m，共272 幅，主要采用6m 標準長度。地連墻入巖較深，中風化平均入巖4.3m，微風化平均入巖3.5m。上軟下硬地層條件下，如何最大限度地發揮設備的工效、保證質量和進度是工程的難點。

圖1 橫瀝站地連墻布置圖

2 地連墻成槽設備選型及施工方案

2.1 設備選型

目前常用的地連墻成槽設備有抓斗式成槽機、沖擊式成槽設備、液壓銑槽機等。根據橫瀝站基坑地層試驗數據，＜1＞標貫試驗實測平均值24.0 擊，＜2-1A＞ 2.2 擊，＜2-1B＞ 2.6 擊，＜2-2＞ 4.3 擊，＜2-3＞ 11.3 擊，＜5H-2＞ 27.8 擊，＜6H＞ 51.7 擊，上部地層相對軟弱，可充分發揮成槽機的工效優勢。而＜7H＞標貫試驗實測平均值74.9 擊，該地層成槽機的適用性差。對于橫瀝站基坑下部的堅硬地層，＜8H＞中風化花崗巖的飽和狀態巖石抗壓強度平均值為23.7MPa，為較軟巖，巖體較破碎，RQD 約20%，巖體基本質量等級為Ⅳ類，在該地層中以雙輪銑成槽為主。＜9H＞微風化花崗巖的天然狀態巖石抗壓強度標準值為84.3MPa，飽和狀態巖石抗壓強度標準值為74.5MPa，為堅硬巖，巖體較完整，RQD 約60%，巖體基本質量等級為Ⅱ類，在該地層中可投入適量沖擊鉆以提高整體工效。成槽施工設備主要配置了液壓抓斗成槽機（徐工XG600D），雙輪銑（徐工XTC80-85 和土力130），沖擊鉆（CJF-15）。

2.2 施工方案

方案一：液壓抓斗成槽機+沖擊鉆

采用液壓抓斗抓完上部土層，硬巖地層采用沖擊鉆機排孔沖擊成槽，先用十字型鉆頭分序排孔沖擊，抽渣筒排渣，再用方形的沖錘整修槽段，期間液壓成槽機配合沖擊鉆撈渣。標準幅寬的槽布置7 個孔，一幅槽段兩臺鉆機同時沖槽，如圖2。

圖2 沖槽順序示意圖

方案二：液壓抓斗成槽機＋雙輪銑

淤泥地層采用液壓抓斗成槽機成槽，入巖后采用雙輪銑施工，搭配沖擊鉆或成槽機修孔及抓取沉碴。采用“抓銑”方式成槽，按槽段劃分，分幅跳槽施工，標準槽段采用“三抓法”開挖成槽后銑槽機銑至設計標高，施工過程如圖3。

圖3 成槽施工示意圖（mm）

3 地下連續墻施工效果分析

成槽質量用超聲波成槽質量檢測儀檢測，圖4 為代表性超聲波槽壁檢測圖，槽段的槽寬、槽深、沉渣厚度、垂直度等均滿足規范要求。

圖4 超聲波槽壁檢測代表性結果

徐工雙輪銑工效部分數據如表1 所示，經統計，在強風化巖進尺約為0.58m/h，中風化約為0.24m/h，微風化約為0.22m/h。

表1 徐工雙輪銑工效表

土力雙輪銑工效部分數據如表2，經統計，在強風化巖進尺約為0.96m/h，中風化約為0.67m/h，微風化約為0.53m/h。

表2 土力雙輪銑工效表

沖擊鉆工效部分數據如表3所示，經統計，沖擊鉆單孔工效：強風化進尺0.5m/h·孔，中風化0.31m/h·孔，微風化0.29m/h·孔。整幅槽段進尺：強風化進尺0.15m/ h·槽，中風化0.09m/ h·槽，微風化0.085m/ h·槽。

表3 沖擊鉆工效表

綜上，在強風化地層，土力雙輪銑≈1.7 倍徐工雙輪銑≈5.9 倍沖擊鉆；在中風化地層，土力雙輪銑≈2.8 倍徐工雙輪銑≈7.5 倍沖擊鉆；在微風化地層，土力雙輪銑≈2.4 倍徐工雙輪銑≈6.2 倍沖擊鉆。雙輪銑工效遠大于沖擊鉆，可顯著提升成槽效率。

采用雙輪銑施工堅硬巖層比傳統沖擊鉆+成槽機工法能節約更多工期和成本。如施工單幅厚0.2m 寬6m 深23m、巖層強度80MPa、厚度7m 地連墻，工期、成本對比如表4，在工期上，雙輪銑施工需0.6d，沖擊鉆+成槽機需25d，雙輪銑可節約工期24.4d，在成本上，雙輪銑施工成本3 萬，沖樁機+成槽機施工成本3.75 萬，雙輪銑節約成本0.75 萬。

4 結論

針對橫瀝車站基坑淤泥覆蓋下高強度硬巖上軟下硬復合地層，通過對不同設備組合在該地質條件下的成槽效率、成本對比分析得出，采用成槽機+雙輪銑的設備組合及施工工藝，相較于傳統沖擊鉆輔助成槽機施工方法，具有鉆進能力強、工效高、成槽質量好、環境影響小的優點，也為類似的工程提供了借鑒。

本文針對淤泥覆蓋下高強度硬巖上軟下硬復合地層中地連墻成槽效率低的工程難題，對比分析了該地層條件下不同設備組合的成槽效率和成本，發現采用雙輪銑施工堅硬巖層比傳統以沖擊鉆為主的方法單幅墻可節約工期24.4d 成本0.75 萬，在上軟下硬復合地層中上部采用成槽機、下部入巖后采用雙輪銑的設備組合及施工工藝具有顯著優勢。