地下连续墙成槽施工技术在上软下硬地层中的应用

马丽华

(武汉地质勘察基础工程有限公司,湖北 武汉 430072)

地下连续墙成槽施工技术在上软下硬地层中的应用

马丽华

(武汉地质勘察基础工程有限公司,湖北 武汉 430072)

地下连续墙在硬岩中成槽成为困扰其应用的一个重要难题,利用成槽机的施工工艺和各类型设备在土层及岩石钻进的优势,以其它相关的钻岩设备(如冲击钻、旋挖机等),进行设备间施工的密切配合,从而高效、优质地保证成槽质量及效益,解决硬岩成槽难题,总结出优良的施工方法。

地下连续墙;成槽;锤击冲桩机;冲抓结合;嵌岩;施工技术

对于复杂地层中,嵌岩式地下连续墙施工技术仍处于探索和完善阶段,在应用和经验方面的资料有限。为适应城市化的发展和要求,随着越来越多的地下空间开发利用,将会有更多更深的地下连续墙需要在嵌岩或者更加复杂的条件下施工。本文结合合肥轨道1号线明光路站地下连续墙工程,对嵌岩地连墙成槽技术方案进行比选,在此基础上重点分析钻(冲)抓(成槽抓斗)结合的成槽方法在本工程中的应用及相应施工技术措施。

1 工程概况

地质情况:地层从上至下第(1)层为杂填土;第(2)层填土,主要由粘土组成,局部地段夹矿渣,混少量碎石,呈湿松散状;第(3)层粉质粘土,红—黄褐色,含铁锰质及灰白色高岭土条纹,呈湿及可塑状;第(4)层粘土层,红褐色,呈团块状、湿及可塑状;第(5)层强风化砂岩,深度在20～24 m,红—黄褐色,含铁锰结核及灰白色高岭土条纹或团块,夹中风化砂岩碎块,呈湿、可塑状态;第(6)层中风化砂岩,红—黄褐色,深度在24 m以上,含铁锰结核,质地坚硬强度大(图1);第(7)层微风化砂岩,红—黄褐色,深度在30 m以上,含铁锰结核,质地坚硬强度大。

合肥轨道1号线明光路站地下连续墙工程,平均开挖深度为22.5 m,本工程基坑围护结构采用地连墙加内支撑形式(图2),地连墙厚1 000 mm,周长598.12 m,采用222幅的地连墙。设计墙深度平均34 m,嵌岩深度平均13 m(中—微风化砂岩),墙体采用C35P10混凝土。

图1 墙底嵌岩样品Fig.1 Rock-socketed sample

图2 地连墙开挖图Fig.2 Excavation of diaphragm retaining walls

2 成槽方案比选

入岩式地连墙成槽方法有三种:①液压双轮铣成槽机施工;②成槽机抓软土+旋挖钻机硬岩排孔+成槽机修孔;③旋挖钻机软土与较硬岩排孔+冲击钻坚硬岩排孔+成槽机修孔,即钻(冲)抓成槽施工[1]。

液压双轮铣法作为专用的地下连续墙施工设备,以其成槽(硬岩层)效率高(较之抓斗高2～3倍),孔形规则(垂直度可控制在3‰以下)、安全、适应地层范围较广等优点已在发达国家普遍采用,但因其造价昂贵,成本较高,设备少,施工力量少,从施工成本和施工进度综合考虑,决定不予采用[2]。

钻(抓)结合法施工,先用旋挖钻机施工引孔,用液压抓斗在软土中成槽,遇到较硬地层时再用旋挖施工副孔破坏地层结构,再进抓斗进行成槽,直至达到设计深度。在此过程中若遇到旋挖仍然无法成孔(坚硬岩石层)的情况,可以选用冲击钻对硬地层进行冲击成孔,破坏原地层结构,再进行抓斗抓槽成形。

由于该场地地质条件复杂,软硬岩层分布区域没有规律,在综合考虑施工进度和成本的基础上,本项目采用第三种施工方法:即钻(冲)抓成槽施工。采用该法在嵌岩式地下连续墙施工中经济可行,通过增加冲击钻机数量来配套成槽机以弥补施工进度上的不足[3]。

3 钻(冲)抓成槽施工

3.1 施工工艺

根据以往施工经验,依靠现有成槽设备(SG-46金泰成槽机、260旋挖机、冲击钻),采用旋挖先施工引孔,引孔的作用主要表现在两个方面:①为地下连续墙墙体垂直度提供保障,抓斗沿着引孔下放进行抓土作业,控制成槽垂直度的完成是由引孔决定的;②提高抓斗成槽机作业工效。引孔为抓斗取土提供了一个临空面,提高了抓斗的抓土能力,另外土岸体在孔内泥浆的浸泡下使得土体强度降低,提高了抓斗的可挖深度,加快了施工进度。

由260旋挖钻机施工引孔,形成排孔,直至设计墙底,再用抓斗成槽,最终达到槽段设计深度;对于部分坚硬岩层区域的槽段,当旋挖钻进困难时,无法一次钻岩至设计地连墙底,此时可采用冲击钻接替旋挖钻机继续施工硬岩,扰动硬岩层,再用抓斗修形排孔成槽,最终达到槽段设计深度。

本工程连续墙成槽采用1台Φ1 m液压抓斗、1台旋挖钻机,配以数台锤击冲孔桩机进行成槽施工。在硬岩施工中,每个槽段配备2台锤击桩机同时冲孔。一字形槽段首开槽分9个引孔,顺推槽分7孔,闭合槽分6孔,异型槽根据实际尺寸调整桩位,采用“跳一孔”方法冲孔成槽(图3-图5),即按桩位编号顺序施工反复冲孔直至设计槽底标高。成槽时,泥浆应随着出土量补入,保证泥浆液面在规定的高度。

图3 冲孔布置异型槽一Fig.3 Special-shaped groove of punching arrangement

图4 冲孔布置异型槽二Fig.4 Special-shaped groove of punching arrangement

一个槽段的所有孔都达到设计深度后,然后换成槽机将槽壁突出的部分修平,以保证槽的宽度和槽壁平整度符合要求,利于钢筋网片下放。槽段开挖完毕,应检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度,合格后方可进行后续工作。槽壁垂直度偏差应<0.5%。

图5 冲孔布置异型槽三Fig.5 Special-shaped groove of punching arragement

3.2 施工要点

3.2.1 引孔、较硬岩旋挖机成孔

引孔施工质量是对成槽影响的关键,开孔前应由测量员测放点位,并做好标志,旋挖施钻前应坐落在平整的重车道上。钻进过程中应随时用全站仪在相互垂直的90°方位上观察钻杆垂直度,发现钻杆偏斜时应立即纠正。严格控制同一槽段的所有引孔的中心在同一条直线上,且保证所有引孔垂直度,引孔不在同一直线上槽壁将出现扭曲,势必影响地连墙质量。旋挖钻进过程中遇到较硬岩层时应放慢速度钻进,随时做好修孔准备。

3.2.2 坚硬岩冲击钻成孔

某些槽段岩层较硬时,应对副孔进行加密,副孔深度不得超过设计槽深。

当旋挖施工副孔较困难时,无法一次施工至设计墙底标高,此时应用冲击钻继续进行成孔。如采用圆筒空心锤冲硬岩进度慢,也可采用实心重锤(图6)。应注意实心重锤的磨损程度。冲岩过程中,由于岩层层面的倾斜或者地层软硬不均,冲孔容易向软层倾斜,从而使得槽段倾斜,此时钢丝绳可能偏离槽段中心,钻机操作人员应认真观测钢丝绳,严格控制垂直度。如槽形不易控制或槽段偏移,应提出实心锤头,填入小石块,用方锤(图7)小冲程修正。

3.2.3 抓斗抓槽

使用成槽机抓斗成槽时,悬吊机具的钢索不能松弛,一定要使钢索呈垂直张紧状态,这是保证挖槽垂直精度必须做好的关键动作。一旦出现偏移,应立即利用液压抓斗进行修槽,切不可等待偏移过大后再修槽。

图6 圆形冲锤Fig.6 Round impact hammer

图7 方形冲锤Fig.7 Square impact hammer

3.3 技术难点

项目实施前,组织技术人员进行研究,对每个环节上可能出现的技术问题应提出应急方案和解决措施。

(1) 成槽掘进与冲击钻进、旋挖钻进不同工艺间的泥浆质量控制。

(2) 旋挖钻排孔、冲击钻排孔垂直度及排孔间横向同心度,制约成槽垂直度,影响钢筋网片安放。

(3) 成槽机对硬岩排孔修正成槽的施工难度。

3.4 建议

沉渣:地连墙成槽时间长,槽段暴露时间较长,应采用优质泥浆进行护壁。同时应采取有效措施消除槽底沉渣,建议采用同一槽中双导管或三导管气举反循环同时清孔,另外可以在下网片前在槽底填约20 cm与混凝土料径级配相同的碎石,后期再利用后压浆消除孔底沉渣。

严防因槽底不平整,而工字钢接头处又必须下置至孔底,所以工字钢长度一定要计算精准。工字钢接头过长时,网片无法下到位,网片上预埋件不能到达指定位置;工字钢下放过短,则无法下置槽底,底部会形成绕流通道。为保证接头处将一期槽与二期槽严格隔开,防止混凝土绕流,可以将工字钢底标高比槽底标高大30 cm,在工字钢底部加一排50 cm长圆钢制成的弯钩,因圆钢制成的弯钩到达槽底时,可在网片自重下将弯钩压弯,从而使网片预埋件下放到设计位置,而又使接头处钢筋伸至底部可以挡住回填的砂包。

4 结语

通过本项目在硬岩中采用冲抓成槽结合的施工方法证明,在合同要求的时间内完成施工任务,施工质量达到设计要求,并取得明显的施工效果及经济效益。通过本施工案例,在工期比较紧的条件下(不增加工程造价),着眼实际,依靠现有市场机械设备,各型设备配合,改进施工方法,完善施工技术,摸索出一套适用于地下连续墙上软下硬地层成槽施工的最佳方案,为今后类似工程施工积累了宝贵的经验。

[1] 方俊波,刁天祥.上软下硬地层地下连续墙成槽施工[J].现代隧道技术,2002(8):38-40.

[2] 徐志发.超深地下连续墙施工关键技术及风险控制[J].隧道与地下工程,2010(3):24-26.

[3] 刘兵科,彭丽云.广州地铁深基坑嵌岩式地下连续墙施工技术[J].施工技术,2009(5):34-35.

[4] 王蕴华,李志波.底部为岩石的地下连续墙冲抓破岩成槽施工[J].岩土工程学报,2007(2):58-60.

(责任编辑：陈文宝)

The Application of Construction of Diaphragm Retaining Wallsin Soft and Hard Formation

MA Lihua

(WuhanGeologcalProspecting&FoundationEngineringCo.Ltd,Wuhan,Hubei430072)

Diaphragm retaining wall in hard rock groove be troubled by a problem in its application,the application is the grooving machine in the construction process with to other related drilling rock equipment (e.g.,impact drill,rotary digging machine,etc.),to take full advantage of the various types of equipment for drilling in soil and rock,equipment construction in close coordination. High efficiency and high quality is to ensure the quality of the groove and the efficiency of the groove,to solve the problem of hard rock into a slot,the excellent construction methods are summed up.

diaphragm retaining walls; grooving; hammer piling machine; grab-type combination; rock-socketed; construction technology

2015-08-04;改回日期:2016-07-08

马丽华(1973-),女,工程师,钻探工程专业,从事地基与基础施工工作。E-mail:63243974@qq.com

TU476+.3; TU753

A

1671-1211(2016)04-0638-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.021

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1449.026.html 数字出版日期:2016-07-07 14:49