地下連續(xù)墻成槽施工技術在上軟下硬地層中的應用

馬麗華

(武漢地質(zhì)勘察基礎工程有限公司,湖北 武漢 430072)

地下連續(xù)墻成槽施工技術在上軟下硬地層中的應用

馬麗華

(武漢地質(zhì)勘察基礎工程有限公司,湖北 武漢 430072)

地下連續(xù)墻在硬巖中成槽成為困擾其應用的一個重要難題,利用成槽機的施工工藝和各類型設備在土層及巖石鉆進的優(yōu)勢,以其它相關的鉆巖設備(如沖擊鉆、旋挖機等),進行設備間施工的密切配合,從而高效、優(yōu)質(zhì)地保證成槽質(zhì)量及效益,解決硬巖成槽難題,總結(jié)出優(yōu)良的施工方法。

地下連續(xù)墻;成槽;錘擊沖樁機;沖抓結(jié)合;嵌巖;施工技術

對于復雜地層中,嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術仍處于探索和完善階段,在應用和經(jīng)驗方面的資料有限。為適應城市化的發(fā)展和要求,隨著越來越多的地下空間開發(fā)利用,將會有更多更深的地下連續(xù)墻需要在嵌巖或者更加復雜的條件下施工。本文結(jié)合合肥軌道1號線明光路站地下連續(xù)墻工程,對嵌巖地連墻成槽技術方案進行比選,在此基礎上重點分析鉆(沖)抓(成槽抓斗)結(jié)合的成槽方法在本工程中的應用及相應施工技術措施。

1 工程概況

地質(zhì)情況:地層從上至下第(1)層為雜填土;第(2)層填土,主要由粘土組成,局部地段夾礦渣,混少量碎石,呈濕松散狀;第(3)層粉質(zhì)粘土,紅—黃褐色,含鐵錳質(zhì)及灰白色高嶺土條紋,呈濕及可塑狀;第(4)層粘土層,紅褐色,呈團塊狀、濕及可塑狀;第(5)層強風化砂巖,深度在20～24 m,紅—黃褐色,含鐵錳結(jié)核及灰白色高嶺土條紋或團塊,夾中風化砂巖碎塊,呈濕、可塑狀態(tài);第(6)層中風化砂巖,紅—黃褐色,深度在24 m以上,含鐵錳結(jié)核,質(zhì)地堅硬強度大(圖1);第(7)層微風化砂巖,紅—黃褐色,深度在30 m以上,含鐵錳結(jié)核,質(zhì)地堅硬強度大。

合肥軌道1號線明光路站地下連續(xù)墻工程,平均開挖深度為22.5 m,本工程基坑圍護結(jié)構(gòu)采用地連墻加內(nèi)支撐形式(圖2),地連墻厚1 000 mm,周長598.12 m,采用222幅的地連墻。設計墻深度平均34 m,嵌巖深度平均13 m(中—微風化砂巖),墻體采用C35P10混凝土。

圖1 墻底嵌巖樣品Fig.1 Rock-socketed sample

圖2 地連墻開挖圖Fig.2 Excavation of diaphragm retaining walls

2 成槽方案比選

入巖式地連墻成槽方法有三種:①液壓雙輪銑成槽機施工;②成槽機抓軟土+旋挖鉆機硬巖排孔+成槽機修孔;③旋挖鉆機軟土與較硬巖排孔+沖擊鉆堅硬巖排孔+成槽機修孔,即鉆(沖)抓成槽施工[1]。

液壓雙輪銑法作為專用的地下連續(xù)墻施工設備,以其成槽(硬巖層)效率高(較之抓斗高2～3倍),孔形規(guī)則(垂直度可控制在3‰以下)、安全、適應地層范圍較廣等優(yōu)點已在發(fā)達國家普遍采用,但因其造價昂貴,成本較高,設備少,施工力量少,從施工成本和施工進度綜合考慮,決定不予采用[2]。

鉆(抓)結(jié)合法施工,先用旋挖鉆機施工引孔,用液壓抓斗在軟土中成槽,遇到較硬地層時再用旋挖施工副孔破壞地層結(jié)構(gòu),再進抓斗進行成槽,直至達到設計深度。在此過程中若遇到旋挖仍然無法成孔(堅硬巖石層)的情況,可以選用沖擊鉆對硬地層進行沖擊成孔,破壞原地層結(jié)構(gòu),再進行抓斗抓槽成形。

由于該場地地質(zhì)條件復雜,軟硬巖層分布區(qū)域沒有規(guī)律,在綜合考慮施工進度和成本的基礎上,本項目采用第三種施工方法:即鉆(沖)抓成槽施工。采用該法在嵌巖式地下連續(xù)墻施工中經(jīng)濟可行,通過增加沖擊鉆機數(shù)量來配套成槽機以彌補施工進度上的不足[3]。

3 鉆(沖)抓成槽施工

3.1 施工工藝

根據(jù)以往施工經(jīng)驗,依靠現(xiàn)有成槽設備(SG-46金泰成槽機、260旋挖機、沖擊鉆),采用旋挖先施工引孔,引孔的作用主要表現(xiàn)在兩個方面:①為地下連續(xù)墻墻體垂直度提供保障,抓斗沿著引孔下放進行抓土作業(yè),控制成槽垂直度的完成是由引孔決定的;②提高抓斗成槽機作業(yè)工效。引孔為抓斗取土提供了一個臨空面,提高了抓斗的抓土能力,另外土岸體在孔內(nèi)泥漿的浸泡下使得土體強度降低,提高了抓斗的可挖深度,加快了施工進度。

由260旋挖鉆機施工引孔,形成排孔,直至設計墻底,再用抓斗成槽,最終達到槽段設計深度;對于部分堅硬巖層區(qū)域的槽段,當旋挖鉆進困難時,無法一次鉆巖至設計地連墻底,此時可采用沖擊鉆接替旋挖鉆機繼續(xù)施工硬巖,擾動硬巖層,再用抓斗修形排孔成槽,最終達到槽段設計深度。

本工程連續(xù)墻成槽采用1臺Φ1 m液壓抓斗、1臺旋挖鉆機,配以數(shù)臺錘擊沖孔樁機進行成槽施工。在硬巖施工中,每個槽段配備2臺錘擊樁機同時沖孔。一字形槽段首開槽分9個引孔,順推槽分7孔,閉合槽分6孔,異型槽根據(jù)實際尺寸調(diào)整樁位,采用“跳一孔”方法沖孔成槽(圖3-圖5),即按樁位編號順序施工反復沖孔直至設計槽底標高。成槽時,泥漿應隨著出土量補入,保證泥漿液面在規(guī)定的高度。

圖3 沖孔布置異型槽一Fig.3 Special-shaped groove of punching arrangement

圖4 沖孔布置異型槽二Fig.4 Special-shaped groove of punching arrangement

一個槽段的所有孔都達到設計深度后,然后換成槽機將槽壁突出的部分修平,以保證槽的寬度和槽壁平整度符合要求,利于鋼筋網(wǎng)片下放。槽段開挖完畢,應檢查槽位、槽深、槽寬及槽壁垂直度,合格后方可進行后續(xù)工作。槽壁垂直度偏差應<0.5%。

圖5 沖孔布置異型槽三Fig.5 Special-shaped groove of punching arragement

3.2 施工要點

3.2.1 引孔、較硬巖旋挖機成孔

引孔施工質(zhì)量是對成槽影響的關鍵,開孔前應由測量員測放點位,并做好標志,旋挖施鉆前應坐落在平整的重車道上。鉆進過程中應隨時用全站儀在相互垂直的90°方位上觀察鉆桿垂直度,發(fā)現(xiàn)鉆桿偏斜時應立即糾正。嚴格控制同一槽段的所有引孔的中心在同一條直線上,且保證所有引孔垂直度,引孔不在同一直線上槽壁將出現(xiàn)扭曲,勢必影響地連墻質(zhì)量。旋挖鉆進過程中遇到較硬巖層時應放慢速度鉆進,隨時做好修孔準備。

3.2.2 堅硬巖沖擊鉆成孔

某些槽段巖層較硬時,應對副孔進行加密,副孔深度不得超過設計槽深。

當旋挖施工副孔較困難時,無法一次施工至設計墻底標高,此時應用沖擊鉆繼續(xù)進行成孔。如采用圓筒空心錘沖硬巖進度慢,也可采用實心重錘(圖6)。應注意實心重錘的磨損程度。沖巖過程中,由于巖層層面的傾斜或者地層軟硬不均,沖孔容易向軟層傾斜,從而使得槽段傾斜,此時鋼絲繩可能偏離槽段中心,鉆機操作人員應認真觀測鋼絲繩,嚴格控制垂直度。如槽形不易控制或槽段偏移,應提出實心錘頭,填入小石塊,用方錘(圖7)小沖程修正。

3.2.3 抓斗抓槽

使用成槽機抓斗成槽時,懸吊機具的鋼索不能松弛,一定要使鋼索呈垂直張緊狀態(tài),這是保證挖槽垂直精度必須做好的關鍵動作。一旦出現(xiàn)偏移,應立即利用液壓抓斗進行修槽,切不可等待偏移過大后再修槽。

圖6 圓形沖錘Fig.6 Round impact hammer

圖7 方形沖錘Fig.7 Square impact hammer

3.3 技術難點

項目實施前,組織技術人員進行研究,對每個環(huán)節(jié)上可能出現(xiàn)的技術問題應提出應急方案和解決措施。

(1) 成槽掘進與沖擊鉆進、旋挖鉆進不同工藝間的泥漿質(zhì)量控制。

(2) 旋挖鉆排孔、沖擊鉆排孔垂直度及排孔間橫向同心度,制約成槽垂直度,影響鋼筋網(wǎng)片安放。

(3) 成槽機對硬巖排孔修正成槽的施工難度。

3.4 建議

沉渣:地連墻成槽時間長,槽段暴露時間較長,應采用優(yōu)質(zhì)泥漿進行護壁。同時應采取有效措施消除槽底沉渣,建議采用同一槽中雙導管或三導管氣舉反循環(huán)同時清孔,另外可以在下網(wǎng)片前在槽底填約20 cm與混凝土料徑級配相同的碎石,后期再利用后壓漿消除孔底沉渣。

嚴防因槽底不平整,而工字鋼接頭處又必須下置至孔底,所以工字鋼長度一定要計算精準。工字鋼接頭過長時,網(wǎng)片無法下到位,網(wǎng)片上預埋件不能到達指定位置;工字鋼下放過短,則無法下置槽底,底部會形成繞流通道。為保證接頭處將一期槽與二期槽嚴格隔開,防止混凝土繞流,可以將工字鋼底標高比槽底標高大30 cm,在工字鋼底部加一排50 cm長圓鋼制成的彎鉤,因圓鋼制成的彎鉤到達槽底時,可在網(wǎng)片自重下將彎鉤壓彎,從而使網(wǎng)片預埋件下放到設計位置,而又使接頭處鋼筋伸至底部可以擋住回填的砂包。

4 結(jié)語

通過本項目在硬巖中采用沖抓成槽結(jié)合的施工方法證明,在合同要求的時間內(nèi)完成施工任務,施工質(zhì)量達到設計要求,并取得明顯的施工效果及經(jīng)濟效益。通過本施工案例,在工期比較緊的條件下(不增加工程造價),著眼實際,依靠現(xiàn)有市場機械設備,各型設備配合,改進施工方法,完善施工技術,摸索出一套適用于地下連續(xù)墻上軟下硬地層成槽施工的最佳方案,為今后類似工程施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1] 方俊波,刁天祥.上軟下硬地層地下連續(xù)墻成槽施工[J].現(xiàn)代隧道技術,2002(8):38-40.

[2] 徐志發(fā).超深地下連續(xù)墻施工關鍵技術及風險控制[J].隧道與地下工程,2010(3):24-26.

[3] 劉兵科,彭麗云.廣州地鐵深基坑嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術[J].施工技術,2009(5):34-35.

[4] 王蘊華,李志波.底部為巖石的地下連續(xù)墻沖抓破巖成槽施工[J].巖土工程學報,2007(2):58-60.

(責任編輯：陳文寶)

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

馬麗華(1973-),女,工程師,鉆探工程專業(yè),從事地基與基礎施工工作。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

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1449.026.html 數(shù)字出版日期:2016-07-07 14:49