弱風(fēng)化高強(qiáng)度巖石地層中地下連續(xù)墻成槽施工技術(shù)

杜在松（上海建通工程建設(shè)有限公司， 上海 200060）

隨著我國大直徑盾構(gòu)施工技術(shù)在公路工程中的廣泛應(yīng)用，地下連續(xù)墻（以下簡(jiǎn)稱“地連墻”）成為盾構(gòu)始發(fā)和接收工作井基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要形式。這種基坑地連墻深度一般在50 m左右，施工時(shí)會(huì)遇到各種各樣的復(fù)雜地質(zhì)情況，特別是地連墻入巖施工，需要采取針對(duì)性的技術(shù)措施才能順利完成施工任務(wù)。浙江省某在建公路工程（以下簡(jiǎn)稱“本工程”）地連墻下部圍巖是火山凝灰?guī)r，極其堅(jiān)硬，地連墻成槽施工遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。

1 工程概況

1.1 工程設(shè)計(jì)概況

本工程為浙江省舟山市某一級(jí)公路，全長(zhǎng)2.2 km，包括海底隧道和山嶺隧道兩段，盾構(gòu)接收井處在兩段隧道中間。盾構(gòu)接收井長(zhǎng)25 m，寬50.6 m，基坑開挖深度27.95 m?；拥剡B墻共28幅，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，抗?jié)B等級(jí)為P10，地連墻相鄰槽段之間采用工字鋼接頭。地連墻厚度1 200 mm，有效長(zhǎng)度44.205 m，成槽深度46.951 m，入巖深度范圍為9.5 m～19.5 m。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.2.1 工程地質(zhì)情況

工作井場(chǎng)地位于海積平原，表土層主要是建筑垃圾和人工圍基填土，其下為海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、含黏土粉質(zhì)碎石、含碎石粉質(zhì)黏土，下伏基巖為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。巖石硬度較高，單軸飽和抗壓強(qiáng)度（Rc）一般范圍為55 MPa～60 MPa，最大達(dá)到91 MPa。

場(chǎng)地屬海邊岸坡地段，距離海岸約30 m，地層較穩(wěn)定。地層分布情況如表1所示。

表 1 地層分布統(tǒng)計(jì)表

1.2.2 水文地質(zhì)情況

地下水主要為基巖裂隙水和松散孔隙潛水，地下水易于聚集，滲透性大。

1.3 場(chǎng)地周邊環(huán)境

盾構(gòu)接收井位置周邊交通較發(fā)達(dá)，地連墻施工影響范圍內(nèi)主要以道路和空地為主，基坑周邊建筑物、管線均已廢棄或遷改，施工期間對(duì)周邊管線和建筑物無影響。

2 工程重點(diǎn)難點(diǎn)分析

2.1 巖層堅(jiān)硬，成槽困難

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，地連墻入巖深度范圍為9.5 m～19.5 m，下伏基巖為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，該巖石硬度較高，單軸飽和抗壓強(qiáng)度最大達(dá)到91.0 MPa。此種地質(zhì)條件施工難度可想而知，對(duì)施工技術(shù)及工作效率都會(huì)產(chǎn)生很大的挑戰(zhàn)。

2.2 槽壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)大

成槽深度達(dá)46.951 m，且上軟下硬。在沖擊破除下部巖層的時(shí)候，上部槽壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)很大。

3 施工技術(shù)措施

3.1 導(dǎo)墻施工保證措施

（1）為保證后期基坑主體結(jié)構(gòu)的凈空尺寸符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，抵消基坑開挖時(shí)地連墻向基坑方向產(chǎn)生的位移和變形，地連墻施工時(shí)中心軸線外放10 cm。

（2）導(dǎo)墻每段長(zhǎng)度約30 m，分段施工縫與連續(xù)墻的分幅接頭錯(cuò)開0.5 m以上。

（3）導(dǎo)墻在拆模后及時(shí)沿其縱向每隔2 m設(shè)上、下兩道方木支撐，將兩片導(dǎo)墻支撐起來，以防導(dǎo)墻壁位移。

3.2 泥漿制備

本工程成槽深度較深，且下部入巖，泥漿的好壞關(guān)乎著地連墻成槽的質(zhì)量，因此在泥漿指標(biāo)控制上力求適當(dāng)提高泥漿的黏度和比重，以增加泥漿護(hù)壁能力和懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，并保證槽壁穩(wěn)定。

3.2.1 泥漿材料

采用復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土泥漿，由優(yōu)質(zhì)的復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土、純堿、CmC材料按一定比例配制。其護(hù)壁機(jī)理為由聚合物和膨潤(rùn)土顆粒共同構(gòu)成的泥皮對(duì)槽壁的膠結(jié)作用，可在槽壁孔壁形成又薄又韌、致密的泥皮。這種泥皮大大降低了泥漿的濾失，使泥漿的失水量減少，從而降低了對(duì)周邊地層含水量的擾動(dòng)，使孔壁周邊的地層盡量保持原狀，防塌性能增強(qiáng)。

3.2.2 泥漿控制指標(biāo)

泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如表2所示。

表 2 泥漿性能指標(biāo)表

3.3 地連墻成槽施工

工作井地連墻墻入巖深度較深，采用液壓抓斗+旋沖結(jié)合法成槽施工工藝，即連續(xù)墻上部軟土槽段采用液壓抓斗成槽，下部入巖槽段采用旋挖鉆機(jī)+圓形沖擊鉆機(jī)+方形沖擊鉆機(jī)相結(jié)合成槽。入巖時(shí)在槽壁上劃出每個(gè)主孔的中心位置，首先使用旋挖機(jī)鉆進(jìn)主孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再用圓形沖擊錘沖擊副孔（主孔之間的殘梗處），最后用方形沖錘修邊。主副孔布置，如圖1所示。

圖 1 地連墻成槽施工平面分布圖

3.3.1 成槽施工準(zhǔn)備

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，用紅漆標(biāo)出單元槽段位置及編號(hào)，每抓的寬度位置、旋挖鉆主孔位置、鋼筋籠擱置位置及鎖扣管安放位置，并測(cè)量導(dǎo)墻頂標(biāo)高。

（2）在槽段兩側(cè)進(jìn)行堵漏、清除導(dǎo)墻內(nèi)垃圾雜物，注入合格泥漿不低于導(dǎo)墻頂面下30 cm。

（3）成槽機(jī)就位后，縱橫兩個(gè)方向垂直度都要進(jìn)行觀測(cè)。

（4）對(duì)于閉合幅槽段，應(yīng)提前復(fù)測(cè)槽段寬度，根據(jù)實(shí)際寬度調(diào)整鋼筋籠寬度。

3.3.2 成槽施工

（1）成槽施工工藝流程。成槽機(jī)抓土至基巖面→旋挖鉆鉆主孔至風(fēng)化巖層→圓形沖錘沖擊副孔→方形沖錘修邊→成槽機(jī)清渣→超聲波檢測(cè)槽壁垂直度→清孔→成槽完成。

（2）軟土成槽。單元槽段采用先兩側(cè)后中間的順序（如圖2所示），即先挖槽段兩端的單孔、再開挖兩個(gè)單孔之間留下來的隔墻。這樣能使抓斗在挖單孔時(shí)吃力均衡，可以有效地糾偏，保證成槽垂直度。

圖 2 地連墻單元槽段成槽順序圖

挖槽過程中，抓斗入槽、出槽應(yīng)慢速、穩(wěn)當(dāng)，根據(jù)成槽機(jī)儀表及實(shí)測(cè)的垂直度及時(shí)糾偏。挖槽時(shí)，應(yīng)防止由于次序不當(dāng)造成的槽段失穩(wěn)或局部坍塌。

當(dāng)成槽機(jī)開挖功效明顯降低、開挖困難、進(jìn)尺低于40 cm/h時(shí)，要根據(jù)抓取出的渣樣判定是否進(jìn)入全風(fēng)化凝灰?guī)r層。如果是全風(fēng)化凝灰?guī)r，軟土成槽深度應(yīng)到此為止，即可停止成槽機(jī)開挖施工，以下部分更換旋挖鉆機(jī)進(jìn)行入巖成槽。

（3）入巖成槽。首先，旋挖鉆機(jī)施工主孔。5個(gè)主孔的旋挖鉆機(jī)施工順序?yàn)椋褐骺?→主孔5→主孔3→主孔2→主孔4。

在全風(fēng)化凝灰?guī)r層中，旋挖鉆機(jī)采用撈沙斗鉆頭。該鉆頭下部配備有兩排截齒，能容易地破壞并取出全風(fēng)化的巖石，在全風(fēng)化巖石里面鉆進(jìn)效果較好。

隨著鉆進(jìn)的深入，巖石風(fēng)化減弱，撈沙斗鉆頭鉆進(jìn)效率逐漸降低，最后每小時(shí)進(jìn)尺不足50 cm，說明撈沙斗鉆頭不再適應(yīng)較硬巖石，需要更換成“截齒桶”鉆頭進(jìn)行施工。截齒桶型鉆頭環(huán)繞周邊一圈共有18個(gè)截齒，齒向內(nèi)外交錯(cuò)布置，適應(yīng)強(qiáng)風(fēng)化巖層，利用截齒對(duì)巖石進(jìn)行環(huán)形切割，最后用鉆筒內(nèi)的卡槽將巖石扭斷并取出。施工期間截齒磨損較快，為防止磨壞截齒、齒座，每進(jìn)尺1.0 m需對(duì)磨損較大的截齒進(jìn)行更換。截齒磨損檢查和更換頻繁，工作量很大。施工中，由于截齒更換不及時(shí)造成齒座損壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而更換一個(gè)齒座需要1.5 h（更換一個(gè)截齒僅需3 min～5 min），這無形中對(duì)施工進(jìn)度造成了很大的影響。

進(jìn)入中風(fēng)化巖層后，巖石強(qiáng)度增大，截齒損壞周期加快，截齒鉆頭鉆進(jìn)效率明顯降低。此時(shí)需要將鉆頭更換為牙輪鉆頭進(jìn)行施工。牙輪鉆頭周邊共有10個(gè)牙輪，牙輪內(nèi)外交錯(cuò)布置。該型鉆頭適合在中風(fēng)化巖層中使用。

其次，圓形沖擊鉆施工副孔。施工初期為了加快施工進(jìn)度，采用旋挖鉆將主孔施工完成后，直接采用方錘修槽施工，但是經(jīng)常發(fā)生卡錘現(xiàn)象，錘頭無法撈起，甚至導(dǎo)致卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩被拉斷。這樣做不僅沒有加快施工進(jìn)度反而帶來了更大麻煩，于是又恢復(fù)了原定施工工藝，即在方錘修槽之前先用直徑1.2 m的圓形沖錘（重約4 t）施工副孔。副孔施工順序?yàn)椋焊?→副4→副2→副3。

再次，方形沖錘修邊。副孔施工完畢后，采用1.2 m×1.4 m方錘（重約6 t）對(duì)槽壁沖擊修邊施工。

最后，成槽機(jī)清底。沖錘施工完成后，用成槽機(jī)抓斗進(jìn)行清底，抓斗伸入槽段底部取出殘?jiān)?，直到清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高。若無法正常下放成槽機(jī)則采用方形沖錘繼續(xù)修邊，直至成槽機(jī)上下通過順利為止。

（4）刷壁。為提高接頭處的抗?jié)B及抗剪性能，在清孔之前需在連續(xù)墻接頭處對(duì)先行幅墻體接縫進(jìn)行刷壁清洗。刷壁使用重型抓斗側(cè)焊接接頭刷，上下反復(fù)刷動(dòng)至少20次，直到接頭刷上無泥為止。清刷過程中要對(duì)刷頭進(jìn)行清洗，確保接頭無夾泥。

（5）清孔換漿。

清孔方法。采用置換法清除溝槽內(nèi)黏稠泥漿及細(xì)小渣土。使用空氣升液器，由起重機(jī)懸吊入槽，空氣壓縮機(jī)輸送壓縮空氣，以泥漿反循環(huán)法吸除沉積在槽底部的土碴淤泥。

清孔開始時(shí)間。在地連墻溝槽刷壁及挖除槽底沉渣之后進(jìn)行。清孔開始時(shí)，令起重機(jī)懸吊空氣升液器入槽，吊空氣升液器的吸泥管不能直接放到槽底底部，先在離槽底1 m～2 m處進(jìn)行試吸，防止吸泥管的吸入口陷進(jìn)土渣石塊堵塞吸泥管。然后吸泥管由淺入深，使空氣升液器的喇叭口在槽段全長(zhǎng)范圍內(nèi)離槽底0.5 m處前后左右移動(dòng)，吸除槽底部土碴淤泥，直至抽查泥漿濃度符合要求為止。

4 地連墻成槽施工的總結(jié)和反思

地連墻成槽施工過程中，由于巖石極其堅(jiān)硬，出現(xiàn)過卡鉆、偏斜、進(jìn)尺緩慢等異常情況，但是通過不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，采取針對(duì)性技術(shù)措施，加強(qiáng)組織管理調(diào)整作業(yè)方式，攻克了堅(jiān)硬巖石中成槽施工遇到的技術(shù)難關(guān)，最終，28幅地連墻順利完成施工。施工期間，通過對(duì)地連墻成槽施工質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。后期基坑開挖后，地連墻墻面平整，接縫嚴(yán)密（個(gè)別點(diǎn)有輕微滲水現(xiàn)象），豎直度符合要求，無侵界現(xiàn)象。地連墻成槽施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

經(jīng)過總結(jié)和反思，筆者認(rèn)為以下幾個(gè)問題值得借鑒參考。

（1）由于地層巖石非常堅(jiān)硬，成槽極其困難，對(duì)工期影響很大。本接收井地連墻施工計(jì)劃工期是4個(gè)月，盡管采取了各種技術(shù)措施及組織措施，最終因?yàn)榈剡B墻成槽施工造成工期滯后，實(shí)際工期用了7個(gè)月，其中一幅地連墻成槽耗時(shí)約1個(gè)月。

（2）成槽清孔尤其重要。由于成槽時(shí)泥漿濃度較大，懸浮大量小石子、泥土顆粒，如果第一次清孔不到位，那么鋼筋籠下放之后沉渣厚度很大，二次清孔難度就會(huì)放大。如果二次清孔不徹底，就會(huì)造成混凝土夾渣、導(dǎo)管堵塞、澆筑混凝土不順利等問題。

（3）旋挖鉆易損件使用周期短，更換頻率高，費(fèi)工耗時(shí)。旋挖鉆在堅(jiān)硬巖層中施工，截齒、牙輪等易損件磨損很快，要多配備件，并且要勤檢查勤更換，避免因鉆頭磨損嚴(yán)重造成進(jìn)尺緩慢、功效底下等情況。

（4）巖層內(nèi)成槽容易發(fā)生偏斜現(xiàn)象。由于地下巖面大部分曾斜坡狀，入巖成槽時(shí)槽孔很容易偏斜，所以在施工過程中要對(duì)槽孔垂直度進(jìn)行檢測(cè)。一旦發(fā)生偏孔，可采用高標(biāo)號(hào)素混凝土回填，然后重新鉆孔。