特殊地質(zhì)條件下地連墻成槽工藝

李 健，熊辛洋，楊尤朝，張 燾，戴 營

（中建三局集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

地下連續(xù)墻能適用于多種地質(zhì)情況、兼做臨時(shí)設(shè)施和永久的地下主體結(jié)構(gòu)，對(duì)臨近建筑物和地下管線影響較小，滿足本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)需求。本文結(jié)合場(chǎng)地基巖風(fēng)化不均勻，局部區(qū)段存在多層球狀風(fēng)化體（孤石），且厚度較大（0.50～15.00 m），以及強(qiáng)風(fēng)化巖存在中風(fēng)化夾層，軟硬相間，中、微風(fēng)化巖面起伏較大的地質(zhì)，解決特殊地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻成槽施工工藝問題，提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度［1］。

1 工程概況

1.1 基本概況

華富村東、西區(qū)舊住宅區(qū)改造項(xiàng)目 II 標(biāo)段。地上設(shè)有 5 棟塔樓及附屬裙樓。其中 T1 塔樓地上 65 層，結(jié)構(gòu)上部總高度 307.85 m（出屋面設(shè)有 50.15 m高塔冠）；附屬裙房地上 4 層，結(jié)構(gòu)高度 21.93 m；地下 4 層，地下室埋深 21.7 m，如圖 1 所示。

圖1 項(xiàng)目概況圖

1.2 地連墻概況

本基坑 MABCDE 段采用地下連續(xù)墻，墻厚 1.2 m，共 80 幅；典型幅寬為 4 m、6 m，地下連續(xù)墻總長約為 352 m，分為 D 1～D 13 型 13 種槽段形式。墻有效深度 26.50～31.65 m，主筋采用直徑 28 mm 三級(jí)鋼，水平筋采用直徑 20 mm 三級(jí)鋼，加強(qiáng)桁架鋼筋采用直徑 25 mm 三級(jí)鋼；地連墻混凝土等級(jí)為 C 30，鋼筋保護(hù)層厚度為：迎土面 70 mm，迎坑面 50 mm，如圖 2 所示。

圖2 地連墻平面布置示意圖（單位：mm）

地連墻成槽質(zhì)量要求如表 1 所示。

表1 地下連續(xù)墻成槽要求

1.3 特殊地質(zhì)概況

特殊地質(zhì)條件包括：①經(jīng)歷的地層多且?guī)r層厚，如經(jīng)雜填土 0.8 m，砂質(zhì)黏性土 18.7 m，全風(fēng)化花崗巖 4.9 m，強(qiáng)風(fēng)化土狀花崗巖 5.8 m，強(qiáng)風(fēng)化塊狀 19.1 m，中風(fēng)化花崗巖 11.4 m，微風(fēng)化花崗巖 1.27 m；②要求嵌入中～微風(fēng)化花崗巖，巖石強(qiáng)度高；③風(fēng)化球（孤石）較多且厚，形狀不規(guī)則，硬度較大；④巖面起伏較大。

2 施工特點(diǎn)

通過本項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，依據(jù)以下技術(shù)手段，使得特殊地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻入巖成孔效率得到顯著提高。

1）普通土層快速成槽。通過選用合適高功率的旋挖機(jī)設(shè)備，在無巖的地質(zhì)下達(dá)到嵌固深度，地下連續(xù)墻快速成槽。

2）合適選用新鉆頭的旋挖機(jī)解決入巖問題。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，地連墻需達(dá)到入巖要求，通過選用合適型號(hào)的新鉆頭旋挖機(jī)設(shè)備，成槽過程中減少機(jī)械故障而導(dǎo)致的卡鉆等問題，快速入巖。

3）合理搭配施工設(shè)備解決成槽過程中遇風(fēng)化球的難題。旋挖機(jī)鉆進(jìn)巖層后，遇到風(fēng)化球孤石，采用沖擊錘沖擊后進(jìn)行旋挖，解決地下連續(xù)墻巖層復(fù)雜、巖石強(qiáng)度高不易鉆進(jìn)的難題，提高成孔效率。

4）通過機(jī)械設(shè)備的輔助功能解決成槽垂直度的問題。旋挖機(jī)自帶的垂直度控制系統(tǒng)及控制沖擊錘的吊繩與導(dǎo)墻邊的固定距離，可解決地質(zhì)巖面起伏大，垂直度難以控制的問題。

3 工藝原理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高程記錄點(diǎn)，放出地下連續(xù)墻中心線，澆筑鋼筋混凝土導(dǎo)墻及施工便道，采用合適的成槽機(jī)進(jìn)行地連墻成槽施工。按照地下連續(xù)墻的長度，利用分段鉆進(jìn)技術(shù)，鉆進(jìn)過程中遇軟硬巖層時(shí)，根據(jù)巖層強(qiáng)度及時(shí)調(diào)整垂直向下的加壓力，頻繁均勻施壓，及時(shí)修正確保成孔垂直度。地下連續(xù)墻成槽施工如遇斜巖面，采取回灌混凝土，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度再繼續(xù)鉆；如遇孤石，采取沖樁機(jī)破碎后，再采用旋挖機(jī)繼續(xù)鉆。施工時(shí)采用“抓沖結(jié)合”的方法（即先用成槽機(jī)對(duì)土層進(jìn)行“抓土”，再用旋挖機(jī)及沖樁機(jī)進(jìn)行“沖擊”修孔），成槽后進(jìn)行成槽鑒定，滿足地勘單位及設(shè)計(jì)單位的要求后進(jìn)行終孔驗(yàn)收。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

測(cè)量放線→導(dǎo)墻施工→泥漿護(hù)壁制備→成槽施工→成槽鑒定，工藝流程如圖 3 所示。

圖3 施工工藝流程圖

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)業(yè)主提供的平面控制點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)高程記錄點(diǎn)，作為基點(diǎn)，將其引入現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行固定保留，以防后期閉合校驗(yàn)。對(duì)于控制點(diǎn)，經(jīng)各方復(fù)核無誤后方可投入使用。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)控制軸線，再通過 J2 經(jīng)緯儀放出地下連續(xù)墻中心線，地下連續(xù)墻中心線的垂直度偏差＜1/300。

4.2.2 導(dǎo)墻施工

地下連續(xù)墻的前期工作也很重要，特別是導(dǎo)墻施工，必須在地下連續(xù)墻成槽前澆筑。如果前期導(dǎo)墻澆筑的質(zhì)量差，那么將會(huì)直接影響到地連墻的標(biāo)高和軸線。導(dǎo)墻具有以下幾個(gè)作用，一是擋土作用，二是作為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，三是作為重物的支承，四是存續(xù)泥漿，防止泥漿漏失。地連墻導(dǎo)墻有很多形式，比如整體L字形式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)墻高 1 300 mm，采用C20 混凝土，導(dǎo)墻施工如圖 4 所示。

圖4 導(dǎo)墻施工圖

4.2.3 護(hù)壁泥漿制備

地連墻施工的每一步都很重要，泥漿制備也是如此，泥漿制作的工藝、順序等都有很大講究，不同的泥漿成分占比也不一樣。泥漿一般采用高速回轉(zhuǎn)式泥漿攪拌機(jī)制備，對(duì)于不同型號(hào)的攪拌機(jī)，單位時(shí)間拌制的泥漿量不一樣。在制作過程中，應(yīng)該考慮投料、攪拌、放漿等占用時(shí)間。泥漿的制備有一定的順序，依次是水、膨潤土、CMC、分散劑、其他外加劑，按照此順序加入攪拌機(jī)。在將以上物料攪拌約 7 min 后，可以開始放漿。注意事項(xiàng)：由于 CMC 是難溶物，所以在制作開始前將 CMC 溶解成 1 %～3 % 的溶液，然后再摻入到攪拌機(jī)里攪拌，泥漿制備如圖 5 所示。

圖5 泥漿制備圖

4.2.4 成槽施工

經(jīng)過對(duì)該工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行分析后，再結(jié)合之前的施工經(jīng)驗(yàn)和工法，認(rèn)為該結(jié)構(gòu)符合采用“抓沖結(jié)合”的標(biāo)準(zhǔn)。即先用成槽機(jī)對(duì)土層進(jìn)行“抓土”，再用旋挖機(jī)及沖樁機(jī)進(jìn)行“沖擊”修孔和清孔，遇到較硬孤石則采用沖擊錘沖擊破碎后再旋挖，如圖 6 所示。

圖6 旋挖機(jī)、沖樁機(jī)配合施工成孔圖

抓槽時(shí)機(jī)械履帶應(yīng)與槽段平行，抓斗每抓一次，應(yīng)根據(jù)垂線觀察抓斗的垂直度及位置情況，使抓斗與槽段中心一致，然后下斗直到土面，對(duì)于土質(zhì)比較硬的情況，則應(yīng)該先提起抓斗約 80 cm，對(duì)土數(shù)次沖擊后再進(jìn)行抓土，起斗時(shí)應(yīng)緩慢，不能著急，同時(shí)需要注意，在抓斗出泥面時(shí)應(yīng)及時(shí)加灌泥漿，其目的是保證一定液面，如圖 7 所示。

圖7 成槽機(jī)施工示意圖

5 質(zhì)量控制

4.2.5 成槽鑒定

成槽施工完成后，通知監(jiān)理單位對(duì)成槽工藝進(jìn)行驗(yàn)收鑒定，確保滿足地勘單位及設(shè)計(jì)單位的要求后進(jìn)行終孔驗(yàn)收，如圖 8 所示。

圖8 成槽鑒定驗(yàn)收示意圖

4.3 材料與設(shè)備

使用機(jī)具如表 2 所示。勞動(dòng)力投入計(jì)劃如表 3 所示。

表2 使用機(jī)具

表3 勞動(dòng)力投入計(jì)劃

本項(xiàng)目遵循 GB 50202-2018《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、JGJ 18-2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》、JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范對(duì)施工過程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制［2-5］。

5.1 槽壁穩(wěn)定性控制及針對(duì)性措施

根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，在成槽階段時(shí)應(yīng)有效控制地下水頭，保證槽段內(nèi)泥漿液面比地下水位高出 1.5 m 左右。對(duì)于本工程，由施工圖紙可知，在導(dǎo)墻制作階段，要求導(dǎo)墻頂面高于地下水位 1.5 m，如果導(dǎo)墻有局部高差不足時(shí)，就可以采取一些措施來彌補(bǔ)，比如增大泥漿比重或者降水。對(duì)于在成槽施工過程中泥漿含砂率比較大即含砂率＞8 % 時(shí)或槽內(nèi)泥漿回收時(shí)的情況，只需要用泥漿分離設(shè)備進(jìn)行砂粒分離即可。

5.2 槽壁垂直度的控制

在施工過程中，需要采用雙向控制的方法來控制槽壁垂直。雙向控制法就是：一方面用成槽機(jī)的垂直度顯示儀和自動(dòng)糾偏裝置來控制成槽過程中的槽壁垂直度，另一方面采用經(jīng)緯儀和全站儀對(duì)成槽機(jī)進(jìn)行垂直度監(jiān)控，確保垂直度控制在 1/300 以內(nèi)。

5.3 成槽施工保證措施

①卡斗的預(yù)防措施?？ǘ返脑蛴泻芏啵瞧渲饕蛟谟谏喜靠s頸從而導(dǎo)致槽段寬度變小，所以卡斗的預(yù)防措施就是控制好泥漿。②埋斗的預(yù)防措施。埋斗的原因有很多，但是其主要原因是槽段塌方土將抓斗埋住，所以埋斗的預(yù)防措施就是控制好槽壁的穩(wěn)定性。如果施工過程中出現(xiàn)埋斗現(xiàn)象，需要立即置換槽段內(nèi)泥漿，將其泥漿比重調(diào)至 1.2 g/cm3以上，黏度調(diào)到 30 s 以上，防止槽段的再次塌方，然后利用高壓水（泥漿）槍沖散上部塌方土體，再利用氣舉反循環(huán)將散土吸出，最后利用吊車將抓斗提出［4］。③掉斗的預(yù)防措施。掉斗的原因有很多，成槽機(jī)掉斗的主要原因有以下兩點(diǎn)：一是鋼絲繩突然斷裂，二是埋斗后處理不當(dāng)造成抓斗掉入槽中，所以掉斗的預(yù)防措施就是在成槽機(jī)工作前要仔細(xì)檢查鋼絲繩，并且按時(shí)間和工作量定時(shí)更換鋼絲繩。

6 效益分析

為了解決特殊地質(zhì)條件下地連墻成槽施工的問題，華富村東、西區(qū)舊改造項(xiàng)目地基基礎(chǔ)工程 Ⅱ 標(biāo)段采用地下連續(xù)墻成槽施工方法，成槽效率得到顯著提高。經(jīng)過該施工方法的應(yīng)用，每幅墻成槽節(jié)約工期 1 d，整個(gè)地連墻工程共節(jié)約工期 1×40=40 d，減少旋挖機(jī)、成槽機(jī)、沖樁機(jī)和人工成本投入，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，一臺(tái)徐工 360 租賃費(fèi)用約為 1.0 萬元/d，一臺(tái)成槽機(jī) SG-70 租賃費(fèi)用約為 0.83 萬元/d，一臺(tái)沖樁機(jī) JK6（1726248）租賃費(fèi)用約為 0.02 萬元/d，人工費(fèi)用 1.2 萬元/d，共節(jié)約（1+0.83＋0.02+1.2）×40=122 萬元，地下連續(xù)墻成槽施工安全性及施工質(zhì)量，得到監(jiān)理、業(yè)主的一致認(rèn)可。

7 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑施工中也不斷采用新方法、新手段。對(duì)于特殊地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻成槽施工，現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)需要收集有關(guān)地質(zhì)資料，在施工過程中不斷積累和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)。其次，對(duì)于施工工藝流程，還需要嚴(yán)格把握，嚴(yán)格遵守和執(zhí)行設(shè)計(jì)圖紙及操作規(guī)范，從施工的每一個(gè)工序控制施工質(zhì)量，解決施工問題，預(yù)防施工事故。Q