深基坑嵌岩地下连续墙工程1

结合广州地铁6号线盾构3标段深基坑嵌岩地下连续墙工程,对连续墙在岩石中的成槽方法进行比选。在综合考虑施工进度和成本的基础上,采用传统的冲桩机法施工。实践证明,该法在嵌岩

结合广州地铁6号线盾构3标段深基坑嵌岩地下连续墙工程,对连续墙在岩石中的成槽方法进行比选。在综合考虑施工进度和成本的基础上,采用传统的冲桩机法施工。实践证明,该法在嵌岩式地下连续墙施工中经济可行。介绍了广州地区复杂地质条件下深基坑连续墙施工的主要技术措施,并探讨了工程施工中的控制重点。【关键词】深基坑;嵌岩式;地下连续墙;冲桩机;双轮铣;施工技术

目前国内在软土层中施作地下连续墙的相关技术已经相当成熟,但是在硬地层如砾石或者岩石中,嵌岩式地下连续墙施工技术仍处于不断探索和完善阶段,在应用和经验方面的资料非常有限。为了适应城市化发展的要求,随着越来越多的地下空间的开发利用,将会有更多的地下连续墙,需要在嵌岩或更加困难的条件下施工。本文结合广州地铁6号线盾构3标段2个盾构始发井深基坑地下连续墙工程,对嵌岩连续墙开槽技术进行了方案比选,在此基础上重点分析了冲孔桩机法在本工程中的应用及相应施工技术措施。

1、工程概况

本工程2个盾构始发井位于广州市越秀区海珠广场西广场,单个长度14. 80m,结构外包平面尺寸为:16.80m×13.088m。始发井基坑围护结构采用地下连续墙+内支撑形式,地下连续墙厚1 000mm,周长60m,嵌固深度约39m,墙体采用C30混凝土。

1.1 周边环境及管线情况

施工地点位于广州市繁华老城区,在海珠广场西广场内,东侧为海珠桥引桥,西侧为侨光西路,南侧为沿江中路,北侧为一德路,道路相对狭窄,交通流量大。始发井施工场地周边重要设施主要有地铁二号线海珠广场站以及侨光西路西侧的艺景园玩具文具精品城。其中,艺景园玩具文具精品城与基坑距离约40m;地铁二号线海珠广场站的主体埋深约25m,距离竖井结构23m;其北侧风道埋深约15m,距离竖井17m。

现场地下管线有3条:220kV高压电缆、DN1000给水管以及电信光缆。3条管线均在现场南侧位置,距离竖井及盾构隧道结构较远(高压电缆与竖井结构最近距离约40m)。

1.2 工程地质条件

本盾构始发井段土、岩层从新到老主要有:①杂填土,局部素填土,稍湿~湿、欠压实~稍压实,松散~稍密,呈浅灰色,灰黄色等,平均厚度4. 33m;②-1B淤泥质土层,流塑~软塑状,以粘粒为主,高压缩性软土,渗透性较差,深灰、灰黑色,平均厚度7. 88m;③-1冲洪积砂层,以石英质粉细砂粒为主,局部夹少量中粗砂,灰色,饱和松散,级配不良,平均厚度2. 52m;⑦岩石强风化带,褐红色,棕红色,风化裂隙发育,岩体较破碎,岩芯呈半岩半土状或岩块状,岩质极软,失水碎裂,遇水易软化,平均厚度3.64m;⑧岩石中风化带,褐红、棕红色,泥质及钙质胶结,裂隙较发育,岩石稍破碎,岩芯扁柱~短柱状,岩质较软,失水易裂,浸水软化,平均厚度8.12m;⑨岩石微风化带,褐红、棕红色,块~厚层状构造,岩体较完整~完整,裂隙不发育,岩芯多呈短~长柱状,局部碎块状,较软岩,平均厚度未穿透。

1.3 水文地质条件

初见水位埋深0. 80~3. 70m,稳定水位埋深1. 00~4.50m。盾构始发井段以南约120m为珠江,施工场地范围内第四系砂层较发育,分布连续,场地地下水补给及排泄与珠江水有较好的水力联系。

本盾构始发井段主要含水层为第四系冲积粉细砂层③-1和中风化粉砂质泥岩⑧。③-1细砂层呈层状分布连续,属弱富水地层,中等透水性;中风化粉砂质泥岩⑧,岩体裂隙较发育或稍发育,岩芯较为破碎,属弱~中等富水地层,弱透水性。

2、嵌岩式地下连续墙成槽方法比选

嵌岩式地下连续墙成槽方法有:①双轮铣法施工液压双轮铣槽机作为专用的地下连续墙施工设备,以其成槽施工效率高(较之抓斗法高2~3倍)、孔形规则(墙体垂直度可控制在3‰以下)、安全环保、适应地层地质范围广等优点已在发达国家普遍采用。双轮铣设备的成槽原理是通过液压系统驱动下部两个轮轴转动,水平切削、破碎地层,采用反循环出渣。最大成槽深度可达150 m,一次成槽厚度在800~2 800mm。②冲孔桩机法施工冲桩法连续墙成槽是一种简单成熟的施工工艺,在国内广泛使用,其工作原理是用卷扬机带动冲

锤(3~4t)依靠重力对地层反复冲击,用反循环泥浆携渣,带出岩屑。③抓冲结合法施工是液压抓斗配合冲桩机共同作用进行成槽。该法充分考虑了液压抓斗在软弱地层中的优势和快速清基的作用。由于本工程施工场地狭小,抓斗和冲桩机两种机械交叉作业干扰较大,无足够的工作空间,不适用于本工程,故排除此种方法,仅就双轮铣法施工和冲孔桩机法施工进行比选。(责任编辑：admin)

2.1 施工进度对比本工程中连续墙深度39m,其中地面以下15m范围内为软土层, 15m以下为中风化、微风化泥质粉砂岩。根据地质详勘资料,岩石的强度较低,在8

2.1 施工进度对比

本工程中连续墙深度39m,其中地面以下15m范围内为软土层, 15m以下为中风化、微风化泥质粉砂岩。根据地质详勘资料,岩石的强度较低,在8 ~11MPa。采用双轮铣在这种地层中施工,成槽速度约为1幅/d,但是后续施工受钢筋笼加工速度的限制。本工程钢筋笼尺寸为38. 8m×5. 7m,加工成型的时间至少为4d,受现场场地制约只能同时加工2个钢筋笼,据此计算,采用双轮铣施工大约3d完成一幅连续墙施工。加上双轮铣及其配套设备进场组装的时间,完成所有连续墙施工大约需要70d。

根据以往施工经验,冲孔桩机在软土层中的进尺可以达到1m/h以上;同时,由于岩层较软,在该岩层中的进尺也可以达到25cm/h左右。采用2台桩机施工同一槽段,预计约22d完成一幅连续墙。加上设备进场及多台设备相互影响因素,如果采用12台桩机同时施工,完成全部连续墙施工大约需要85d。

2.2 施工成本比选

双轮铣成槽成本根据地层不同,约在1 000~1 500元/m3,是正常施工工艺的1. 5~2倍。其主要设备铣槽机结构复杂,全为进口设备,价值近2 000万一套,因此施工力量少,目前国内市场上只有7台铣槽机。冲桩法连续墙成槽的主要设备冲桩机结构简单,设备10多万一套,市场上有大量的施工力量。

综上所述,在本工程中尽管双轮铣成槽法具有很强的优势,但是由于其成本费用高,设备少,施工力量少,从施工成本和施工进度综合考虑,决定采用价格低廉的冲孔桩机法进行嵌岩地下连续墙成槽施工,通过增加桩机数量来弥补施工进度上的不足。

3、施工工艺

本工程地下连续墙每个竖井分为10个槽段,共设20个槽段。直线形槽段12个,长5. 7m; L形槽段8个,长5.694m。连续墙接头采用工字钢接头。

3.1 施工流程

本工程地下连续墙施工流程如下:测量放线→导墙施工→泥浆配制→冲桩机就位→连续墙成槽→清底、换浆→刷接头→吊放钢筋笼→浇注水下混凝土。

3.2 施工方法

3.2.1 设备

本工程配备1台挖掘机、12台冲孔桩机、1套泥浆制作设备、1套真空清孔设备、1台150t履带式起重机和1台50t汽车起重机。

3.2.2 导墙施工

槽段开挖前沿地下墙轴线两侧构筑导墙,以防地表土坍塌,保证成槽精度。导墙内净距1 050mm,比地下墙厚度多50mm。

3.2.3 泥浆制备

由于明挖段所处上部地层是淤泥、粉砂层等软弱地层,连续墙施工垂直度控制难度较大,且所处砂层对泥浆的质量影响十分不利,故在围护结构连续墙施工前,建立一套泥浆处理系统,通过管路连接地下连续墙的泥浆处理池,以便对泥浆进行筛分处理,确保泥浆质量。

1)泥浆选用本工程以优质粘土为主,加入适量膨润土作为泥浆制备材料,另外,采用pH值接近中性的自来水。

2)泥浆的生产及循环泥浆循环方式:挖槽时采用正循环,清槽时采用反循环。拌制新鲜泥浆采用1台卧式叶片搅拌机,叶片转速为300r/min,一次制浆需达1m3,拌制时间需8min完成,每班生产能力可达60m3。

3)泥浆使用及废浆处置泥浆由后台通过泵吸管路输送至成槽的槽段底部。随着成槽深度的增加,泥浆也源源不断地输入,直至成槽结束。对严重水泥污染及超密度不能再作处理的泥浆,用全封闭运浆车运到指定地点,保证城市环境清洁。

3.2.4 成槽施工

1)冲孔成槽

本工程连续墙成槽采用Φ1m冲锤的冲孔桩机,每个槽段配备2台桩机同时冲孔。一字形槽段分6个孔,采用“跳一孔”方法冲孔成槽,即每幅连续墙施工时,先冲1、5孔,后冲3、6孔,再冲2、4孔,如此反复冲孔直至设计槽底标高。L形槽段长5. 694m,分为7个孔,也采用“跳一孔”方法冲孔成槽,即每幅连续墙施工时,先冲1、5孔,后冲3、7孔,再冲2、4孔,最后冲6孔,如此反复冲孔直至设计槽底标高(见图1)。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。(责任编辑：admin)

一个槽段的所有孔都达到设计深度后,将冲桩机的圆冲锤换成1. 6m1m的方锤,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,利于钢筋笼下放。

一个槽段的所有孔都达到设计深度后,将冲桩机的圆冲锤换成1. 6m×1m的方锤,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,利于钢筋笼下放。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%。

2)接头处理

为提高接头处的抗渗及抗剪性能,对地下连续墙闭合幅段及连接幅段应进行接头处理,用外形与槽段端头吻合的接头刷,紧贴壁面凹面,上下反复刷动10次以上,刷除附在凹面上的泥皮,保证混凝土浇注后密实、不渗漏。

3)清底及换浆

采用置换法清底。清底采用Dg100空气升液器,由起重机悬吊入槽,空气压缩机输送压缩空气,以吸浆反循环法吸除沉积在槽底的土渣淤泥。清底开始时,起重机悬吊空气升液器入槽,吊放空气升液器的吸管时不能一下子放到槽底深度,先在离槽底1~2m处进行试吸,防止吸泥管的吸入口陷进土渣里堵塞吸泥管。清底时,吸泥管要由浅入深,使空气升液器的喇叭口在槽段全长范围内离槽底0. 5m处左右上下移动,吸除槽底土渣淤泥。钢筋笼入槽前,对槽底泥浆和沉淀物必须进行置换和消除,置换量必须不小于该槽段总体积的1/3或下部5m范围。

换浆是置换法清底作业的延续,当空气升液器在槽底部往复移动不再吸出土渣,实测槽底沉渣厚度小于10cm时,即可停止移动空气升液器,开始置换槽底部不符合质量要求的泥浆。清底换浆是否合格,以取样试验为准,当槽内每递增5m深度及槽底处各取样点的泥浆试验数据都符合规定指标后,清底换浆才算合格。清底换浆全过程中,要控制好吸浆量和补浆量的平衡,不能让泥浆溢出槽外或让浆面落到导墙顶面以30cm。

3.2.5 钢筋笼的制作和吊装

1)钢筋笼加工

为保证钢筋笼的几何尺寸和相对位置正确,本工程钢筋笼采用现场制作加工,平台上整体施焊的施工方法,并根据实测导墙标高来确定钢筋笼吊筋的长度,以保证结构和施工所需要的预埋件、插筋、保护铁块位置。钢筋笼上设置纵横向起吊桁架和吊点,使钢筋起吊时有足够的刚度,防止钢筋笼产生不可恢复的变形。对于拐角幅钢筋笼除设置纵横向起吊桁架和吊点外,另增设人字形桁架进行加强,以防钢筋笼在空中翻转时角度发生变化。

2)钢筋笼吊装

钢筋笼长度为38.8m,整体预制,一次吊装。采用150t履带式起重机和50t汽车起重机共同进行吊装方案。加工制作钢筋笼时,在钢筋笼底部和顶部区域各设置4个吊点,吊环采用Φ28光圆钢筋制作而成,吊环设置在钢筋笼桁架对应的竖向钢筋上。

吊装程序如下:钢筋笼翻身起吊→钢筋笼移位→钢筋笼整体入槽→吊点转换→重新将钢筋笼整体吊起约300mm,派专人将搁置在导墙面上的2根[14抽出,然后整体下放钢筋笼至设计标高。

3.2.6 地下连续墙水下混凝土浇注

混凝土采用导管法浇注,导管为Φ250mm快速接头钢导管,节长为2. 5m,最下一节长度为6m,导管下口距孔底10~15cm。随着混凝土面的上升,要适时提升和拆卸导管,导管底端埋入混凝土面以下一般保持在2~4m,严禁将导管提出混凝土面。导管提升时应避免碰撞挂住钢筋笼。灌注水下混凝土的隔水栓采用橡皮球胆。

4、施工控制重点

4.1 泥浆质量控制

泥浆的作用是护壁、携渣、冷却机具和切土润滑,泥浆质量的好坏直接影响到槽段的稳定和连续墙施工质量。本工程的质量控制指标如表1所示。

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成槽施工过程中,当处于上层软土中时,由于泥浆指标变化较大,要求4h测量1次泥浆的密度及砂率;进入岩层后,每天早晚各测1次。测出的泥浆参数不符合要求时

成槽施工过程中,当处于上层软土中时,由于泥浆指标变化较大,要求4h测量1次泥浆的密度及砂率;进入岩层后,每天早晚各测1次。测出的泥浆参数不符合要求时应及时调整,以保证既不坍孔又不会因浮力太大影响冲锤的冲击效果。

需要注意的是,由于第1次清孔、换浆在吊放钢筋笼之前,距浇注混凝土时间较长,泥浆密度需控制在1 200kg/m3上下,如果泥浆太稀,在下钢筋笼和灌注混凝土准备过程中容易坍孔;太稠又容易在钢筋笼和接头工字钢上形成泥皮,影响钢筋和混凝土的粘结力以及工字钢接头的止水效果。在钢筋笼吊放完成后,再利用准备灌注混凝土的时间进行二次换浆,使泥浆密度达到规范要求的1 150kg/m3以下,然后再灌注水下混凝土。

整个施工过程中的泥浆液面控制也是一个重点。必须保证泥浆液面不低于导墙面以下30cm,也不高于导墙面以下5cm。特别是在清渣、换浆以及钢筋笼下放过程中,需严密监视液面变化,及时引出或注入泥浆,保持液面稳定。液面低于导墙面以下50cm就极易造成坍孔,但是液面超过导墙又会导致溢出污染路面,影响文明施工。

4.2 冲孔过程施工控制

1)垂直度成孔垂直度采用在连续墙外侧设置基准线,用钢卷尺测量。根据冲孔进度,每进尺0. 5~1.0m测量1次。测量时,把冲锤下放到距孔底约10cm的位置,使桩机的钢丝绳拉紧,然后在孔口测量钢丝绳中心与基准线的距离,通过几何关系算出孔底偏差值。当偏差值超出规范要求时,需及时纠偏。纠偏时,将冲锤提到偏孔处上部,以修槽的方式来回拉动冲锤在偏孔范围内反复冲击,直至达到要求。如果偏差太大无法纠偏,则需按照坍孔处理方法回填后重新冲孔。

2)孔深考虑到沉渣的影响,连续墙的实际成槽深度要比设计槽底标高低5cm左右。根据导墙实际标高计算成槽深度,槽深采用标定好的测绳测量,在冲桩机钢丝绳上做好标记,此标记在离槽底2~3m处,在到达该范围时,用测绳测深,防止超挖和少挖,每槽段根据宽度测2~3点,做最后深度确定,测绳垂直放下,测完一点后,须提出液面后再测量一点,避免测绳在浆液中斜走而测出斜距,影响正确读数值。

3)平整度由于冲锤为圆形,所以冲完后两孔相交位置会存在突起,需要用方锤进行修孔,使槽壁平整,以保证钢筋笼能顺利下放到设计标高。方锤的尺寸为1.6m×1.0m,重量2. 5~3t,用卷扬机带动,在孔内反复

上下拉动,从上往下分层修槽,直至槽底。一段修完后,测量本段的槽壁平整度,合格后移机到下一段继续修槽,同一幅槽内两段之间至少重合40~50cm。槽壁平整度检查方法为:一段修孔完成后,将方锤下放到槽底,然后缓慢向上提起,每次提升50cm,然后测量钢丝绳中心与孔口基准线的距离,不超过规定值即为合格。每次提升高度根据方锤高度确定(本工程方锤高度约60cm)。

4)坍孔处理冲孔施工中应注意避免坍孔事故的发生,一旦出现应立即将粘土(软土层中)或片石(岩层中)回填到坍孔位置以上1~2 m,并待其沉积密实后再重新冲孔。

5)清渣冲孔过程中要注意及时清渣,因为冲出的碎石沉积在槽底,冲锤冲击在碎石上而无法直接冲击岩石,会严重影响冲孔进度。沉渣淤积严重时甚至会使进度停止。

4.3 钢筋笼吊装控制

钢筋笼吊点布置和起吊方式要防止起吊时引起钢筋笼变形,需经过认真计算后慎重确定。起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖引,以防造成下端钢筋弯曲变形。为防止钢筋笼吊起后在空中摆动,应在钢筋笼下端系上拽引绳以人力操纵。插入钢筋笼时,最重要的是使钢筋笼对准槽段中心,垂直而又准确地插入槽内。钢筋笼进入槽内时,吊点中心必须对准槽段中心,然后徐徐下降,此时必须注意不要因起重臂摆动或其他影响而使钢筋笼产生横向摆动,造成槽壁坍塌。

如果遇到钢筋笼中途不能下放的情况,必须将钢筋笼吊出,查明原因,对钢筋笼或槽壁进行修整后再重新下放,严禁用起重机吊着钢筋笼上下反复冲击式下放。

4.4 混凝土浇注控制

清孔或置换泥浆符合要求后,应在4h内将钢筋笼吊下,连续墙浇注必须在钢筋笼吊装完毕后4h内进行。故应注意置换泥浆时间与混凝土灌注时间的匹配性。

开始灌注前,要根据槽宽计算好导管上方料斗内的混凝土量,保证隔水栓打开后混凝土能一次灌注到导管底端以上50cm。浇注过程中,必须保持导管的埋管深度2~4m,不得大于6m,并不得小于2m,严禁将导管底端提出混凝土面。(责任编辑：admin)

浇注过程中,设置专人每30min测量1次导管埋深及管外混凝土面高度,每2h测量1次导管内混凝土面高度。浇注混凝土上升速度要求均匀,不要过快,也不应小于2

浇注过程中,设置专人每30min测量1次导管埋深及管外混凝土面高度,每2h测量1次导管内混凝土面高度。浇注混凝土上升速度要求均匀,不要过快,也不应小于2m/h,混凝土应连续灌注不得中断,间歇时间任何情况下不得超过30min。

地下连续墙应超灌到冠梁底以上50cm处,尤其要注意保证每幅槽段两端头的超灌高度。

灌注水下混凝土时,若发现导管漏水、堵塞或混凝土内混入泥浆,应立即停灌进行处理,并做好记录。

4.5 接头处理

本工程基坑紧邻珠江,地下水丰富,并且基坑埋深大,地下水压力大,地下连续墙能否有效止水是工程成败的关键。而连续墙接头的止水效果直接决定连续墙抗渗性。

本工程地下连续墙采用工字钢接头施工,如图2所示。

先施工槽段钢筋笼,两端加焊钢板形成工字钢形式;后施工槽段的钢筋笼两端嵌入工字钢内,钢板厚10mm。保证工字钢与钢筋的焊接牢固可靠,钢板保证平直,不能挠角。工字钢靠近后冲槽段部分,预埋200mm厚泡沫塑料板,防止先浇槽段的混凝土绕过工字钢,渗流到工字钢背侧并紧贴住工字钢,使后浇槽段的混凝土不能很好地与工字钢连接,从而影响整体性及防渗效果。泡沫板通过压条与工字钢绑扎牢固紧密,能

保证钢筋笼下槽时不浮起,如有泡沫浮起时,应吊起钢筋笼,重新绑扎泡沫板。先施工槽段的钢筋笼安放后,在后施工槽段的工字钢接头旁边,紧贴工字钢接头回填粘土包,一直填至地面。需要注意的是,随着连续墙深度的增加,泡沫板所受的浮力会大大增加,必须采取切实可行的措施对泡沫板进行加固,确保钢筋笼能顺利下放到设计位置。

后浇槽段开孔时,圆锤贴近工字钢腹板下落,保证把先前预埋的泡沫板冲干净。修孔时,采用特殊带钢丝刷的方锤冲刷接头,确保接头不夹泥。

5、结语

本工程完成全部地下连续墙施工用了91d,完成后经超声波检测墙体混凝土质量达到1级;基坑开挖后,墙体平整度情况良好,没有出现大的接头渗漏等现象,预埋件位置准确,施工质量优良,各项监测结果均在允许范围内,确保了后续工序的施工。通过本连续墙施工,得出如下结论。

1)传统的冲桩法在深基坑嵌岩连续墙成槽施工中完全可行,并取得了良好的效果,与双轮铣法施工相比,大大节约了施工成本。

2)合理可靠的施工技术方案,精心的施工组织,对可能出现的问题采取的质量控制和预防措施,是确保工程施工安全、顺利进行的关键。

参考文献:

[1] 韩艳桃.双轮铣成槽机技术初探[J].山西建筑, 2007, 33(2):339-341.

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