地下连续墙旋-冲结合成槽法在广州城区的应用研究

胡小冲

（广东省基础工程集团有限公司 广州510620）

0 引言

随着城市建设的深入，大中型城市的土地逐渐变成了稀缺资源［1］。为了使土地物尽其用，地面上的建筑物竞相比高，地下空间也向着“深、大、广”的方向不断发展。地下连续墙因其刚度大、止水承重效果好，被越来越多地运用到各类工程的深基坑支护中，如：武汉市绿地中心57.3 m 地下连续墙［2］、宁波轨道交通儿童公园站77 m 地下连续墙［3］、上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程试验段150 m 地下连续墙［4］等。目前在广州城区土层地下连续墙成槽工艺已很成熟，但是对于岩层地下连续墙的成槽都在探索不同的方法。本文以某综合楼项目为依托进行了旋-冲结合成槽法的应用研究，积累了一些经验，以期为后续类似项目提供经验和借鉴。

1 工程概况

某综合楼项目位于广州市荔湾区流花路，拟建综合楼设地上13 层、地下3 层，项目周边为20 世纪中期的危旧居民楼和办公楼。本项目基坑周长约380 m，面积约6 556 m2，开挖深度约17 m，采用800 mm 地下连续墙作为围护结构，外加2道钢筋混凝土内支撑，如图1所示。连续墙槽段共划分为66幅，墙身深约20 m，墙身外侧最近处离周边建筑物净距不到5 m。

图1 基坑平面布置Fig.1 Foundation Pit Plane

2 地质水文条件

根据地质资料，场地自上而下地层分布情况如下：①层杂填土、②1层淤泥、②2层粉质粘土、②3层粉砂、②4层中砂、③层粉质粘土、④1层强风化泥质粉砂岩、④2层中风化泥质粉砂岩、④3层中风化砾岩。其中岩层较高，地面下10 m 进入岩层，强风化泥质粉砂岩天然单轴抗压强度最大值为7.1 MPa，中风化泥质粉砂岩天然单轴抗压强度最大值为23.3 MPa，中风化砾岩天然单轴抗压强度最大值为34.6 MPa。场地地下水埋深1.7～2.8 m，补给源主要为大气降水，排泄方式主要为蒸发。

3 连续墙成槽工艺的选取研究

3.1 珠三角地区常见的地下连续墙成槽法分析

珠三角地区常见的连续墙成槽法主要有以下几种：⑴全冲成槽，此法应用最早、适用范围最广，加上施工机械相对简单且成本低，被普遍应用于地下连续墙成槽施工，但其缺点也比较明显，工效低、噪音大、震动大。⑵抓-冲联合成槽，此法适用于全土层或岩面深且岩层强度不高的地下连续墙。先用冲桩机完成导向孔，然后用抓斗一抓到底，局部抓斗无法施工的部位采用冲桩机成槽。由于珠三角软弱地质普遍，此法在该类地质条件下工效高且成本适中，应用也非常普遍，如：广州地铁3 号线赤岗塔站［5］、深圳地铁1 号线国贸站［6］、港珠澳大桥珠海连接段拱北口岸曲线顶管接收井［7］、佛山某地产项目［8］。⑶铣槽机成槽，此种法成槽工效最高、震动小、噪音低，但成本较其他工艺高很多，适用于场地条件好、工期非常紧、入岩深、其他成槽工艺不满足施工需要的项目，一般情况不予采用，如：广州地铁21号线花城路站［9］、广州地铁18号线番禺广场站［10］、深圳地铁2号线仙湖路站［11］等。

3.2 地下连续墙成槽法的选取

某综合楼项目连续墙槽段深20 m，平均入岩约10 m，中风化岩样强度为25～35 MPa；同时施工场地狭窄，支护结构外侧距施工围墙普遍在5 m 以内。因地下连续墙入岩深、岩层强度高且施工场地受限，综合考虑成本因素，前期选取了全冲成槽法。

3.3 全冲成槽法的施工效果

本项目地处中心城区，周边居民生活区和办公区密集，不能24 h 不间断施工，每天的作业时间有限（07∶00-12∶00、13∶30-22∶00）。第一幅施工的连续墙为Q44，该槽段9月23日开始成孔，采用2台冲桩机对冲成槽法施工。每台冲桩机成1个孔需4 d时间，接头导向孔加主副孔共11个孔，加上过程中修锤的停机时间及修槽清孔等工序，于10月17日完成混凝土浇注，共计25 d。可见，全冲成槽法施工时间过长且由此引起的震动和噪音对周边居民生活和办公的影响较大。

4 旋-冲结合成槽法研究

4.1 研究对象

鉴于珠三角地区常见的连续墙成槽方法已无法满足工期的需要，为解决或缓和存在的矛盾，结合场地条件、成本、工期等各方面因素，决定采用旋挖机与冲桩机联合成槽法，简称“旋-冲结合成槽法”。同时为验证研究成果的有效性，选取了与Q44 相同地质条件下相邻的一期槽段Q42 为旋-冲结合成槽法的研究对象。

4.2 制定工艺流程

结合Q44成槽过程中的施工经验，针对性制定了旋-冲结合成槽的地下连续墙施工工艺流程，如图2所示。

图2 旋-冲结合成槽法地下连续墙施工工艺流程Fig.2 Engineering Flow Sheet of Rotary Excavatorimpact Pile Driver for Diaphragm Wall

4.3 成槽方法的研究

对于一期槽段，用旋挖机施工2个接头导向孔（见图3a），然后旋挖机施工4 个主孔（见图3b），冲桩机施工5 个副孔（见图3c），最后采用方锤修槽（见图3d）；副槽段采用旋挖机成3 个主孔（见图4a），冲桩机成4个副孔（见图4b），最后采用方锤修槽（见图4c）。

图3 一期槽段成槽示意图Fig.3 Diagrammatic Sketch of the 1st Stage Trough Section Grooving

4.4 成槽效果对比

4.4.1 工期对比

Q42 槽段10 月31 日开孔，旋挖机日均成孔2～3个，冲桩机功效不变，加上修槽、清孔、浇注混凝土等工序，于11 月11 日完成，共12 d。由此可见，旋-冲结合成槽法大大提高了施工功效，工期较全冲成槽法缩短了13d ，效果明显。旋-冲结合成槽法现场施工情况如图5所示。

图4 二期槽段成槽示意图Fig.4 Diagrammatic Sketch of the 2st Stage Trough Section Grooving

图5 旋-冲结合地下连续墙成槽工艺实施Fig.5 Combined Trenching Method of Rotary Excava⁃tor-impact Pile Driver for Diaphragm Wall

4.4.2 成本对比成槽完成后，对Q44与Q42两幅方量相同的地下连续墙进行了间接成本和直接成本的对比（成槽方量96 m3，以施工当时的实际成本数据为计算依据），结果如表1、表2所示。

由表1、表2 可知，旋-冲结合成槽法较全冲成槽法的直接成本高，但其施工效率的提高和工期的缩短所带来设备租赁费用、管理人员及辅工工资、办公费用等其他间接成本的节约远大于直接成本的增加。

4.5 旋-冲联合成槽质量控制要点

4.5.1 垂直度控制

垂直度控制是旋-冲成槽法成败的关键，若垂直度控制不善，将导致方锤修槽时卡锤、钢筋笼无法顺利下放、增加扩孔系数且在土方开挖后增加凿壁整平工作量等问题。本项目选用具有电子监控调节钻杆的功能的BG25旋挖机，在钻进过程中随时监控、随时调整，同时安排专职人员跟进测量钻杆与导墙的相对位置，每进尺1 m 测量1 次，两者结合确保成孔过程中的垂直度。

表1 Q42与Q44成槽间接成本对比Tab.1 Comparison of Indirect Costs for Trenching between Q42 and Q44

表2 Q42与Q44成槽直接成本对比Tab.2 Comparison of Direct Costs for Trenching between Q42 and Q44

4.5.2 钻进

旋挖机常用的钻具有钻斗和筒钻，本项目根据地质条件选用的是单底钻斗（FBB-I∕FBB-II）和风化岩筒钻（CB-I）［12］，如图6 所示。在旋挖机成孔过程中根据岩样情况及时更换钻具，保证钻进速度。另外，旋挖机钻具提升时，泥浆液面会下降，泥浆会顺着孔壁与钻具外表面之间流动，若流动速度过大会对孔壁造成冲刷，容易引起塌孔［13］。所以必须根据钻具施工所处的地层情况控制钻杆的提升速度。当成槽地层由硬变软时，要适当放慢钻进速度和提升速度；由软变硬时，可适当加快钻进速度和提升速度。在塑性的地层中，要适当加大泥浆比重，防止缩径。当钻孔倾斜时，要校正钻杆垂直度反复钻进，如无效果则可往孔内回填风化岩块至偏孔处以上0.5～1.0 m 的位置，再重新钻进；若成槽过程中出现塌孔，应立即停止施工并回填优质粘土，待稳定后再重新钻进。

图6 土层钻斗及风化岩筒钻Fig.6 Soil Drill Bucket and Rock Drill Bucket

4.5.3 泥浆性能指标

泥浆在成槽过程中的主要作用是防止土体坍塌、浮渣、冷却及润滑钻头［14］。造浆可选用膨润土或优质粘土，本项目粘土质量较好，采用原土造浆。在成槽过程中，泥浆比重应控制在1.2～1.4 之间、粘度控制在25～30 s、含砂率应少于12%。在浇灌混凝土之前应对泥浆的各项性能指标进行检测，将泥浆比重控制在1.2以内、粘度控制在22～28 s、含砂率应少于3%，确保槽壁安全及孔底沉渣满足规范要求。

4.5.4 补浆

在旋挖机成孔过程中，随着进尺的不断加深，泥浆液面会随之下降，为防止塌孔需及时补浆。特别是在地质条件较差的土层中成孔时，应根据孔内泥浆液面高度控制旋挖机钻进速度。补充的浆可直接采用相邻槽段比重较大的循环泥浆或直接抽泥浆池中泥浆。在确保成槽安全的同时，也节约了水资源，减少泥浆量的产生。

5 结语

目前在广州城区地下室的开发越来越普遍且层数越来越多，基坑采用连续墙支护的项目也越来越多。本项目类似地质在广州城区分布广泛，针对岩层和土层比例接近甚至超过1∶1、岩层强度在30 MPa 以上的地下连续墙，采用“主孔旋、副孔冲、方锤修”的旋-冲结合成槽法，其功效较全冲成槽法提高近1 倍，既节约成本又节省工期，同时还可减少施工震动、噪音及废弃泥浆的排放量，一定程度上也起到了保护环境的作用，应用前景广阔。