基坑围护结构地下连续墙遇微风化岩施工技术研究及应用

马 丁 （中电建路桥集团有限公司，北京 100048）

花岗岩岩层作为一种特殊地质岩性，由于其强度较高给地下连续墙成槽施工带来诸多困难，引发开挖困难、基底隆起、沉降过大等风险和难题，给现场施工带来不小的困惑。当地下连续墙设计位置穿越较厚的中风化岩层时，嵌入位置处于微风化或中风化花岗岩岩层，传统施工做法通常是采用协同不同岩性的岩石强度。即提起冲击设备，往已经形成的冲击孔中回填与强度较高岩性强度基本相同的岩石，以补强度较弱岩性岩石面的物理强度，使两种或多种强度不同的岩性表面强度基本形同，其回填面高度略高于现有强度较高岩面，最终效果为两种或多种岩层其表面受压强度基本达到同一界限，重新进行冲击成孔施工，以保证成孔质量，防止偏孔。但该种施工工艺，工序繁杂、工效较低，在高密度城市建成区无法适用。因此，在保证地连墙施工质量的前提，如何加快施工进度，对于地下连续墙施工技术提出了更高的要求。

1 工程简介

深圳地铁某车站土建施工中采用明挖法施工，主体围护结构采用800mm厚地下连续墙围护，由于该车站所处地层岩性变化较大，广泛存在上软下硬的地层，且局部进入微风化花岗岩，对地下连续墙施工有较大影响，传统的采用冲击钻冲击成孔的施工方法，难以满足现场工期需要。现场施工中创新的采用了预制钢套筒导向嵌岩系统，针对中、微风化岩石采用分割施工面减小钻头与岩石接触面的方式，先行破碎不同强度的岩石，保证了施工成孔功效，解决传统施工空洞偏斜、塌孔的技术难题。

2 预制钢套筒导向嵌岩系统施工工艺

2.1 工艺原理

在地质情况变化较大的地区，尤其是在斜向岩面地层情况下，地下连续墙采用冲击成孔施工，易导致孔洞偏斜，垂直度较差，严重影响成孔率，制约成孔周期，从而造成整体工期的延误，经济损失和工期损失较大。传统施工做法通常是采用协同不同强度岩性的岩石强度，即提起冲击设备，往已经形成的冲击孔中回填与强度较高岩性强度基本相同的岩石，以补强度较弱岩性岩石面的物理强度，使两种或多种强度不同的岩性表面强度基本形同，最终效果为两种或多种岩层其表面受压强度基本达到同一界限，以保证成孔质量，防止偏孔；其回填面高度略高于现有强度较高岩面，重新进行冲击成孔施工。本文所研究的预制钢套筒导向嵌岩系统则不是协同各类岩性不同岩石强度，而是采用分割施工面减小钻头与岩石接触面的方式先行破碎不同强度的岩石，再结合冲击钻机等设备进行钻孔，以减轻冲击钻设备冲击锤头的工作强度，达到加快施工进度和节约成本的目的。

2.2 技术参数

①车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙，基本墙幅宽度为4.0m、5.0m及6.0m。地下连续墙嵌入全风化、强风化岩层的深度不小于6.5m；地下连续墙嵌入中风化岩层的深度大于3m；嵌入微风化岩层的深度大于1.5m。

②采用CM358A型潜孔钻，钻杆直径76mm，钻头直径138mm。

③钢套筒采用外径152mm，壁厚6mm钢套筒管，标准长度为8.944m。

④选取三块800mm×700mm×2cm厚限位钢板，放置于钢套筒的上、中、下三个部位，下部和中部的限位钢板与钢套筒焊牢，上部临时焊接。钢围檩采用400mm×800mm型钢，钢管内撑规格为Φ630m×16mm的无缝钢管。

2.3 施工工艺流程

地质补勘→现浇导墙→成槽施工→加工预制钢套筒导向嵌岩系统→预制钢套筒导向嵌岩系统就位→嵌岩钻机就位→嵌岩钻机钻进→成孔→移除预制钢套筒导向嵌岩系统→冲击钻机就位→冲击钻机钻进→地下连续墙成孔→清槽。

2.4 预制钢套筒导向嵌岩系统施工工艺

2.4.1 钢套筒选材及孔位布置

①钻孔直径及钻孔数量的选择。在岩层特性相同的条件下，钻孔直径越大对岩层整体结构破坏越强，但是钻孔效率降低；钻孔直径越小，对岩层整体结构破坏越小，但钻孔效率高。如何让钻孔直径和钻孔数量成反比的情况下，结合岩层的强度使机械使用达到最优的施工效果，是选择钻孔参数的关键。我们在施工过程中，选择直径138mm钻头。结合现场施工围岩的强弱以及施工经验，制作了7孔和9孔的导向嵌岩系统。7孔适用于中风化岩层，9孔适用于微风化岩层，用氧气乙炔火焰枪进行切割。

②将钢套筒穿入限位钢板的圆孔中，三块限位钢板分别放置于钢套筒的上、中、下三个部位，下部和中部的限位钢板与钢套筒焊牢，上部临时焊接，这样可根据地下连续墙孔深调节钢套筒的长度。钢套筒的标准长度为8.944m，现场准备若干1m、2m、5m等长度的临时钢套筒，可根据孔深选择临时钢套筒焊接在标准长度的钢套筒上。为增加焊接牢固性，在钢套筒接头处焊接4根直径20mm、长30cm的螺纹钢筋作为连接杆，与上下钢套筒各搭接15cm。

③孔位布设

标准段地下连续墙6m槽段按五个主孔（1～5），4个副孔（6～9）进行布设。主副孔位关系确定后，再将两种钢套管分别定位于相应的孔位上，主孔位与主孔位中心间距150cm，主孔位与副孔位中心间距为75cm，以九孔导向套管为例主副孔平面图如2所示。

图2 地下连续墙槽段孔位布置图

2.4.2 埋设预制钢套筒导向嵌岩系统

冲击钻机完成软质地层钻孔后，吊装安放预制钢套筒导向嵌岩系统，根据孔深选择合适长度的钢套筒，选择原则为宁长勿短。将预制钢套筒导向嵌岩系统吊起，用水平尺或锤球检查，保证预制钢套筒导向嵌岩系统的垂直度；下放至槽孔过程中速度应缓慢，防止碰到槽壁导致槽孔坍塌或钢套筒变形；下放至孔底后用钢筋穿过钢套筒间隙横跨在地下连续墙导墙的混凝土面上，两侧放置重物防止位移。高于导墙的钢套筒用氧气乙炔火焰枪切除，将预制钢套筒导向嵌岩系统上部的限位钢板下放至横跨钢筋上点焊固定。通过调整型钢的高低和型钢与导向钢套筒平面位置关系固定导向钢套筒，底部焊接同槽段宽度的钢筋支架通过槽段两侧的土体进行固定，确保预制钢套筒相对位置的精确，防止工作中偏离孔位折断钻杆。

2.4.3 潜孔钻成孔

潜孔钻机根据不同的岩层特性采用不同的冲击速度进行成孔。首先，钻头对准布置好的钢套筒孔位后，需要保证钻杆垂直度，然后再开始钻进。成孔过程中可以根据不同深度的岩渣情况判断钻孔位置的地质情况，与设计地质进行对比，检验是否与设计相符。根据不同的地质情况与设计沟通确定不同的嵌入深度。

图3 冲击桩机施工图

2.4.4 冲击钻成孔

地下连续墙槽内潜孔钻机施工完成后，继续采用冲击钻机钻进施工。冲击钻孔时，槽段内水位宜高于地下水位以上1.5m～2m或低于导墙顶标高0.5m；钻头起落速度均匀，不得过猛或骤然变速。槽内出土不得堆积在钻孔周围；钻孔应连续进行，达到设计深度后，应对孔位、孔径、孔深和孔斜等进行检查；开始钻孔时，应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高正常冲程后，方可进行正常冲击钻孔。

2.4.5 泥浆净化器清槽

冲击成孔后，重复成槽施工工序，利用液压成槽机开挖，槽段开挖到设计标高后，采用泥浆净化机进行清槽施工。泥浆净化机安装在导墙上，通过钢管与潜水泥砂泵连接。泥砂泵通过吊车将其放置至槽底，将槽底含石屑的浓泥浆直接抽出输送至泥浆净化机。通过净化机旋流分离作用，将泥浆排放回槽段内重新使用，废屑经过振动筛排至地面，其含水量及含泥量均较低，可直接装车外运。泥浆净化机主要适用于现代基础工程施工中采取泥浆固壁、循环钻进工艺的大口径桩基及地下连续墙工程。该设备能够将泥浆充分净化，有利于控制泥浆的性能指标，提高造孔质量；同时对土碴的有效分离，有利于提高造孔工效；泥浆的闭路循环方式及较低的碴料含水率有利于减少环境污染。

图4 泥浆净化器清槽施工图

3 结语

在地下连续墙冲击成孔施工过程中，斜向岩面岩层地质结构容易导致冲击孔洞偏斜，垂直度出现较大偏差，严重影响成孔效率，制约成孔周期，从而造成整体工期的延误，经济损失和工期延误较大。本文依托项目实际，研制开发了预制钢套筒导向嵌岩系统，有效解决了微风化和中风化花岗岩坚硬岩层的斜向岩面冲击钻冲击孔洞偏斜的技术难题，节约人工费、机械租赁费及施工用电费约35万元，工期提前60天。项目研究成果的应用，对整个地铁7号线和类似地质结构的地铁线路及房屋建筑等领域的坚硬岩层的深孔基础施工影响巨大。