提高复合地层地下连续墙施工工效的关键技术研究

陈发义

上海远方基础工程有限公司 上海 200436

地下连续墙施工技术在单一地层中施工地下连续墙的工艺和技术已日益成熟且被业内人士广泛掌握，但在上软下硬的复合地层地下连续墙施工中，如何提高工效仍具有相当挑战性。由于设备使用费用占地下连续墙施工成本的主要部分，设备进出场的起止时间为总使用时间，工效的高低与施工总时长成反比关系，因此研究提高工效的关键就在于如何提高施工综合速度，减少设备在现场工作的总时长[1-3]。

1 武汉某大厦工程概况

武汉某大厦工程项目基坑地下室开挖面积约12 226 m2，基坑周长为433.7 m，普遍面积开挖深度19.5m，主楼开挖20.6 m，电梯井局部深坑开挖24.2 m。本工程基坑周边环境复杂，基坑设计重要性等级为一级，对变形位移要求极高，采用全顺作法施工。基坑支护设计采用1 000 mm厚地下连续墙（两墙合一）+3道混凝土支撑支护结构，地下连续墙深度采用双控指标：深度不小于34.5 m且进入中风化不小于3 m。基坑围护体地下连续墙内外侧均采用三轴搅拌桩加固，起到防止槽壁坍塌和止水作用，三轴搅拌桩采用φ850 mm@600 mm，幅间套孔搭接，加固施工深约28 m。地下连续墙槽厚设计为1 000 mm，槽段幅宽为6、5、4 m，导墙总长433.7 m，1 000 mm厚墙幅数80幅，6 m槽段共计37幅。5 m槽段共计20幅，4 m槽段共计2幅，异形幅（转角幅）槽段21幅，总方量约14 486 m3，地下连续墙接头形式为工字钢接头。

拟建场地区域地貌属长江Ⅰ级阶地，场地平坦，勘察期间场地勘探孔孔口标高为22.04～23.11 m，相对高差约为1.07 m。场地整平标高为22.80 m。

2 选择合理的施工工艺及设备配置

2.1 项目地基土层施工特性分析

场地浅部分布有①杂填土层、②粉质黏土层、③淤泥质粉质黏土以及④淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂层，其土质条件均较差，对地下连续墙施工时槽壁稳定有不利影响。④1粉砂层及⑤1细砂层强度一般，工程性质一般，厚度较薄，局部分布。承压水主要赋存于⑤1和⑤2细砂层等砂土层中，基底局部已坐落在承压水含水层中，承压水地下水位已高于基坑底面7.20 m，开挖施工时易产生突涌情况，应采取措施防范。⑤1、⑤2细砂层及⑥1强风化砂质泥岩层土层均较硬，对地下连续墙成槽造成不利影响，应选择合适的设备方能提高施工效率。⑥2中风化砂质泥岩层强度高，可视为不可压缩层。该层岩石天然单轴抗压强度标准值为4.68 MPa，虽属极软岩，但液压抓斗施工非常困难，若选择铣槽机施工则成本代价太大，需采取其他辅助设备进行施工。该中风化层层位稳定但层面仍有2～6 m的起伏，给成槽和施工时间控制带来较大的不确定性。综合而言，本项目地下连续墙需要穿越的土层较多，构成上软下硬的复合土层结构，采用单一设备施工具有较大困难，必须要配置多种施工设备形成组合效应，方能提高设备的利用率，确保施工进度及工效。

2.2 槽壁加固

本项目上部土层有淤泥质粉土的存在，槽壁本身的稳定性就差，同时由于开挖面较深，地下连续墙墙面极易产生鼓包等情况，影响美观和使用，因此对槽壁进行三轴搅拌桩加固就非常有必要。本项目槽壁三轴加固设计深度28 m，采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，水泥掺量20%。在三轴施工中槽壁加固应准确定位，适当外放加固边，以离开地下连续墙面5 cm为宜，且应确保垂直度和深度，避免侵占后期地下连续墙施工成槽的空间。

2.3 成槽工艺的选择

1）对于上部软弱土层，可选择浅部施工效率较高，同时设备使用费用较低的SG40成槽机，可确保挖槽速度和费用，上部软弱土层可挖的范围主要包括①层—⑤2层（约至25 m深）的软土及细砂层，该范围内的槽壁已经三轴加固且稳定状况良好，对于施工安全保障较为有利。

2）对于槽段中部软硬结合范围，采用旋挖钻机配合重型成槽机施工，主要采用“两钻一抓”工艺，针对⑤2层和⑥1层全风化岩层，可单纯采用成槽机施工，但由于砂层和风化层均属于较硬土层，液压抓斗施工会进尺很慢，不利于总体进度的推进，故采用旋挖钻机引孔至槽底，再用成槽机进行施工。

3）进入⑥2层中风化岩层后，由于岩石强度较高，成槽机抓斗单独施工已无法进尺，需旋挖钻机引孔后，方可采用抓斗多次小进尺循序破岩取出。针对本项目，旋挖引孔施工应旋挖至墙设计底标高或⑥2层进入中风化岩层3 m（约挖至34.5 m处深度）。通过旋挖配合引孔后，成槽机挖槽效率将大大提高。

2.4 施工设备设施的综合配置

1）针对本项目地层和场地的适应性，所选设备必须具备相应施工能力，包括施工深度、掘进能力、进尺速度、场地条件等。

2）施工设备与其他设备的匹配性，施工效率能与其他设备同步配合，不独占过多的时间和场地，否则会降低整个场地的有效利用率和整体运行效率。

3）设备进出场费用、油耗费用和易耗配件的使用成本也是权衡是否选用该设备的参考依据，必须确保使用期间的综合费用具有比较优势。

4）选用的设备必须较新和具有较低的故障率，确保施工能够连续进行，保证施工整体效率。

3 施工流水作业管理与优化

3.1 施工流水组织的难点

首先，地层的性质决定了必须采用多种设备分别进行土层和岩层的成槽施工，而这2种不同工艺的施工进尺速度相差太大，导致施工流水组织复杂程度大大提高，在同一个工作面需要组织成槽机和旋挖钻的配合作业，同时要保证设备不能闲置等待。

其次，地下连续墙施工采用大型设备较多，既有场地道路条件对施工设备的站位条件限制了工作面的展开，无法确保设备能完全连续施工。

再次，入岩地下连续墙单幅槽段施工时间相比纯土层要长得多，为保证槽段持续时间控制在安全时间内，必须严格控制新开槽段数量，否则将导致工作面不足，无法很好地组织施工流水作业。

最后，即使组织形成了流水作业，但个别未及时完成的工序或设备故障中断作业，都很容易打破既有形成的施工流水，很容易影响关键线路或单幅槽段作业周期延长，打乱施工计划，同时造成设备等待工作面的情况。

3.2 流水施工组织的各项参数的确定

3.2.1 施工段的划分原则

1）首开幅是指准备开挖槽段的相邻槽段均未开挖的槽段，首开幅完成浇筑后的相邻下一幅为连接幅，接着的相邻槽段亦称为连接幅，必须先有首开幅才有连接幅。为了增加工作面，首开幅可以不止1个，为2个或3个，前提条件是不能让施工槽段静置时间过长，确保槽壁安全稳定。

2）确保设备具备工作面是确定施工段数量的原则之一，特别是成槽设备原则上不应停机闲置，否则应考虑新开首开幅段。

3）施工段的选择要考虑各同时施工工作面的相互干扰最小，特别是交通线路不能阻断，重要设备利用不可冲突。

4）如何确保计划工作在施工期均衡有序开展是合理选择施工段的重要因素，施工期内确保施工面均衡增加，不可突然减少至无工作面。

3.3 施工流水作业优化

1）施工段的排定，即槽段的开槽顺序，可根据经验将同时在施槽段控制在3～5段。可通过排定3套不同的施工顺序方案，然后对其进行比选，也可以同时代入项目管理软件，输入参数排定总时间，选择总时间最短的方案。

2）作业过程的优化空间较小，在选择工艺时作业过程即已确定，但其中成槽作业因地质条件可能在不同施工段存在差异，可适当调整施工作业过程。

3）作业时间的优化是对处在关键线路上的作业时间进行可能的压缩，可采取的方法是增加在关键线路上作业过程所需的施工设备和人员。如增加冲击锤等使用费用不高的施工设备，做到不影响下道工序的作业时间。如使用SG60成槽机，提高在岩层阶段的抓岩效率，对旋挖钻机进行升级也可提高引孔效率，减少引孔所需时间。

4）利用项目管理软件对流水作业进行优化，将确定好的作业参数输入软件，不断调整各瓶颈资源的数量，利用软件进行时间排定，选取总工期时间较短的优势方案。

5）优化后可将最终方案的各参数和工期计划导出，逐项进行技术核实，确认具备条件和可行性后安排实施。

6）流水作业方案在实施中应根据实际执行情况进行纠偏和调整，当有意外因素影响作业时间进度时，应重新调整进度计划，对作业时间明显与原定时间有差异的应及时调整，确保流水作业方案的动态更新，以指导施工作业过程。

4 结语

综上所述，复合地层地下连续墙的施工管理具有较大的技术难度，其工效确实具有较大不确定性，正因如此，才需要较高的施工管理水平。只有掌握了提高其工效的关键技术，在工艺和设备选择上把握准确，在流水作业组织上精心安排和优化，防止影响进度的不利风险事件的发生，其整体施工工效才能得到较大提高。