土岩地层超深地下连续墙“旋－冲”成槽施工技术

莫汝景 贺 婷 刘献忠 燕春慧

（1.广州市恒盛建设工程有限公司，广东 广州 510000；2.广州铁路投资建设集团有限公司，广东 广州 510000；3.广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

当基坑超深时，地连墙在土层条件下施工时，虽然可以采用传统的成槽机+冲桩机相结合的办法，但当地连墙进入岩石层且随着深度的增加，需要在中风化较硬岩、微风化坚硬岩中成槽施工。此时采用传统的成槽机+冲桩机的工艺存在功效低下、卡钢筋笼、垂直度难控制等问题。因此研发新的采用“旋－冲”结合成槽施工技术，可以有效地解决土岩综合地层超深基坑地下连续墙施工遇到的问题。“旋－冲”结合成槽施工技术主要采用旋挖钻机成主孔，搭配冲桩机成副孔，最后利用冲桩机搭配方锤修平槽壁的成槽施工方法。

1 工程概况

1.1 地下连续墙简介

广州白云（棠溪）站综合交通枢纽一体化建设工程施工总承包项目土建工程地下连续墙有“—”，“L”和“T”型等多种形式，共196幅，厚度主要分为1.2m和1.0m两种，连续墙深度介于14.8～35.9m。混凝土标号为C35水下混凝土、抗渗等级P8。连续墙嵌固深度进入强风化层不小于5m，中风化层不小于3m，微风化层不小于2m。

1.2 岩土分层及其特性

根据该场地岩土层的成因类型和性质、风化程度等，按照广州基坑沿线分层系统，本场地自上至下各岩土分层为人工填土层（Q4ml）、冲、洪积层（Q3+4al+pl）、二叠系（P1q）炭质页岩、泥灰岩全风化带以及溶洞充填物。

1.3 水文地质

本标段基坑结构范围内无明显地表水，地下水位勘察过程中钻孔量测地下水位时间不同，受下雨水位变化及地形起伏影响，局部地下水位变化略大，水位线局部起伏略大，但总的来讲，地下水水位是基本稳定的。

2 成槽设备

土岩地层超深地下连续墙“旋－冲”成槽施工常见的设备主要有4种：1）抓斗式成槽机。抓斗式成槽机结构简单、容易操作，适合软弱的冲击地层。2）冲击式成槽设备。冲击式成槽设备对地基的适应性很强，适用于软土地层、砾石、基岩等的地层，且设备价格低廉。3）液压洗槽机。液压洗槽机技术先进、工作效率高、适合于不同的地层。4）多头钻成槽机。多头钻成槽机掘进速度快，机械化程度很高。

3 工艺原理

该文所论述地下连续墙“旋－冲”成槽施工技术结合了现有技术中的成槽方法各自优点，依据该工程岩土特性，在实际的成槽施工中采用交叉作业，充分发挥现有成槽施工方法的优点。合理安排旋挖机钻进主孔、冲桩机钻进副孔及冲桩机方锤修槽等工序。其工序特征原理如下所述。

3.1 主孔成槽——旋挖机钻进主孔技术

由于本工地约有半数地连墙成槽深度达到了35.9m，地连墙成槽施工的难点在于成槽垂直度的控制，同时超深地层的弱、微风化岩层对机械设备稳定性的影响，为避免二次修孔以及有效缩短施工工期的角度出发，采用旋挖机钻进主孔，解决引导性先行主孔对地连墙成槽垂直度控制的问题。其特征在于：1）旋挖机能够适应50 MPa～100 MPa各种土层及岩层，钻进速度快，能够直接一钻到底，成槽效率高。2）旋挖机电子系统可实时监控旋挖机的工作参数及位置；专业器械装置可对垂直度的偏差及时进行修正，保证施工质量。同时在进孔中带上作业时的淤泥，保证作业泥浆质量。3）旋钻渣通过反循环系统并经过泥浆处理系统的分离可重复利用，环境污染小，能满足城市地下施工的高环保要求。4）旋挖设备的电子系统可有效监控成槽垂直度，通过X、Y、Z轴的调整可及时对垂直度进行调整纠偏。

3.2 副孔成槽——冲桩机钻进副孔技术

该场地施工区域狭长，地连墙数量较多，且有较多数量的L、Z异型钢筋笼。旋挖机成孔速度快，由于场地受限制的问题，因此采用冲桩机冲击副孔工艺，见缝插针地解决大型机械间的施工空间不足的问题。同时有了主孔的先导性纠偏，副孔对高精密的大型机械需求度较低。施工时使用冲孔钻机冲击主孔之间的副孔。在此过程中，采用泥浆循环携带渣土，必要时采用抽浆排渣，但必须及时补充槽内泥浆，保证泥浆护壁压力。当表层土为回填、淤泥等软弱土层时，向槽内添加黏土块夹小片石反复冲击造壁；其余土层应采用中、小冲程1～2m，经常检查清除钻头上的泥块；进入基岩后，应采用大冲程、低频率冲击，当发现成槽偏移时，应回填片石至偏孔上方300～500mm处，重新冲孔。

3.3 主副孔间及接头孔成槽－冲桩机方锤修槽技术

当每幅槽段主副孔均完成后，采用方锤冲击，把主、副孔之间圆锤无法处理到的土岩柱修整一遍。其特征包括以下5点：1）方锤冲击高度根据岩石软硬程度控制在1～2m。2）每幅槽段在冲击钻施工之前由测量工程师按照槽段长度进行主、副孔分区，并在导墙上用红油漆做好标记。3）按照标记用锥形钻头进行钻孔成槽。4）利用方形锤反复冲击槽壁上的“死角区” ，使连续墙上部成槽形状。5）抓斗清除成形槽内的多余石渣；在此过程中，如果冲击的是非首开槽段，因为槽壁与相邻的槽段工字钢上存在泥块或混凝土块，所以此时应在方锤的一头安装钢丝刷进行反复扫刷。

4 施工工艺及操作要点

“旋－冲”成槽工艺流程如下：地下连续墙分幅测量定位→旋挖钻机钻主孔→冲击钻机冲副孔→方锤修整槽壁→刷壁→清孔、泥浆置换→成槽验收。

4.1 地连墙分幅测量定位

施工前，专业测量工程师按地连墙设计平面布置图及设计要求对图上地连墙分幅线位置在现场指导墙上测量放样，用油漆喷涂设立明显标志，并引出保护好。

4.2 旋挖钻机钻主孔

在施工前，仔细研究工程地质勘察报告，根据岩石软硬的情况，在主孔之间留设适当的距离。旋挖钻机选择大扭矩值，同时加长动力钻头，以保持稳定性，防止钻头偏移，有利于更好的控制垂直度。成槽垂直度控制好坏是成槽的关键，成槽垂直度应控制在1/300以内，在成槽过程中采用超声波检测仪检测，发现偏离超过标准，则需要及时启动纠偏，调整垂直度；在钻机过程中采用泥浆护壁，由于旋挖钻机的钻进能力强，可以穿越土岩组合地层，直接一次成孔到底。当旋挖钻机就位准确，垂直度良好，泥浆制备合格后即开始钻进。排渣采用泥浆循环，必要时采用抽浆，采用抽浆排渣时，必须及时补充槽内泥浆，保证泥浆护壁压力。图1为旋挖钻机钻主孔图。

图1 旋挖钻机钻主孔图

4.3 冲击钻冲击副孔（主孔间剩余的岩墙）

在主孔完毕后，使用冲孔钻机冲击主孔之间的副孔。在此过程中，采用泥浆循环携带渣土，必要时采用抽浆排渣，但必须及时补充槽内泥浆，保证泥浆护壁压力。当表层土为回填、淤泥等软弱土层时，向槽内添加黏土块夹小片石反复冲击造壁；其余土层应采用中、小冲程1～2m，经常检查清除钻头上的泥块；进入基岩后，应采用大冲程、低频率冲击，当发现成槽偏移时，应回填片石至偏孔上方300～500mm处，重新冲孔。图2为冲击钻机冲副孔图。

图2 冲击钻机冲副孔图

4.4 冲击钻配以方锤修整槽壁联孔成槽

当主副孔均完成后，采用方锤冲击，将主、副孔之间圆锤无法处理到的土岩层修整一遍。针对入岩部分，另需配备冲击钻机进行修槽，配备方锤。冲击过程中控制冲程在1m以内，并防止打空锤和放绳过多，减少对槽壁的扰动，成槽后辅以液压成槽机抓斗清除岩屑。

4.5 刷壁

为提高接头处的抗渗及抗剪性能，在连续墙接头处对先行幅墙体接缝进行刷壁清洗；反复刷动10次。刷壁使用特制偏心刷壁器，刷壁必须在清孔之前进行。刷壁清孔换浆后的出口泥浆指数应达到以下标准：密度＜1.15g/m3，黏度＜28s，含砂量＜8%。

4.6 清孔、泥浆置换、成槽验收

槽孔终孔时，经检查合格后，报告现场监理工程师对孔位、孔深及孔形进行全面检查验收，检查要按照设计和规范要求来进行，并采用超声波检测，当出现偏差时，必须按设计要求纠偏，如果检查合格，则转入清孔换浆工序。

根据现场的具体情况，采用以下3种清孔方法：①沉淀法；②循环清孔－导管法泥浆置换二次清孔；③气举反循环清孔[1]－泥浆置换二次清孔。

清孔质量检查验收在清孔结束1h后进行，用测饼和测针检测各单孔的孔底淤积厚度，同时用泥浆取样器取孔底泥浆样品（从距离孔底1m处采取）进行泥浆三项指标检测。

按照《地下铁道工程施工质量验收标准》（GB/T 50299—2018）的要求[2]，清孔换浆1h后应达到如下标准：槽底沉渣厚度≤10cm；槽内泥浆密度＜1.15g/cm³。

清孔验收合格，由现场监理工程师签发清孔验收合格证后，再进行下道工序施工。

5 成槽规定及注意事项

5.1 成槽规定

5.1.1 地下连续墙成槽规定及注意事项

地下连续墙成槽规定及注意事项如下：1）地下连续墙成槽前需要设置钢筋混凝土导墙和施工便道，导墙养护期间，禁止重型机械设备在导墙附近作业或停留。2）地下连续墙成槽施工应严格遵循跳副间隔施工顺序。3）如果保护设备不齐全、监管人员不到位的情况下，禁止施工人员下槽开展作业。

5.1.2 地下连续墙成槽泥浆设备规定及注意事项

使用护壁泥浆前，应当根据工程项目的实际情况进行试配，并在室内进行性能试验。

5.1.3 槽段接头规定及注意事项

槽段接头规定及注意事项如下：1）成槽完成后，及时清刷相邻槽段混凝土端面，刷至底部，清除接头处泥沙，清刷次数不小于20次，保证单元段接头部位抗渗性；2）入槽；3）周边环境保护要求较高时，应当在地下连续墙接头处设施防水设施。

5.2 注意事项

地下连续墙“旋－冲”成槽施工，需要注意的问题包括以下几个方面：1）成槽前，应根据工程项目所在区域内的地质地形条件对护壁泥浆材料进行试配和性能试验，泥浆比例应当按照试验确定，泥浆制备后应存放24h，待泥浆材料充分水化后方可使用；成槽时，泥浆供应及处理设备应当满足泥浆使用质量要求。2）单元槽应当间隔一个或者多个槽段得跳副施工顺序，每单元槽段分段不宜超过3个。3）混凝土浇筑过程中，应采取方式混凝土出现绕流的措施。4）地下连续墙具有防渗要求时，应当在吊放钢筋笼前使用涮槽器对槽段接头和相邻墙段的混凝土面进行清涮，清涮后的混凝土面不得有夹泥。5）地下连续墙应当根据地质地形条件、地下障碍物、自然环境以及工程项目质量要求科学合理地选择成槽设备。6）挖槽时，抓斗平面应当与导墙平面相吻合；7）挖槽过程中，应仔细观察槽壁的变形、垂直度、泥浆液面高度，并合理控制抓斗的运行速度，防止遇到地下障碍物，保证仪表精度始终在1/500左右，并及时进行纠偏，一旦出现严重的坍塌，应立即提出机械设备，分析坍塌产生的原因，并采取针对性的措施进行处理。8）槽段挖至设计要求后，委派专人检查槽位、槽深、槽宽以及垂直度等。9）槽段分段接缝处应避开转角部位，成槽机土岩地层超深地下连续墙拐角处挖槽时，紧贴导墙作业。在某些特殊情况下，可能会由于抓斗斗壳与斗齿不在同一成槽断面的缘由，使拐角内的土体不能被挖出。为此，应当在导墙拐角处根据所使用的挖槽机械设备端面向外延伸30cm（图3），避免成槽断面不足，妨碍钢筋笼下槽。10）以上参数全部满足要求后，方可进行清洗。清底过程中，从底部开始抽吸，并及时补浆，清底后的槽底泥浆密度不大于1.15 g/cm3，沉淀物淤积厚度不得大于10cm。

图3 导墙拐角处理流程图

6 旋－冲结合成槽与传统成槽对比

与传统成槽相比，旋－冲结合成槽有以下4个方面的不同之处：1）根据地层条件不同，传统成槽方法一般选用抓斗挖土成槽、冲桩机冲击成槽、双轮铣成槽等，再或者使用抓斗挖表层土+冲桩机冲击下部岩层的施工方法。“旋－冲”成槽采用旋挖钻机成主孔→冲桩机成副孔→冲桩机搭配方锤修平槽壁的施工方法[3]。2）“旋－冲”成槽在土岩综合地层成槽时比传统成槽方法速度更快。3）旋挖机电子系统可实时监控旋挖机的工作参数及位置，对垂直度的偏差及时进行修正，垂直度控制相对更好，成槽质量更好。4）成槽成本更低，采用先进机械进行配合，提高机械利用率，降低了施工成本。

7 结语

综上所述，该文通过对地下连续墙成槽技术实例研究总结，详细阐述了“旋－冲”成槽施工技术在深基坑土岩综合地层中的施工技术要点，同时总结了“旋－冲”成槽在施工过程中的优势：该成槽方法结合了现有技术中三种成槽方法各自的优点，在实际的成槽施工中采用交叉作业，充分发挥各方法的优势，有利于提高成槽效率，同时降低成槽施工成本。