上软下硬复合地层基坑地连墙成槽设备配置及工效分析

张帆舸

（中铁十五局集团有限公司，上海 200070）

0 引言

地下连续墙由于具有强度高、刚度大、地层适用性强、环境影响小等诸多优点，在城市地下工程中常被用于基坑围护体系，起到截水、挡土等作用，可为基坑施工创造良好的条件。地连墙的施工受地层条件影响较大，卢伟[1]研究发现，对于地下连续墙成槽施工，在较软地层中常用的冲击钻辅助成槽机的施工工艺，在中风化、微风化等坚硬岩层中易出现偏孔、冲孔缓慢等问题，施工效率低、延误工期。鉴于传统成槽设备在坚硬地层中的这些缺陷，胡文东等[2]在广州海珠区深基坑工程中采用了双轮铣成槽，认为双轮铣在坚硬岩层中适用性好，除能提高效率、保证施工质量外，对周边环境影响小，较适于城市建筑地连墙的施工。还有一些学者则探索了地下连续墙成槽设备的组合施工技术，如王明峰[3]在南京和燕路过江通道工程超深超宽基坑地下连续墙施工中探索了“抓，旋，冲，铣”结合工艺，结果证明，结合工艺的施工效率高，环境影响小，能较好适用于环境敏感区石方基坑。随着我国城市建设的发展，在滨海地区建筑工程中经常会遇到淤泥覆盖高强度硬岩的上软下硬地层，在该地层下的地连墙施工仍缺乏成熟的工艺可供参考，本文结合广州市横沥地下车站基坑工程，分析了在上软下硬复合地层中基坑地连墙成槽的设备配置和施工工效，为后续类似工程提高施工效率提供经验借鉴。

1 工程概况

横沥车站为广州轨交十八号线附属车站，位于南沙区横沥镇。车站为地下三层单柱双跨矩形框架结构，基坑围护结构采用地下连续墙+内支撑，墙底进入全风化、强风化岩层。

基坑地层从上至下依次为：＜1＞填土层、＜2-1A＞淤泥土层、＜2-1B＞淤泥质土层、＜2-2＞淤泥质粉细砂层、＜2-3＞淤泥质中粗砂、＜5H-2＞砂质粘土层、＜6H＞全风化花岗岩、＜7H＞强风化花岗岩及＜8H＞中风化花岗岩、＜9H＞微风化花岗岩。表层淤泥厚达16m，基底主要位于全风化及强风化花岗岩，局部位于中风化及微风化花岗岩，硬岩突起倾入基坑底，岩石强度高，平均厚度达5.72m。地层整体上软下硬，地质条件差。

车站采用明挖顺筑法施工，基坑长694.2m，深26.5～28.4m，如图1 所示。采用地下连续墙+内支撑的围护结构形式，主体围护结构厚1.2m，共272 幅，主要采用6m 标准长度。地连墙入岩较深，中风化平均入岩4.3m，微风化平均入岩3.5m。上软下硬地层条件下，如何最大限度地发挥设备的工效、保证质量和进度是工程的难点。

图1 横沥站地连墙布置图

2 地连墙成槽设备选型及施工方案

2.1 设备选型

目前常用的地连墙成槽设备有抓斗式成槽机、冲击式成槽设备、液压铣槽机等。根据横沥站基坑地层试验数据，＜1＞标贯试验实测平均值24.0 击，＜2-1A＞ 2.2 击，＜2-1B＞ 2.6 击，＜2-2＞ 4.3 击，＜2-3＞ 11.3 击，＜5H-2＞ 27.8 击，＜6H＞ 51.7 击，上部地层相对软弱，可充分发挥成槽机的工效优势。而＜7H＞标贯试验实测平均值74.9 击，该地层成槽机的适用性差。对于横沥站基坑下部的坚硬地层，＜8H＞中风化花岗岩的饱和状态岩石抗压强度平均值为23.7MPa，为较软岩，岩体较破碎，RQD 约20%，岩体基本质量等级为Ⅳ类，在该地层中以双轮铣成槽为主。＜9H＞微风化花岗岩的天然状态岩石抗压强度标准值为84.3MPa，饱和状态岩石抗压强度标准值为74.5MPa，为坚硬岩，岩体较完整，RQD 约60%，岩体基本质量等级为Ⅱ类，在该地层中可投入适量冲击钻以提高整体工效。成槽施工设备主要配置了液压抓斗成槽机（徐工XG600D），双轮铣（徐工XTC80-85 和土力130），冲击钻（CJF-15）。

2.2 施工方案

方案一：液压抓斗成槽机+冲击钻

采用液压抓斗抓完上部土层，硬岩地层采用冲击钻机排孔冲击成槽，先用十字型钻头分序排孔冲击，抽渣筒排渣，再用方形的冲锤整修槽段，期间液压成槽机配合冲击钻捞渣。标准幅宽的槽布置7 个孔，一幅槽段两台钻机同时冲槽，如图2。

图2 冲槽顺序示意图

方案二：液压抓斗成槽机＋双轮铣

淤泥地层采用液压抓斗成槽机成槽，入岩后采用双轮铣施工，搭配冲击钻或成槽机修孔及抓取沉碴。采用“抓铣”方式成槽，按槽段划分，分幅跳槽施工，标准槽段采用“三抓法”开挖成槽后铣槽机铣至设计标高，施工过程如图3。

图3 成槽施工示意图（mm）

3 地下连续墙施工效果分析

成槽质量用超声波成槽质量检测仪检测，图4 为代表性超声波槽壁检测图，槽段的槽宽、槽深、沉渣厚度、垂直度等均满足规范要求。

图4 超声波槽壁检测代表性结果

徐工双轮铣工效部分数据如表1 所示，经统计，在强风化岩进尺约为0.58m/h，中风化约为0.24m/h，微风化约为0.22m/h。

表1 徐工双轮铣工效表

土力双轮铣工效部分数据如表2，经统计，在强风化岩进尺约为0.96m/h，中风化约为0.67m/h，微风化约为0.53m/h。

表2 土力双轮铣工效表

冲击钻工效部分数据如表3所示，经统计，冲击钻单孔工效：强风化进尺0.5m/h·孔，中风化0.31m/h·孔，微风化0.29m/h·孔。整幅槽段进尺：强风化进尺0.15m/ h·槽，中风化0.09m/ h·槽，微风化0.085m/ h·槽。

表3 冲击钻工效表

综上，在强风化地层，土力双轮铣≈1.7 倍徐工双轮铣≈5.9 倍冲击钻；在中风化地层，土力双轮铣≈2.8 倍徐工双轮铣≈7.5 倍冲击钻；在微风化地层，土力双轮铣≈2.4 倍徐工双轮铣≈6.2 倍冲击钻。双轮铣工效远大于冲击钻，可显著提升成槽效率。

采用双轮铣施工坚硬岩层比传统冲击钻+成槽机工法能节约更多工期和成本。如施工单幅厚0.2m 宽6m 深23m、岩层强度80MPa、厚度7m 地连墙，工期、成本对比如表4，在工期上，双轮铣施工需0.6d，冲击钻+成槽机需25d，双轮铣可节约工期24.4d，在成本上，双轮铣施工成本3 万，冲桩机+成槽机施工成本3.75 万，双轮铣节约成本0.75 万。

4 结论

针对横沥车站基坑淤泥覆盖下高强度硬岩上软下硬复合地层，通过对不同设备组合在该地质条件下的成槽效率、成本对比分析得出，采用成槽机+双轮铣的设备组合及施工工艺，相较于传统冲击钻辅助成槽机施工方法，具有钻进能力强、工效高、成槽质量好、环境影响小的优点，也为类似的工程提供了借鉴。

本文针对淤泥覆盖下高强度硬岩上软下硬复合地层中地连墙成槽效率低的工程难题，对比分析了该地层条件下不同设备组合的成槽效率和成本，发现采用双轮铣施工坚硬岩层比传统以冲击钻为主的方法单幅墙可节约工期24.4d 成本0.75 万，在上软下硬复合地层中上部采用成槽机、下部入岩后采用双轮铣的设备组合及施工工艺具有显著优势。