上軟下硬地層條件下地下連續(xù)墻施工技術(shù)

涂軍飛

(上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海市 200065)

1 工程概況

江陰市澄江西路隧道工程河?xùn)|岸邊段第一階段由工作井及HD-01～HD-05暗埋段結(jié)構(gòu)組成，全長122.8 m。工作井基坑開挖深度22.1 m，采用1 000 mm厚地下墻圍護(hù)，墻深為40.6 m，共22幅，暗埋段基坑開挖深度15.6～11.1 m，采用800 mm厚地下墻圍護(hù)，墻深為28～21 m，共34幅。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，土層從上而下依次為：①層雜填土、②層粉質(zhì)粘土、④層粉質(zhì)粘土、⑨層砂巖。⑨層砂巖又劃分為3個亞層：⑨1層全風(fēng)化砂巖，風(fēng)化呈土狀，偶見原巖成分，呈散體狀；⑨2層強(qiáng)風(fēng)化砂巖，呈碎裂狀，裂隙發(fā)育，以粘性土充填；⑨3層中風(fēng)化砂巖，巖體較破碎，裂隙較發(fā)育，取芯率約50%～90%，RQD約40%，單軸飽和抗壓試驗41.7 MPa。地層中土的物理力學(xué)性質(zhì)詳見表1所列。

由于該工程地處君山山腳，地層層位起伏較大，基巖覆土層厚度變化較大，總體分布為東北側(cè)基巖埋深淺，向西南方向逐步變深。由于該部位地質(zhì)勘探孔數(shù)量有限，無法全面揭示下部基巖埋深，部分地下墻深度不可避免地進(jìn)入⑨層基巖。若地下墻施工碰到基巖，則設(shè)計要求該幅地下墻須確保進(jìn)入⑨3層中風(fēng)化巖層最小深度不小于1.0 m。圖1中陰影部分表示須入巖地下墻。

2 成槽施工方案比選

2.1 抓斗成槽

以履帶式起重機(jī)懸掛抓斗，利用抓斗斗齒切削土體，切削下的土體收容在斗內(nèi)，從槽內(nèi)提出后開斗卸土，反復(fù)循環(huán)進(jìn)行成槽作業(yè)。

該法在粘性土、砂性土中成槽能力強(qiáng)，施工效率高，遇基巖硬層則難以成槽。

2.2 沖擊成槽

利用鋼絲繩懸吊沖擊鉆頭進(jìn)行往復(fù)提升和下落運(yùn)動，依靠自重破碎巖石，通過泥漿將鉆渣置換成槽。

該法成槽效率低，成槽質(zhì)量較差。在基巖硬層中能順利成槽，且價格相對便宜。

2.3 旋挖成槽

利用旋挖鉆機(jī)施加強(qiáng)大扭矩使旋挖鉆頭、鉆桿在回轉(zhuǎn)過程中切削破碎巖（土）體，利用旋挖斗直接挖土至槽外。

該法成槽效率較高。在粘性土、砂性土、基巖硬層中能順利成槽。

2.4 全回轉(zhuǎn)成槽

利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施加強(qiáng)大扭矩使全回轉(zhuǎn)套筒在回轉(zhuǎn)過程中切削破碎巖（土）體，利用抓斗挖套筒內(nèi)的巖（土）體至槽外。

該法成槽效率較高。在粘性土、砂性土、基巖硬層中均能順利成槽。為保證地下墻的幅寬，必須疊鉆作業(yè)，因此費(fèi)用過高。

2.5 銑槽機(jī)成槽

利用兩個銑輪相互反向旋轉(zhuǎn)切削破碎巖（土）體，通過泵吸將攜帶巖渣的泥漿抽出至地面，泥漿凈化循環(huán)使用，如此往復(fù)直至成槽。

該法成槽效率高，各類地層中均能順利成槽，費(fèi)用較高。該工程中由于場地受限，該施工方法不作考慮。

3 地下墻成槽施工

根據(jù)以上成槽施工方案的特點，結(jié)合該工程地層特性、開挖深度、墻體厚度、工程進(jìn)度等因素，地下墻成槽初步選用旋挖成槽+抓斗成槽組合施工方案，采用三鉆兩抓的形式，利用SL-28D旋挖鉆機(jī)鉆取主孔，金泰SG-50液壓抓斗成槽機(jī)抓取。實踐表明，該類旋挖鉆機(jī)在司鉆巖層時較為困難，尤其是成孔較深時，由于旋挖鉆機(jī)鉆桿自由段較長，且地層中夾雜了勘探報告未揭示的大塊漂石，導(dǎo)致旋挖成槽垂直度較差，無法滿足要求。

表1 土的物理力學(xué)性質(zhì)表

圖1 地下連續(xù)墻平面圖

該工程地下墻成槽最終確定選用抓斗成槽配合沖擊成槽的施工方案，克服了抓斗成槽無法滿足深度要求，沖擊成槽無法滿足進(jìn)度要求的缺點。利用金泰SG-50液壓抓斗成槽機(jī)將上部粘土土體盡可能挖除，每幅槽段標(biāo)高至統(tǒng)一基面后，下部硬巖采用沖孔機(jī)沖擊成槽。每幅槽段配備2臺沖孔機(jī)同時沖孔，圓沖錘直徑與地下墻厚度相同。一字形槽段分為6個孔，采用“跳孔”方法沖孔成槽，先沖 1#、4#孔，后沖 2#、5#孔，再沖 3#、6#孔，如此反復(fù)沖孔直至設(shè)計槽深。L形槽段分為5個孔，也采用“跳孔”方法沖孔成槽，先沖1#、4#孔，后沖2#、5#孔，再沖3#孔，如此反復(fù)沖孔直至設(shè)計槽深（見圖2）。

圖2 “一”字形、“L”形槽段分孔布置圖

由于地質(zhì)復(fù)雜，覆土層變化較大，地下墻槽段沖孔長度2～5 m不等。為確保沖擊效果，每次沖孔深度不宜超過2.5 m，沖孔長度超過3 m的槽段分兩次進(jìn)行沖孔。第一次所有孔沖孔到位后，將圓沖錘換成1.5 m×1 m（寬度與地下墻同寬）的方錘，將相鄰兩孔間及槽壁突出部分修平。利用液壓抓斗將大量巖渣挖除，用泵吸反循環(huán)將剩余巖渣置換清除后，再進(jìn)行第二次沖孔，如此反復(fù)循環(huán)沖孔直至設(shè)計墻深。在沖孔過程中，注意保持泥漿液面高度，確保槽壁穩(wěn)定，及時將孔內(nèi)殘渣通過泥漿置換排出孔外，以免孔內(nèi)殘渣太多，出現(xiàn)埋錘現(xiàn)象。當(dāng)連續(xù)沖孔24 h，進(jìn)尺小于2 cm時則判定已達(dá)到要求，停止沖孔。

該工程周邊有一幢平行于工作井的七層居民住宅，該住宅基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，離工作井最近距離約15.2 m。采用沖擊成槽施工方案時，曾擔(dān)心沖擊施工對該住宅會產(chǎn)生不利影響，施工中采取了加強(qiáng)建筑物監(jiān)測的措施，實踐證明，由于上部土體為優(yōu)質(zhì)的粘性土，其對建筑物的影響基本可忽略不計。

表2為地下墻墻深變化表。

4 槽深變化的安全計算

該工程共有23幅地下墻采用了抓斗成槽配合沖擊成槽進(jìn)行成槽。在施工過程中，為保證槽壁穩(wěn)定，對基巖面較高的地下墻墻深進(jìn)行優(yōu)化，減少沖孔機(jī)作業(yè)時間；為確保地下墻進(jìn)入⑨3層中風(fēng)化砂巖最小深度不小于1.0 m，同時對墻深變化的地下墻進(jìn)行整體穩(wěn)定、抗傾覆、墻體抗隆起、坑底抗隆起等進(jìn)行安全驗算。如地下墻DJ-03，抓斗成槽深度為27 m，沖孔深度5 m，最終槽深32 m，盡管比原設(shè)計墻深縮短8.6 m，然而經(jīng)過安全驗算，滿足要求（見圖3～圖6）。表3為基坑安全糸數(shù)匯總表。

經(jīng)啟明星軟件驗算，DJ-07、08、09坑底抗隆起安全系數(shù)不滿足一級基坑的要求，但可滿足二級基坑的要求，即抗隆起安全系數(shù)≥1.9。HD-1-5墻底抗隆起安全系數(shù)、坑底抗隆起安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)不滿足一級基坑的要求，但墻底抗隆起安全系數(shù)、坑底抗隆起安全系數(shù)可滿足二級基坑的要求，即墻底抗隆起安全系數(shù)≥2.0、坑底抗隆起安全系數(shù)≥1.9，抗傾覆安全系數(shù)可滿足三級基坑的要求，即抗傾覆安全系數(shù)≥1.05。采用理正軟件計算的結(jié)果，除DJ-07整體穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求外，其余各項安全系數(shù)均能滿足一級基坑的要求。由于工作井圍護(hù)支撐采用四道混凝土支撐及一道雙拼鋼支撐，形成框架結(jié)構(gòu)，能滿足整體穩(wěn)定。

表2 地下墻墻深變化表（單位：m）

圖3 整體穩(wěn)定驗算示意圖（安全系數(shù)k=1.46）

圖4 抗傾覆驗算示意圖（安全系數(shù)k=2.28）

圖5 墻底抗隆起驗算示意圖（安全系數(shù)k=3.86）

圖6 坑底抗隆起驗算示意圖（安全系數(shù)k=2.31）

5 結(jié)語

該工程地下墻成槽施工充分利用抓斗成槽高效性，以及沖孔機(jī)的破巖能力?；娱_挖過程揭示地下墻成槽質(zhì)量較好，無明顯鼓包。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑最大水平位移發(fā)生在工作井長邊，累計15.96 mm，工作井地下墻墻深最淺處DJ-03累計水平位移15.36 mm，滿足一級基坑要求。

實踐證明，上部為力學(xué)性能較好的粘性土、下部為基巖地質(zhì)條件下，基巖部分采用沖孔成槽可保證上部粘性土能基本直立，且成槽過程中對周邊建筑物基本無影響。

表3 基坑安全系數(shù)匯總表