上软下硬地层条件下地下连续墙施工技术

涂军飞

(上海城建市政工程（集团）有限公司，上海市 200065)

1 工程概况

江阴市澄江西路隧道工程河东岸边段第一阶段由工作井及HD-01～HD-05暗埋段结构组成，全长122.8 m。工作井基坑开挖深度22.1 m，采用1 000 mm厚地下墙围护，墙深为40.6 m，共22幅，暗埋段基坑开挖深度15.6～11.1 m，采用800 mm厚地下墙围护，墙深为28～21 m，共34幅。

根据地质勘探资料，土层从上而下依次为：①层杂填土、②层粉质粘土、④层粉质粘土、⑨层砂岩。⑨层砂岩又划分为3个亚层：⑨1层全风化砂岩，风化呈土状，偶见原岩成分，呈散体状；⑨2层强风化砂岩，呈碎裂状，裂隙发育，以粘性土充填；⑨3层中风化砂岩，岩体较破碎，裂隙较发育，取芯率约50%～90%，RQD约40%，单轴饱和抗压试验41.7 MPa。地层中土的物理力学性质详见表1所列。

由于该工程地处君山山脚，地层层位起伏较大，基岩覆土层厚度变化较大，总体分布为东北侧基岩埋深浅，向西南方向逐步变深。由于该部位地质勘探孔数量有限，无法全面揭示下部基岩埋深，部分地下墙深度不可避免地进入⑨层基岩。若地下墙施工碰到基岩，则设计要求该幅地下墙须确保进入⑨3层中风化岩层最小深度不小于1.0 m。图1中阴影部分表示须入岩地下墙。

2 成槽施工方案比选

2.1 抓斗成槽

以履带式起重机悬挂抓斗，利用抓斗斗齿切削土体，切削下的土体收容在斗内，从槽内提出后开斗卸土，反复循环进行成槽作业。

该法在粘性土、砂性土中成槽能力强，施工效率高，遇基岩硬层则难以成槽。

2.2 冲击成槽

利用钢丝绳悬吊冲击钻头进行往复提升和下落运动，依靠自重破碎岩石，通过泥浆将钻渣置换成槽。

该法成槽效率低，成槽质量较差。在基岩硬层中能顺利成槽，且价格相对便宜。

2.3 旋挖成槽

利用旋挖钻机施加强大扭矩使旋挖钻头、钻杆在回转过程中切削破碎岩（土）体，利用旋挖斗直接挖土至槽外。

该法成槽效率较高。在粘性土、砂性土、基岩硬层中能顺利成槽。

2.4 全回转成槽

利用全回转钻机施加强大扭矩使全回转套筒在回转过程中切削破碎岩（土）体，利用抓斗挖套筒内的岩（土）体至槽外。

该法成槽效率较高。在粘性土、砂性土、基岩硬层中均能顺利成槽。为保证地下墙的幅宽，必须叠钻作业，因此费用过高。

2.5 铣槽机成槽

利用两个铣轮相互反向旋转切削破碎岩（土）体，通过泵吸将携带岩渣的泥浆抽出至地面，泥浆净化循环使用，如此往复直至成槽。

该法成槽效率高，各类地层中均能顺利成槽，费用较高。该工程中由于场地受限，该施工方法不作考虑。

3 地下墙成槽施工

根据以上成槽施工方案的特点，结合该工程地层特性、开挖深度、墙体厚度、工程进度等因素，地下墙成槽初步选用旋挖成槽+抓斗成槽组合施工方案，采用三钻两抓的形式，利用SL-28D旋挖钻机钻取主孔，金泰SG-50液压抓斗成槽机抓取。实践表明，该类旋挖钻机在司钻岩层时较为困难，尤其是成孔较深时，由于旋挖钻机钻杆自由段较长，且地层中夹杂了勘探报告未揭示的大块漂石，导致旋挖成槽垂直度较差，无法满足要求。

表1 土的物理力学性质表

图1 地下连续墙平面图

该工程地下墙成槽最终确定选用抓斗成槽配合冲击成槽的施工方案，克服了抓斗成槽无法满足深度要求，冲击成槽无法满足进度要求的缺点。利用金泰SG-50液压抓斗成槽机将上部粘土土体尽可能挖除，每幅槽段标高至统一基面后，下部硬岩采用冲孔机冲击成槽。每幅槽段配备2台冲孔机同时冲孔，圆冲锤直径与地下墙厚度相同。一字形槽段分为6个孔，采用“跳孔”方法冲孔成槽，先冲 1#、4#孔，后冲 2#、5#孔，再冲 3#、6#孔，如此反复冲孔直至设计槽深。L形槽段分为5个孔，也采用“跳孔”方法冲孔成槽，先冲1#、4#孔，后冲2#、5#孔，再冲3#孔，如此反复冲孔直至设计槽深（见图2）。

图2 “一”字形、“L”形槽段分孔布置图

由于地质复杂，覆土层变化较大，地下墙槽段冲孔长度2～5 m不等。为确保冲击效果，每次冲孔深度不宜超过2.5 m，冲孔长度超过3 m的槽段分两次进行冲孔。第一次所有孔冲孔到位后，将圆冲锤换成1.5 m×1 m（宽度与地下墙同宽）的方锤，将相邻两孔间及槽壁突出部分修平。利用液压抓斗将大量岩渣挖除，用泵吸反循环将剩余岩渣置换清除后，再进行第二次冲孔，如此反复循环冲孔直至设计墙深。在冲孔过程中，注意保持泥浆液面高度，确保槽壁稳定，及时将孔内残渣通过泥浆置换排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋锤现象。当连续冲孔24 h，进尺小于2 cm时则判定已达到要求，停止冲孔。

该工程周边有一幢平行于工作井的七层居民住宅，该住宅基础形式为柱下独立基础，离工作井最近距离约15.2 m。采用冲击成槽施工方案时，曾担心冲击施工对该住宅会产生不利影响，施工中采取了加强建筑物监测的措施，实践证明，由于上部土体为优质的粘性土，其对建筑物的影响基本可忽略不计。

表2为地下墙墙深变化表。

4 槽深变化的安全计算

该工程共有23幅地下墙采用了抓斗成槽配合冲击成槽进行成槽。在施工过程中，为保证槽壁稳定，对基岩面较高的地下墙墙深进行优化，减少冲孔机作业时间；为确保地下墙进入⑨3层中风化砂岩最小深度不小于1.0 m，同时对墙深变化的地下墙进行整体稳定、抗倾覆、墙体抗隆起、坑底抗隆起等进行安全验算。如地下墙DJ-03，抓斗成槽深度为27 m，冲孔深度5 m，最终槽深32 m，尽管比原设计墙深缩短8.6 m，然而经过安全验算，满足要求（见图3～图6）。表3为基坑安全糸数汇总表。

经启明星软件验算，DJ-07、08、09坑底抗隆起安全系数不满足一级基坑的要求，但可满足二级基坑的要求，即抗隆起安全系数≥1.9。HD-1-5墙底抗隆起安全系数、坑底抗隆起安全系数、抗倾覆安全系数不满足一级基坑的要求，但墙底抗隆起安全系数、坑底抗隆起安全系数可满足二级基坑的要求，即墙底抗隆起安全系数≥2.0、坑底抗隆起安全系数≥1.9，抗倾覆安全系数可满足三级基坑的要求，即抗倾覆安全系数≥1.05。采用理正软件计算的结果，除DJ-07整体稳定安全系数不满足要求外，其余各项安全系数均能满足一级基坑的要求。由于工作井围护支撑采用四道混凝土支撑及一道双拼钢支撑，形成框架结构，能满足整体稳定。

表2 地下墙墙深变化表（单位：m）

图3 整体稳定验算示意图（安全系数k=1.46）

图4 抗倾覆验算示意图（安全系数k=2.28）

图5 墙底抗隆起验算示意图（安全系数k=3.86）

图6 坑底抗隆起验算示意图（安全系数k=2.31）

5 结语

该工程地下墙成槽施工充分利用抓斗成槽高效性，以及冲孔机的破岩能力。基坑开挖过程揭示地下墙成槽质量较好，无明显鼓包。监测数据显示，基坑最大水平位移发生在工作井长边，累计15.96 mm，工作井地下墙墙深最浅处DJ-03累计水平位移15.36 mm，满足一级基坑要求。

实践证明，上部为力学性能较好的粘性土、下部为基岩地质条件下，基岩部分采用冲孔成槽可保证上部粘性土能基本直立，且成槽过程中对周边建筑物基本无影响。

表3 基坑安全系数汇总表