特殊地质条件下地连墙成槽工艺

李 健，熊辛洋，杨尤朝，张 焘，戴 营

（中建三局集团有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

地下连续墙能适用于多种地质情况、兼做临时设施和永久的地下主体结构，对临近建筑物和地下管线影响较小，满足本项目施工现场需求。本文结合场地基岩风化不均匀，局部区段存在多层球状风化体（孤石），且厚度较大（0.50～15.00 m），以及强风化岩存在中风化夹层，软硬相间，中、微风化岩面起伏较大的地质，解决特殊地质条件下地下连续墙成槽施工工艺问题，提高工程质量，加快施工进度［1］。

1 工程概况

1.1 基本概况

华富村东、西区旧住宅区改造项目 II 标段。地上设有 5 栋塔楼及附属裙楼。其中 T1 塔楼地上 65 层，结构上部总高度 307.85 m（出屋面设有 50.15 m高塔冠）；附属裙房地上 4 层，结构高度 21.93 m；地下 4 层，地下室埋深 21.7 m，如图 1 所示。

图1 项目概况图

1.2 地连墙概况

本基坑 MABCDE 段采用地下连续墙，墙厚 1.2 m，共 80 幅；典型幅宽为 4 m、6 m，地下连续墙总长约为 352 m，分为 D 1～D 13 型 13 种槽段形式。墙有效深度 26.50～31.65 m，主筋采用直径 28 mm 三级钢，水平筋采用直径 20 mm 三级钢，加强桁架钢筋采用直径 25 mm 三级钢；地连墙混凝土等级为 C 30，钢筋保护层厚度为：迎土面 70 mm，迎坑面 50 mm，如图 2 所示。

图2 地连墙平面布置示意图（单位：mm）

地连墙成槽质量要求如表 1 所示。

表1 地下连续墙成槽要求

1.3 特殊地质概况

特殊地质条件包括：①经历的地层多且岩层厚，如经杂填土 0.8 m，砂质黏性土 18.7 m，全风化花岗岩 4.9 m，强风化土状花岗岩 5.8 m，强风化块状 19.1 m，中风化花岗岩 11.4 m，微风化花岗岩 1.27 m；②要求嵌入中～微风化花岗岩，岩石强度高；③风化球（孤石）较多且厚，形状不规则，硬度较大；④岩面起伏较大。

2 施工特点

通过本项目的施工经验总结，依据以下技术手段，使得特殊地质条件下地下连续墙入岩成孔效率得到显著提高。

1）普通土层快速成槽。通过选用合适高功率的旋挖机设备，在无岩的地质下达到嵌固深度，地下连续墙快速成槽。

2）合适选用新钻头的旋挖机解决入岩问题。根据设计图纸要求，地连墙需达到入岩要求，通过选用合适型号的新钻头旋挖机设备，成槽过程中减少机械故障而导致的卡钻等问题，快速入岩。

3）合理搭配施工设备解决成槽过程中遇风化球的难题。旋挖机钻进岩层后，遇到风化球孤石，采用冲击锤冲击后进行旋挖，解决地下连续墙岩层复杂、岩石强度高不易钻进的难题，提高成孔效率。

4）通过机械设备的辅助功能解决成槽垂直度的问题。旋挖机自带的垂直度控制系统及控制冲击锤的吊绳与导墙边的固定距离，可解决地质岩面起伏大，垂直度难以控制的问题。

3 工艺原理

根据现场高程记录点，放出地下连续墙中心线，浇筑钢筋混凝土导墙及施工便道，采用合适的成槽机进行地连墙成槽施工。按照地下连续墙的长度，利用分段钻进技术，钻进过程中遇软硬岩层时，根据岩层强度及时调整垂直向下的加压力，频繁均匀施压，及时修正确保成孔垂直度。地下连续墙成槽施工如遇斜岩面，采取回灌混凝土，待混凝土达到强度再继续钻；如遇孤石，采取冲桩机破碎后，再采用旋挖机继续钻。施工时采用“抓冲结合”的方法（即先用成槽机对土层进行“抓土”，再用旋挖机及冲桩机进行“冲击”修孔），成槽后进行成槽鉴定，满足地勘单位及设计单位的要求后进行终孔验收。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

测量放线→导墙施工→泥浆护壁制备→成槽施工→成槽鉴定，工艺流程如图 3 所示。

图3 施工工艺流程图

4.2 操作要点

4.2.1 测量放线

根据业主提供的平面控制点和现场高程记录点，作为基点，将其引入现场，进行固定保留，以防后期闭合校验。对于控制点，经各方复核无误后方可投入使用。根据设计图纸和现场控制轴线，再通过 J2 经纬仪放出地下连续墙中心线，地下连续墙中心线的垂直度偏差＜1/300。

4.2.2 导墙施工

地下连续墙的前期工作也很重要，特别是导墙施工，必须在地下连续墙成槽前浇筑。如果前期导墙浇筑的质量差，那么将会直接影响到地连墙的标高和轴线。导墙具有以下几个作用，一是挡土作用，二是作为测量的标准，三是作为重物的支承，四是存续泥浆，防止泥浆漏失。地连墙导墙有很多形式，比如整体L字形式钢筋混凝土结构，导墙高 1 300 mm，采用C20 混凝土，导墙施工如图 4 所示。

图4 导墙施工图

4.2.3 护壁泥浆制备

地连墙施工的每一步都很重要，泥浆制备也是如此，泥浆制作的工艺、顺序等都有很大讲究，不同的泥浆成分占比也不一样。泥浆一般采用高速回转式泥浆搅拌机制备，对于不同型号的搅拌机，单位时间拌制的泥浆量不一样。在制作过程中，应该考虑投料、搅拌、放浆等占用时间。泥浆的制备有一定的顺序，依次是水、膨润土、CMC、分散剂、其他外加剂，按照此顺序加入搅拌机。在将以上物料搅拌约 7 min 后，可以开始放浆。注意事项：由于 CMC 是难溶物，所以在制作开始前将 CMC 溶解成 1 %～3 % 的溶液，然后再掺入到搅拌机里搅拌，泥浆制备如图 5 所示。

图5 泥浆制备图

4.2.4 成槽施工

经过对该工程地质结构情况进行分析后，再结合之前的施工经验和工法，认为该结构符合采用“抓冲结合”的标准。即先用成槽机对土层进行“抓土”，再用旋挖机及冲桩机进行“冲击”修孔和清孔，遇到较硬孤石则采用冲击锤冲击破碎后再旋挖，如图 6 所示。

图6 旋挖机、冲桩机配合施工成孔图

抓槽时机械履带应与槽段平行，抓斗每抓一次，应根据垂线观察抓斗的垂直度及位置情况，使抓斗与槽段中心一致，然后下斗直到土面，对于土质比较硬的情况，则应该先提起抓斗约 80 cm，对土数次冲击后再进行抓土，起斗时应缓慢，不能着急，同时需要注意，在抓斗出泥面时应及时加灌泥浆，其目的是保证一定液面，如图 7 所示。

图7 成槽机施工示意图

5 质量控制

4.2.5 成槽鉴定

成槽施工完成后，通知监理单位对成槽工艺进行验收鉴定，确保满足地勘单位及设计单位的要求后进行终孔验收，如图 8 所示。

图8 成槽鉴定验收示意图

4.3 材料与设备

使用机具如表 2 所示。劳动力投入计划如表 3 所示。

表2 使用机具

表3 劳动力投入计划

本项目遵循 GB 50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》、GB 50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》、JGJ 18-2012《钢筋焊接及验收规程》、JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》等规范对施工过程质量进行严格控制［2-5］。

5.1 槽壁稳定性控制及针对性措施

根据相关的技术规范和现场施工经验，在成槽阶段时应有效控制地下水头，保证槽段内泥浆液面比地下水位高出 1.5 m 左右。对于本工程，由施工图纸可知，在导墙制作阶段，要求导墙顶面高于地下水位 1.5 m，如果导墙有局部高差不足时，就可以采取一些措施来弥补，比如增大泥浆比重或者降水。对于在成槽施工过程中泥浆含砂率比较大即含砂率＞8 % 时或槽内泥浆回收时的情况，只需要用泥浆分离设备进行砂粒分离即可。

5.2 槽壁垂直度的控制

在施工过程中，需要采用双向控制的方法来控制槽壁垂直。双向控制法就是：一方面用成槽机的垂直度显示仪和自动纠偏装置来控制成槽过程中的槽壁垂直度，另一方面采用经纬仪和全站仪对成槽机进行垂直度监控，确保垂直度控制在 1/300 以内。

5.3 成槽施工保证措施

①卡斗的预防措施。卡斗的原因有很多，但是其主要原因在于上部缩颈从而导致槽段宽度变小，所以卡斗的预防措施就是控制好泥浆。②埋斗的预防措施。埋斗的原因有很多，但是其主要原因是槽段塌方土将抓斗埋住，所以埋斗的预防措施就是控制好槽壁的稳定性。如果施工过程中出现埋斗现象，需要立即置换槽段内泥浆，将其泥浆比重调至 1.2 g/cm3以上，黏度调到 30 s 以上，防止槽段的再次塌方，然后利用高压水（泥浆）枪冲散上部塌方土体，再利用气举反循环将散土吸出，最后利用吊车将抓斗提出［4］。③掉斗的预防措施。掉斗的原因有很多，成槽机掉斗的主要原因有以下两点：一是钢丝绳突然断裂，二是埋斗后处理不当造成抓斗掉入槽中，所以掉斗的预防措施就是在成槽机工作前要仔细检查钢丝绳，并且按时间和工作量定时更换钢丝绳。

6 效益分析

为了解决特殊地质条件下地连墙成槽施工的问题，华富村东、西区旧改造项目地基基础工程 Ⅱ 标段采用地下连续墙成槽施工方法，成槽效率得到显著提高。经过该施工方法的应用，每幅墙成槽节约工期 1 d，整个地连墙工程共节约工期 1×40=40 d，减少旋挖机、成槽机、冲桩机和人工成本投入，取得了较好的经济效益，一台徐工 360 租赁费用约为 1.0 万元/d，一台成槽机 SG-70 租赁费用约为 0.83 万元/d，一台冲桩机 JK6（1726248）租赁费用约为 0.02 万元/d，人工费用 1.2 万元/d，共节约（1+0.83＋0.02+1.2）×40=122 万元，地下连续墙成槽施工安全性及施工质量，得到监理、业主的一致认可。

7 结语

随着现代科学技术的不断进步，建筑施工中也不断采用新方法、新手段。对于特殊地质条件下地下连续墙成槽施工，现场施工人员必须具备相应的专业知识，同时需要收集有关地质资料，在施工过程中不断积累和学习基础施工经验。其次，对于施工工艺流程，还需要严格把握，严格遵守和执行设计图纸及操作规范，从施工的每一个工序控制施工质量，解决施工问题，预防施工事故。Q