坚硬岩层深宽地下连续墙多孔成槽施工工艺

坚硬岩层深宽地下连续墙多孔成槽施工工艺1前言随着各城市地铁发展，新增线路的地质、周边环境情况越来越复杂，传统的地铁施工技术已无法满足这些特殊地质条件下的地铁施工需要，现阶段，国内地铁车站地下连续墙成槽多采用抓斗式、冲钻式、铣槽式，或两两组合的施工方案进行连续墙成槽施工，国内学者往往是针对某一特定的不良地质开展研究，故针对含有较厚富水砂砾层和微风化花岗岩层地质条件下的地下连续墙成槽垂直度、沉渣厚度难以控制这个难题，一直没有一个很好的解决办法。本工艺通过改进传统施工工艺，形成了一套多孔引槽成槽工艺。成功解决了富水砂砾层易出现塌孔及花岗岩地层成槽时间慢、易偏孔、垂直度、沉渣厚度不达标等问题。2工艺特点通过本工艺的运用，最大限度的利用了大型成槽的的机械使用率，加快了连续墙的成槽速度，在业主规定的时间完成地下连续墙施工，取得了较好的社会效益和经济效益。本工艺具有如下的特点：2.0.1硬质岩层成槽施工效率快：主孔采用两台圆锤跳冲由两侧向中央两轮冲钻施工，能确保圆锤冲钻时，两侧受力均匀，既充分利用机械设备提高施工效率，又有效保证槽段垂直度，避免盲目冲钻造成的卡锤及施工效率低下等问题；2.0.2成槽质量好：抓槽和冲钻两施工段采用双泥浆比，对岩层向斜问题采用填筑片石后高频低幅方式进行冲钻方法，保证槽段成型质量，垂直度满足要求；2.0.3能有效避免地下连续墙成孔后塌孔、偏孔等不良现象；2.0.4施工操作简单，前期用圆锤冲钻速度快，垂直度好，后期方锤修槽，将残余岩石冲钻干净，即加快了成槽速度又确保了成槽质量。3适应范围本工艺适用于中、硬以上岩层的地下连续墙成槽施工。4工艺原理4.0.1在保持圆锤底部直径不变的条件下，减小截面积，调整钻角碰擦面的角度，以减小钻头与孔壁的摩擦，同时，增加钻头底刃硬质合金齿的强度和尺寸，使之能同时接触孔底，加大锤头的破岩能力，使其可以破碎花岗岩等坚硬岩层。4.0.2在方锤靠近土体的两侧焊接两块硬度较高的合金钢板，利用其两侧90°刃口将槽壁上的残余岩石清理干净达到修槽的目的；同时，在方锤侧面焊接一个刷壁器，修槽的同时进行刷壁施工，可节约施工时间。4.0.3采用跳冲法从两端往中间施工的顺序。地下连续墙8m槽段，相邻主（副）孔之间509间距为1150mm，主孔与副孔间距为575mm，既合理确定和布置主副孔的个数及位置，同时又确保了孔间岩石工程量和均匀分布，避免重复冲钻。即先两轮冲主孔，然后一轮冲副孔，共三轮冲钻即可完成主副孔施工；再冲钻孔间残留岩石，最后方锤同时完成修槽和刷壁施工工序。如图4.0.3所示。图4.0.3多孔引槽施工工艺原理示意图5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程本工程深宽地下连续墙多孔成槽施工工艺流程如下所示：导墙施工→→孔位测量放样→→泥浆制备→→圆锤引孔→→成槽机抓取上部软弱土层→→改良圆锤冲钻先行主孔→→改良圆锤冲钻后行主孔→→改良圆锤冲钻副孔→→圆锤冲钻孔间残留岩石→→方锤刷壁修槽清除岩屑。5.2操作要点5.2.1导墙施工1）导墙垫层浇筑：基底检验合格后，在导墙基坑内两侧采用C15砼浇筑30cm宽，10cm厚垫层。2）导墙养护及内撑架设：混凝土浇筑完毕后及时用土工布覆盖养护，待砼达到设计强度的80%后将模板拆除并沿其纵向每隔2m左右加设上下两道支撑，支撑采用80×80mm木方。5.2.2施工测量放样根据施工图纸中地下连续墙位置以及槽段宽度预先放样出地下连续墙主、副孔位置，并用白线标示地下连续墙边线、槽段编号以及该段地下连续墙主、副孔编号以及主、副孔分界线；其中主孔以槽段两端边线为界按照1150mm的间距从两端往中间标注，副孔放样依据同主孔，相邻两、副孔间距为1150mm,副孔与主孔间距为575mm,主孔编号以1、2、3···标示，副孔用①、②、③···标示，如图5.2.2所示。图5.2.2地下连续墙槽段主副孔标示示意图5.2.3泥浆制备冲钻过程中泥浆比重对出渣有较大影响，为此，调整泥浆比至关重要，将成槽施工划分为抓槽与冲钻两个时段，采用不同比重的泥浆，如下表：为确保实施效果，现场准备一定量的优质泥浆，成槽前与试验人员新配置的泥浆参数，配置到100立方米时取样一次，分搅拌时和24小时后进行，并做好记录。成槽时每进尺1.5米，记录土样类型，每进尺5米检测槽底循环泥浆的参数指标，做好记录，如发现问题，及时停止掘进，调整泥浆参数。5.2.4圆锤引孔为方便成槽机施工，本工艺施工地下连续墙槽段引孔数为2个，即在编号为1、8号主孔位置采用冲击钻进行引孔施工，引孔深度为强风化花岗岩以上软弱土层部分；引孔时应加大泥浆比重，保证孔内不塌孔。5.2.5成槽机抓取上部软弱土层成槽机抓取强风化以上软弱土层，考虑成槽机抓斗受力原理，采用“三抓法”施工，即先抓两侧，再抓中间。土层成槽时不宜满斗挖土，即每斗不能挤满土方，因为土在泥浆中经过挤压后，会影响泥浆质量，使泥浆粘度比重增大。开挖过程中要实测垂直度，并及时纠偏。成槽机挖土过程中，上、下升降速度均缓慢进行，抓斗还要闭斗下放，开挖时再张开，每斗进尺深度控制在0.3m左右，避免形成涡流冲刷槽壁，引起塌孔。5.2.6改良圆锤冲钻先行主孔利用两台圆锤冲击钻同时冲钻先行主孔，采用跳孔法从两端向中间施工；即率先同时施工1、8号主孔；然后施工3、6号主孔，最后单独施工5号主孔；采用黑旋风+泥浆泵相结合的反循环出渣及泥浆循环的方式；施工过程中要保证泥浆液面高出地下水位1m以上，并实时检测泥浆比重等参数。5.2.7改良圆锤冲钻后行主孔利用两台圆锤冲击钻同时冲钻后行主孔，采用跳孔法从两端向中间施工；即率先同时施工2、7号主孔；然后单独施工4号主孔；转角部位向外多冲半个孔位（400mm），保证连续墙的完整性。采用黑旋风+泥浆泵相结合的反循环出渣及泥浆循环的方式。5.2.8改良圆锤冲钻副孔两台圆锤冲击钻同时冲钻副孔，冲钻顺序为从两端同时向中间施工；即先同时施工①、⑦副孔，然后同时施工②、⑥号副孔，同时施工③、⑤号副孔，最后单独冲钻④副孔；泥浆在槽内采用反循环出渣，减少重复破碎。5.2.9圆锤冲钻孔间残留岩石利用两台圆锤冲钻主、副孔之间残留岩石，冲钻顺序为从两端向中间施工，每次向前移动20cm；冲钻时控制冲程在1m以内，并防止击打空锤和放绳过多。5.2.10方锤刷壁修槽清除岩屑孔间残留岩石冲钻完成后，利用改良后的刷壁和修槽一体方形成槽锤进行槽壁修整，采取从槽段两端往中间行进的施工顺序，每次前进距离不大于50cm;同时辅以成槽机抓取清除槽底岩屑，并利用黑旋风+泥浆泵相结合的反循环出渣及泥浆循环的方式，确保成槽后的沉渣厚度满足要求。5.2.11岩、土交界向斜面岩层处理在岩土交界面存在向斜现象，地下岩层顶面不在统一标高上，坚硬岩层带有倾斜角，在圆锤冲钻进容易因受力不均匀而造成偏孔，引起后续施工中卡锺、卡笼现象。针对此问题，定期对槽段进行测量，发现偏孔、向斜现象立即停工，采用填筑片石后高频低幅方式进行冲钻。6材料与设备6.1主要材料6.2主要机械设备7质量控制7.1质量控制参考依据本工艺质量控制主要参考规范为《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2012）；《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2015）。7.2质量控制及检查标准7.3质量保证措施7.3.1导墙是连续墙平面位置、标高、垂直度的基准，应严格控制其平面位置与平整度，导墙中心线必须与地下连续墙中心线一致。7.3.2在成槽开始前，在导墙上定位出成槽机每一斗抓斗的中心位置，并放上标志物，以确保每次抓斗下放位置一致，防止抓斗左右倾斜；确保成槽施工垂直度。7.3.3成槽机应有导向装置，在抓斗抓进的过程中，一般1个小时测深度一次，并形成记录，待要抓到底时，一般2抓左右测一次深度。保证成槽精度在1/150以内。7.3.4冲击钻钻入岩层时，采用勤松绳、勤掏渣，防止锤环磨损过大造成斜孔和吊锤。施工过程中每0.5m～1m测量一次钻孔垂直度，并随时纠偏。岩层变化处采用低锤轻击、间断冲击的方法小心通过。7.3.5花岗岩层标高不一带有倾斜角，在圆锤冲钻时容易因受力不均匀而造成偏孔，采用填筑片石后高频低幅方式进行冲钻，避免造成后续施工中卡锤、卡笼现象发生。7.3.6成槽中抓槽与冲钻两个施工时段，采用不同比重的泥浆，最佳泥浆比重需通过试验确定；每隔6个小时检测槽底循环泥浆的参数指标，确保槽中泥浆比重一直在最佳值范围内。8安全措施本工艺安全措施主要遵守《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）、《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）的规定。8.0.1机械必须设置防护装置，注意每台机械必须一机一闸并设漏电保护开关。8.0.2操作人员必须持证上岗。熟识机构性能和操作规程。作业时要精神集中，发现视线内有障碍物时，要及时清除，信号不清时，不得操作。8.0.3大型施工机械的施工组织设计资料，包括大型施工机械的安装和拆卸的技术方案和安全作业的技术措施。8.0.4导墙养护时必须在槽口设置钢格栅板覆盖，以防行人落入槽内。两台冲击钻同时施工时，应保证机械之间的净空距离，确保施工安全。8.0.5地下连续墙成槽完成后应随即验收，并及时灌注水下混凝土，不能马上灌注时，敞口的槽段必须设栏杆防护，并在槽口处设置钢格栅板覆盖，以防行人落入槽内。9环保措施本工艺在环境保护方面主要遵守《建筑工程施工现场环境与卫生标准》（JGJ146-2013）和《建筑施工场界环境噪声排放标准》（GB12523-2011）的规定。9.0.1尽量使用环保机具，采用减振底座，将施工期间机械设备的噪音最大限度降低，禁止晚上12点以后进行冲钻钻作业。9.0.2施工过程中产生的废弃泥浆，要回收集中到泥浆沉淀池内进行处理后，指定专人定时清理各沉淀池的沉淀淤泥，并用封闭罐车将清理出的淤泥运至监理、业主以及城管局指定的地点进行处理。9.0.3成槽机抓槽产生土方装车后，先运至场地内临时渣土堆放场，待达到文明施工条件时再外弃；施工现场泥渣外运车辆须通过洗车系统冲洗后才能进入城市道路。9.0.4成槽机抓斗作业提升至导墙顶面时要稍停，待抓斗上泥浆滤净后，再提升装车，以防泥浆污染场地。掉在导墙上的泥土清至槽孔外，严禁铲入槽中。9.0.5采用黑旋风泥浆循环系统装置，使得膨润土和泥浆等材料利用率高，节省原材料（膨润土、添加剂等），节省泥浆搅拌费用。10效益分析10.0.1采用本工艺能缩短工期（据统计每幅地下连续墙成槽时间缩短1/5以上，且没出现超灌现象），提高了成槽效率，取得了不错的经济和社会效益。10.0.2采用本施工工艺成槽单幅成槽平均时间为3.5天，相对传统工艺的5d，能节约1.5d，每幅连续墙施工每天人工成本约为0.16万元，机械台班费0.64万元。对现场用电统计，每幅连续墙施工每天需用电900度。节约工期=5*15-3.5*15=22.5天人工成本=15幅×1.5天×0.16万元/天=3.6万机械台班=15幅×1.5天×0.64万元/天=14.4万现场用电=15幅×1.5天×0.09万元/天=2.02