基坑圍護結構地下連續墻遇微風化巖施工技術研究及應用

馬 丁 （中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

花崗巖巖層作為一種特殊地質巖性，由于其強度較高給地下連續墻成槽施工帶來諸多困難，引發開挖困難、基底隆起、沉降過大等風險和難題，給現場施工帶來不小的困惑。當地下連續墻設計位置穿越較厚的中風化巖層時，嵌入位置處于微風化或中風化花崗巖巖層，傳統施工做法通常是采用協同不同巖性的巖石強度。即提起沖擊設備，往已經形成的沖擊孔中回填與強度較高巖性強度基本相同的巖石，以補強度較弱巖性巖石面的物理強度，使兩種或多種強度不同的巖性表面強度基本形同，其回填面高度略高于現有強度較高巖面，最終效果為兩種或多種巖層其表面受壓強度基本達到同一界限，重新進行沖擊成孔施工，以保證成孔質量，防止偏孔。但該種施工工藝，工序繁雜、工效較低，在高密度城市建成區無法適用。因此，在保證地連墻施工質量的前提，如何加快施工進度，對于地下連續墻施工技術提出了更高的要求。

1 工程簡介

深圳地鐵某車站土建施工中采用明挖法施工，主體圍護結構采用800mm厚地下連續墻圍護，由于該車站所處地層巖性變化較大，廣泛存在上軟下硬的地層，且局部進入微風化花崗巖，對地下連續墻施工有較大影響，傳統的采用沖擊鉆沖擊成孔的施工方法，難以滿足現場工期需要。現場施工中創新的采用了預制鋼套筒導向嵌巖系統，針對中、微風化巖石采用分割施工面減小鉆頭與巖石接觸面的方式，先行破碎不同強度的巖石，保證了施工成孔功效，解決傳統施工空洞偏斜、塌孔的技術難題。

2 預制鋼套筒導向嵌巖系統施工工藝

2.1 工藝原理

在地質情況變化較大的地區，尤其是在斜向巖面地層情況下，地下連續墻采用沖擊成孔施工，易導致孔洞偏斜，垂直度較差，嚴重影響成孔率，制約成孔周期，從而造成整體工期的延誤，經濟損失和工期損失較大。傳統施工做法通常是采用協同不同強度巖性的巖石強度，即提起沖擊設備，往已經形成的沖擊孔中回填與強度較高巖性強度基本相同的巖石，以補強度較弱巖性巖石面的物理強度，使兩種或多種強度不同的巖性表面強度基本形同，最終效果為兩種或多種巖層其表面受壓強度基本達到同一界限，以保證成孔質量，防止偏孔；其回填面高度略高于現有強度較高巖面，重新進行沖擊成孔施工。本文所研究的預制鋼套筒導向嵌巖系統則不是協同各類巖性不同巖石強度，而是采用分割施工面減小鉆頭與巖石接觸面的方式先行破碎不同強度的巖石，再結合沖擊鉆機等設備進行鉆孔，以減輕沖擊鉆設備沖擊錘頭的工作強度，達到加快施工進度和節約成本的目的。

2.2 技術參數

①車站主體圍護結構采用800mm厚地下連續墻，基本墻幅寬度為4.0m、5.0m及6.0m。地下連續墻嵌入全風化、強風化巖層的深度不小于6.5m；地下連續墻嵌入中風化巖層的深度大于3m；嵌入微風化巖層的深度大于1.5m。

②采用CM358A型潛孔鉆，鉆桿直徑76mm，鉆頭直徑138mm。

③鋼套筒采用外徑152mm，壁厚6mm鋼套筒管，標準長度為8.944m。

④選取三塊800mm×700mm×2cm厚限位鋼板，放置于鋼套筒的上、中、下三個部位，下部和中部的限位鋼板與鋼套筒焊牢，上部臨時焊接。鋼圍檁采用400mm×800mm型鋼，鋼管內撐規格為Φ630m×16mm的無縫鋼管。

2.3 施工工藝流程

地質補勘→現澆導墻→成槽施工→加工預制鋼套筒導向嵌巖系統→預制鋼套筒導向嵌巖系統就位→嵌巖鉆機就位→嵌巖鉆機鉆進→成孔→移除預制鋼套筒導向嵌巖系統→沖擊鉆機就位→沖擊鉆機鉆進→地下連續墻成孔→清槽。

2.4 預制鋼套筒導向嵌巖系統施工工藝

2.4.1 鋼套筒選材及孔位布置

①鉆孔直徑及鉆孔數量的選擇。在巖層特性相同的條件下，鉆孔直徑越大對巖層整體結構破壞越強，但是鉆孔效率降低；鉆孔直徑越小，對巖層整體結構破壞越小，但鉆孔效率高。如何讓鉆孔直徑和鉆孔數量成反比的情況下，結合巖層的強度使機械使用達到最優的施工效果，是選擇鉆孔參數的關鍵。我們在施工過程中，選擇直徑138mm鉆頭。結合現場施工圍巖的強弱以及施工經驗，制作了7孔和9孔的導向嵌巖系統。7孔適用于中風化巖層，9孔適用于微風化巖層，用氧氣乙炔火焰槍進行切割。

②將鋼套筒穿入限位鋼板的圓孔中，三塊限位鋼板分別放置于鋼套筒的上、中、下三個部位，下部和中部的限位鋼板與鋼套筒焊牢，上部臨時焊接，這樣可根據地下連續墻孔深調節鋼套筒的長度。鋼套筒的標準長度為8.944m，現場準備若干1m、2m、5m等長度的臨時鋼套筒，可根據孔深選擇臨時鋼套筒焊接在標準長度的鋼套筒上。為增加焊接牢固性，在鋼套筒接頭處焊接4根直徑20mm、長30cm的螺紋鋼筋作為連接桿，與上下鋼套筒各搭接15cm。

③孔位布設

標準段地下連續墻6m槽段按五個主孔（1～5），4個副孔（6～9）進行布設。主副孔位關系確定后，再將兩種鋼套管分別定位于相應的孔位上，主孔位與主孔位中心間距150cm，主孔位與副孔位中心間距為75cm，以九孔導向套管為例主副孔平面圖如2所示。

圖2 地下連續墻槽段孔位布置圖

2.4.2 埋設預制鋼套筒導向嵌巖系統

沖擊鉆機完成軟質地層鉆孔后，吊裝安放預制鋼套筒導向嵌巖系統，根據孔深選擇合適長度的鋼套筒，選擇原則為寧長勿短。將預制鋼套筒導向嵌巖系統吊起，用水平尺或錘球檢查，保證預制鋼套筒導向嵌巖系統的垂直度；下放至槽孔過程中速度應緩慢，防止碰到槽壁導致槽孔坍塌或鋼套筒變形；下放至孔底后用鋼筋穿過鋼套筒間隙橫跨在地下連續墻導墻的混凝土面上，兩側放置重物防止位移。高于導墻的鋼套筒用氧氣乙炔火焰槍切除，將預制鋼套筒導向嵌巖系統上部的限位鋼板下放至橫跨鋼筋上點焊固定。通過調整型鋼的高低和型鋼與導向鋼套筒平面位置關系固定導向鋼套筒，底部焊接同槽段寬度的鋼筋支架通過槽段兩側的土體進行固定，確保預制鋼套筒相對位置的精確，防止工作中偏離孔位折斷鉆桿。

2.4.3 潛孔鉆成孔

潛孔鉆機根據不同的巖層特性采用不同的沖擊速度進行成孔。首先，鉆頭對準布置好的鋼套筒孔位后，需要保證鉆桿垂直度，然后再開始鉆進。成孔過程中可以根據不同深度的巖渣情況判斷鉆孔位置的地質情況，與設計地質進行對比，檢驗是否與設計相符。根據不同的地質情況與設計溝通確定不同的嵌入深度。

圖3 沖擊樁機施工圖

2.4.4 沖擊鉆成孔

地下連續墻槽內潛孔鉆機施工完成后，繼續采用沖擊鉆機鉆進施工。沖擊鉆孔時，槽段內水位宜高于地下水位以上1.5m～2m或低于導墻頂標高0.5m；鉆頭起落速度均勻，不得過猛或驟然變速。槽內出土不得堆積在鉆孔周圍；鉆孔應連續進行，達到設計深度后，應對孔位、孔徑、孔深和孔斜等進行檢查；開始鉆孔時，應采用小沖程開孔，待鉆進深度超過鉆頭全高正常沖程后，方可進行正常沖擊鉆孔。

2.4.5 泥漿凈化器清槽

沖擊成孔后，重復成槽施工工序，利用液壓成槽機開挖，槽段開挖到設計標高后，采用泥漿凈化機進行清槽施工。泥漿凈化機安裝在導墻上，通過鋼管與潛水泥砂泵連接。泥砂泵通過吊車將其放置至槽底，將槽底含石屑的濃泥漿直接抽出輸送至泥漿凈化機。通過凈化機旋流分離作用，將泥漿排放回槽段內重新使用，廢屑經過振動篩排至地面，其含水量及含泥量均較低，可直接裝車外運。泥漿凈化機主要適用于現代基礎工程施工中采取泥漿固壁、循環鉆進工藝的大口徑樁基及地下連續墻工程。該設備能夠將泥漿充分凈化，有利于控制泥漿的性能指標，提高造孔質量；同時對土碴的有效分離，有利于提高造孔工效；泥漿的閉路循環方式及較低的碴料含水率有利于減少環境污染。

圖4 泥漿凈化器清槽施工圖

3 結語

在地下連續墻沖擊成孔施工過程中，斜向巖面巖層地質結構容易導致沖擊孔洞偏斜，垂直度出現較大偏差，嚴重影響成孔效率，制約成孔周期，從而造成整體工期的延誤，經濟損失和工期延誤較大。本文依托項目實際，研制開發了預制鋼套筒導向嵌巖系統，有效解決了微風化和中風化花崗巖堅硬巖層的斜向巖面沖擊鉆沖擊孔洞偏斜的技術難題，節約人工費、機械租賃費及施工用電費約35萬元，工期提前60天。項目研究成果的應用，對整個地鐵7號線和類似地質結構的地鐵線路及房屋建筑等領域的堅硬巖層的深孔基礎施工影響巨大。