胡小沖
(廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣州510620)
隨著城市建設(shè)的深入,大中型城市的土地逐漸變成了稀缺資源[1]。為了使土地物盡其用,地面上的建筑物競(jìng)相比高,地下空間也向著“深、大、廣”的方向不斷發(fā)展。地下連續(xù)墻因其剛度大、止水承重效果好,被越來(lái)越多地運(yùn)用到各類(lèi)工程的深基坑支護(hù)中,如:武漢市綠地中心57.3 m 地下連續(xù)墻[2]、寧波軌道交通兒童公園站77 m 地下連續(xù)墻[3]、上海蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程試驗(yàn)段150 m 地下連續(xù)墻[4]等。目前在廣州城區(qū)土層地下連續(xù)墻成槽工藝已很成熟,但是對(duì)于巖層地下連續(xù)墻的成槽都在探索不同的方法。本文以某綜合樓項(xiàng)目為依托進(jìn)行了旋-沖結(jié)合成槽法的應(yīng)用研究,積累了一些經(jīng)驗(yàn),以期為后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。
某綜合樓項(xiàng)目位于廣州市荔灣區(qū)流花路,擬建綜合樓設(shè)地上13 層、地下3 層,項(xiàng)目周邊為20 世紀(jì)中期的危舊居民樓和辦公樓。本項(xiàng)目基坑周長(zhǎng)約380 m,面積約6 556 m2,開(kāi)挖深度約17 m,采用800 mm 地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),外加2道鋼筋混凝土內(nèi)支撐,如圖1所示。連續(xù)墻槽段共劃分為66幅,墻身深約20 m,墻身外側(cè)最近處離周邊建筑物凈距不到5 m。
圖1 基坑平面布置Fig.1 Foundation Pit Plane
根據(jù)地質(zhì)資料,場(chǎng)地自上而下地層分布情況如下:①層雜填土、②1層淤泥、②2層粉質(zhì)粘土、②3層粉砂、②4層中砂、③層粉質(zhì)粘土、④1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、④2層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、④3層中風(fēng)化礫巖。其中巖層較高,地面下10 m 進(jìn)入巖層,強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為7.1 MPa,中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為23.3 MPa,中風(fēng)化礫巖天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為34.6 MPa。場(chǎng)地地下水埋深1.7~2.8 m,補(bǔ)給源主要為大氣降水,排泄方式主要為蒸發(fā)。
珠三角地區(qū)常見(jiàn)的連續(xù)墻成槽法主要有以下幾種:⑴全沖成槽,此法應(yīng)用最早、適用范圍最廣,加上施工機(jī)械相對(duì)簡(jiǎn)單且成本低,被普遍應(yīng)用于地下連續(xù)墻成槽施工,但其缺點(diǎn)也比較明顯,工效低、噪音大、震動(dòng)大。⑵抓-沖聯(lián)合成槽,此法適用于全土層或巖面深且?guī)r層強(qiáng)度不高的地下連續(xù)墻。先用沖樁機(jī)完成導(dǎo)向孔,然后用抓斗一抓到底,局部抓斗無(wú)法施工的部位采用沖樁機(jī)成槽。由于珠三角軟弱地質(zhì)普遍,此法在該類(lèi)地質(zhì)條件下工效高且成本適中,應(yīng)用也非常普遍,如:廣州地鐵3 號(hào)線(xiàn)赤崗塔站[5]、深圳地鐵1 號(hào)線(xiàn)國(guó)貿(mào)站[6]、港珠澳大橋珠海連接段拱北口岸曲線(xiàn)頂管接收井[7]、佛山某地產(chǎn)項(xiàng)目[8]。⑶銑槽機(jī)成槽,此種法成槽工效最高、震動(dòng)小、噪音低,但成本較其他工藝高很多,適用于場(chǎng)地條件好、工期非常緊、入巖深、其他成槽工藝不滿(mǎn)足施工需要的項(xiàng)目,一般情況不予采用,如:廣州地鐵21號(hào)線(xiàn)花城路站[9]、廣州地鐵18號(hào)線(xiàn)番禺廣場(chǎng)站[10]、深圳地鐵2號(hào)線(xiàn)仙湖路站[11]等。
某綜合樓項(xiàng)目連續(xù)墻槽段深20 m,平均入巖約10 m,中風(fēng)化巖樣強(qiáng)度為25~35 MPa;同時(shí)施工場(chǎng)地狹窄,支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)距施工圍墻普遍在5 m 以?xún)?nèi)。因地下連續(xù)墻入巖深、巖層強(qiáng)度高且施工場(chǎng)地受限,綜合考慮成本因素,前期選取了全沖成槽法。
本項(xiàng)目地處中心城區(qū),周邊居民生活區(qū)和辦公區(qū)密集,不能24 h 不間斷施工,每天的作業(yè)時(shí)間有限(07∶00-12∶00、13∶30-22∶00)。第一幅施工的連續(xù)墻為Q44,該槽段9月23日開(kāi)始成孔,采用2臺(tái)沖樁機(jī)對(duì)沖成槽法施工。每臺(tái)沖樁機(jī)成1個(gè)孔需4 d時(shí)間,接頭導(dǎo)向孔加主副孔共11個(gè)孔,加上過(guò)程中修錘的停機(jī)時(shí)間及修槽清孔等工序,于10月17日完成混凝土澆注,共計(jì)25 d??梢?jiàn),全沖成槽法施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且由此引起的震動(dòng)和噪音對(duì)周邊居民生活和辦公的影響較大。
鑒于珠三角地區(qū)常見(jiàn)的連續(xù)墻成槽方法已無(wú)法滿(mǎn)足工期的需要,為解決或緩和存在的矛盾,結(jié)合場(chǎng)地條件、成本、工期等各方面因素,決定采用旋挖機(jī)與沖樁機(jī)聯(lián)合成槽法,簡(jiǎn)稱(chēng)“旋-沖結(jié)合成槽法”。同時(shí)為驗(yàn)證研究成果的有效性,選取了與Q44 相同地質(zhì)條件下相鄰的一期槽段Q42 為旋-沖結(jié)合成槽法的研究對(duì)象。
結(jié)合Q44成槽過(guò)程中的施工經(jīng)驗(yàn),針對(duì)性制定了旋-沖結(jié)合成槽的地下連續(xù)墻施工工藝流程,如圖2所示。
圖2 旋-沖結(jié)合成槽法地下連續(xù)墻施工工藝流程Fig.2 Engineering Flow Sheet of Rotary Excavatorimpact Pile Driver for Diaphragm Wall
對(duì)于一期槽段,用旋挖機(jī)施工2個(gè)接頭導(dǎo)向孔(見(jiàn)圖3a),然后旋挖機(jī)施工4 個(gè)主孔(見(jiàn)圖3b),沖樁機(jī)施工5 個(gè)副孔(見(jiàn)圖3c),最后采用方錘修槽(見(jiàn)圖3d);副槽段采用旋挖機(jī)成3 個(gè)主孔(見(jiàn)圖4a),沖樁機(jī)成4個(gè)副孔(見(jiàn)圖4b),最后采用方錘修槽(見(jiàn)圖4c)。
圖3 一期槽段成槽示意圖Fig.3 Diagrammatic Sketch of the 1st Stage Trough Section Grooving
4.4.1 工期對(duì)比
Q42 槽段10 月31 日開(kāi)孔,旋挖機(jī)日均成孔2~3個(gè),沖樁機(jī)功效不變,加上修槽、清孔、澆注混凝土等工序,于11 月11 日完成,共12 d。由此可見(jiàn),旋-沖結(jié)合成槽法大大提高了施工功效,工期較全沖成槽法縮短了13d ,效果明顯。旋-沖結(jié)合成槽法現(xiàn)場(chǎng)施工情況如圖5所示。
圖4 二期槽段成槽示意圖Fig.4 Diagrammatic Sketch of the 2st Stage Trough Section Grooving
圖5 旋-沖結(jié)合地下連續(xù)墻成槽工藝實(shí)施Fig.5 Combined Trenching Method of Rotary Excava?tor-impact Pile Driver for Diaphragm Wall
4.4.2 成本對(duì)比成槽完成后,對(duì)Q44與Q42兩幅方量相同的地下連續(xù)墻進(jìn)行了間接成本和直接成本的對(duì)比(成槽方量96 m3,以施工當(dāng)時(shí)的實(shí)際成本數(shù)據(jù)為計(jì)算依據(jù)),結(jié)果如表1、表2所示。
由表1、表2 可知,旋-沖結(jié)合成槽法較全沖成槽法的直接成本高,但其施工效率的提高和工期的縮短所帶來(lái)設(shè)備租賃費(fèi)用、管理人員及輔工工資、辦公費(fèi)用等其他間接成本的節(jié)約遠(yuǎn)大于直接成本的增加。
4.5.1 垂直度控制
垂直度控制是旋-沖成槽法成敗的關(guān)鍵,若垂直度控制不善,將導(dǎo)致方錘修槽時(shí)卡錘、鋼筋籠無(wú)法順利下放、增加擴(kuò)孔系數(shù)且在土方開(kāi)挖后增加鑿壁整平工作量等問(wèn)題。本項(xiàng)目選用具有電子監(jiān)控調(diào)節(jié)鉆桿的功能的BG25旋挖機(jī),在鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控、隨時(shí)調(diào)整,同時(shí)安排專(zhuān)職人員跟進(jìn)測(cè)量鉆桿與導(dǎo)墻的相對(duì)位置,每進(jìn)尺1 m 測(cè)量1 次,兩者結(jié)合確保成孔過(guò)程中的垂直度。
表1 Q42與Q44成槽間接成本對(duì)比Tab.1 Comparison of Indirect Costs for Trenching between Q42 and Q44
表2 Q42與Q44成槽直接成本對(duì)比Tab.2 Comparison of Direct Costs for Trenching between Q42 and Q44
4.5.2 鉆進(jìn)
旋挖機(jī)常用的鉆具有鉆斗和筒鉆,本項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)條件選用的是單底鉆斗(FBB-I∕FBB-II)和風(fēng)化巖筒鉆(CB-I)[12],如圖6 所示。在旋挖機(jī)成孔過(guò)程中根據(jù)巖樣情況及時(shí)更換鉆具,保證鉆進(jìn)速度。另外,旋挖機(jī)鉆具提升時(shí),泥漿液面會(huì)下降,泥漿會(huì)順著孔壁與鉆具外表面之間流動(dòng),若流動(dòng)速度過(guò)大會(huì)對(duì)孔壁造成沖刷,容易引起塌孔[13]。所以必須根據(jù)鉆具施工所處的地層情況控制鉆桿的提升速度。當(dāng)成槽地層由硬變軟時(shí),要適當(dāng)放慢鉆進(jìn)速度和提升速度;由軟變硬時(shí),可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度和提升速度。在塑性的地層中,要適當(dāng)加大泥漿比重,防止縮徑。當(dāng)鉆孔傾斜時(shí),要校正鉆桿垂直度反復(fù)鉆進(jìn),如無(wú)效果則可往孔內(nèi)回填風(fēng)化巖塊至偏孔處以上0.5~1.0 m 的位置,再重新鉆進(jìn);若成槽過(guò)程中出現(xiàn)塌孔,應(yīng)立即停止施工并回填優(yōu)質(zhì)粘土,待穩(wěn)定后再重新鉆進(jìn)。
圖6 土層鉆斗及風(fēng)化巖筒鉆Fig.6 Soil Drill Bucket and Rock Drill Bucket
4.5.3 泥漿性能指標(biāo)
泥漿在成槽過(guò)程中的主要作用是防止土體坍塌、浮渣、冷卻及潤(rùn)滑鉆頭[14]。造漿可選用膨潤(rùn)土或優(yōu)質(zhì)粘土,本項(xiàng)目粘土質(zhì)量較好,采用原土造漿。在成槽過(guò)程中,泥漿比重應(yīng)控制在1.2~1.4 之間、粘度控制在25~30 s、含砂率應(yīng)少于12%。在澆灌混凝土之前應(yīng)對(duì)泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),將泥漿比重控制在1.2以?xún)?nèi)、粘度控制在22~28 s、含砂率應(yīng)少于3%,確保槽壁安全及孔底沉渣滿(mǎn)足規(guī)范要求。
4.5.4 補(bǔ)漿
在旋挖機(jī)成孔過(guò)程中,隨著進(jìn)尺的不斷加深,泥漿液面會(huì)隨之下降,為防止塌孔需及時(shí)補(bǔ)漿。特別是在地質(zhì)條件較差的土層中成孔時(shí),應(yīng)根據(jù)孔內(nèi)泥漿液面高度控制旋挖機(jī)鉆進(jìn)速度。補(bǔ)充的漿可直接采用相鄰槽段比重較大的循環(huán)泥漿或直接抽泥漿池中泥漿。在確保成槽安全的同時(shí),也節(jié)約了水資源,減少泥漿量的產(chǎn)生。
目前在廣州城區(qū)地下室的開(kāi)發(fā)越來(lái)越普遍且層數(shù)越來(lái)越多,基坑采用連續(xù)墻支護(hù)的項(xiàng)目也越來(lái)越多。本項(xiàng)目類(lèi)似地質(zhì)在廣州城區(qū)分布廣泛,針對(duì)巖層和土層比例接近甚至超過(guò)1∶1、巖層強(qiáng)度在30 MPa 以上的地下連續(xù)墻,采用“主孔旋、副孔沖、方錘修”的旋-沖結(jié)合成槽法,其功效較全沖成槽法提高近1 倍,既節(jié)約成本又節(jié)省工期,同時(shí)還可減少施工震動(dòng)、噪音及廢棄泥漿的排放量,一定程度上也起到了保護(hù)環(huán)境的作用,應(yīng)用前景廣闊。