胡小沖

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣州510620）

0 引言

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。

1 工程概況

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

2 地質(zhì)水文條件

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)。

3 連續(xù)墻成槽工藝的選取研究

3.1 珠三角地區(qū)常見(jiàn)的地下連續(xù)墻成槽法分析

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。

3.2 地下連續(xù)墻成槽法的選取

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。

3.3 全沖成槽法的施工效果

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。

4 旋-沖結(jié)合成槽法研究

4.1 研究對(duì)象

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。

4.2 制定工藝流程

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

4.3 成槽方法的研究

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 成槽效果對(duì)比

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 旋-沖聯(lián)合成槽質(zhì)量控制要點(diǎn)

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。

5 結(jié)語(yǔ)

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。