廣州地鐵深基坑嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術

1、施 工 技 術CON STRU CT I ON TEC HNOLOGY 2009年6月第38卷 增刊廣州地鐵深基坑嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術劉兵科1,彭麗云2(1.北京長城貝爾芬格伯格建筑工程有限公司,北京 100028;2.北京交通大學,北京 100044摘要結合廣州地鐵6號線盾構3標段深基坑嵌巖地下連續(xù)墻工程,對連續(xù)墻在巖石中的成槽方法進行比選。在綜合考慮施工進度和成本的基礎上,采用傳統(tǒng)的沖樁機法施工。實踐證明,該法在嵌巖式地下連續(xù)墻施工中經濟可行。介紹了廣州地區(qū)復雜地質條件下深基坑連續(xù)墻施工的主要技術措施,并探討了工程施工中的控制重點。關鍵詞深基坑;嵌巖式;地下連續(xù)墻;沖樁機;雙輪銑;施工

2、技術中圖分類號TU 753.1 文獻標識碼A 文章編號1002-8498(2009S0-0044-05Rock -e m bedded D iaphrag m W all Constructi on Technologyfor Deep Foundati on of G uangzhou M etroLi u B i n gke 1,Peng Li y un2(1.Beijing Changcheng B ilfinger B erg er Construction Engineering Co.,L t d.,B eijing 100028,Ch i na ;2.B eij i ng J i

3、ao t ong Universit y,Beijing 100044,China Abst ract :Comb i n i ng w i th the deep foundati on and rock -embedded d i aphrag m w a ll constructi on of shie l d sector 3o f Guan -g z hou M etro L i ne 6,the d ifferen tm ethods used i n d iaphrag m reta i n i ng w all trench constructi on a re co m pa

4、 red and se lected .Based on the constructi on prog ress and cost consi derati on ,j e tti ng bore p ile is fi na lly used and con fir m ed as an econom icall y feasi b l e m ethod i n rock -e m bedded d iaphrag m w all constructi on .M eanwh ile ,som e pr i m ary key technique m easures for d i a -

5、ph rag m w all constructi on are i ntroduced .A nd som e control e m phasi s i n constructi on a re also discussed co m prehensively .T he successf u l i m ple m entation of the pro ject can prov ide gu i de li nes fo r the desi gn and constructi on o f deep and rock -embed -ded d i aphragm wa ll co

6、nstruc ti on in do m esti c eng ineer i ng practice .K ey w ords :deep f oundati on ;ro ck -e m beded ;d i aphragm w al;l j e tti ng bore p ile ;doub l e wheels trench cutter ;constructi ontechno logy收稿日期2008-10-16作者簡介劉兵科,北京長城貝爾芬格伯格建筑工程有限公司工程師,北京市海淀區(qū)交大東路18號院5號樓501室 100044,電話:(02028324308,E-m ai:l li

7、 ub i ngke 188.co m目前國內在軟土層中施作地下連續(xù)墻的相關技術已經相當成熟,但是在硬地層如礫石或者巖石中,嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術仍處于不斷探索和完善階段,在應用和經驗方面的資料非常有限。為了適應城市化發(fā)展的要求,隨著越來越多的地下空間的開發(fā)利用,將會有更多的地下連續(xù)墻,需要在嵌巖或更加困難的條件下施工。本文結合廣州地鐵6號線盾構3標段2個盾構始發(fā)井深基坑地下連續(xù)墻工程,對嵌巖連續(xù)墻開槽技術進行了方案比選,在此基礎上重點分析了沖孔樁機法在本工程中的應用及相應施工技術措施。1 工程概況本工程2個盾構始發(fā)井位于廣州市越秀區(qū)海珠廣場西廣場,單個長度14.80m,結構外包平面尺寸為:

8、16.80m 13.088m 。始發(fā)井基坑圍護結構采用地下連續(xù)墻+內支撐形式,地下連續(xù)墻厚1000mm,周長60m,嵌固深度約39m,墻體采用C30混凝土。1.1 周邊環(huán)境及管線情況施工地點位于廣州市繁華老城區(qū),在海珠廣場西廣場內,東側為海珠橋引橋,西側為僑光西路,南側為沿江中路,北側為一德路,道路相對狹窄,交通流量大。始發(fā)井施工場地周邊重要設施主要有地鐵二號線海珠廣場站以及僑光西路西側的藝景園玩具文具精品城。其中,藝景園玩具文具精品城與基坑距離約40m;地鐵二號線海珠廣場站的主體埋深約25m,距離豎井結構23m;其北側風道埋深約15m,距離豎井17m 。現場地下管線有3條:220kV 高壓電

9、纜、DN 1000給水管以及電信光纜。3條管線均在現場南側位置,距離豎井及盾構隧道結構較遠(高壓電纜與豎井結構最近距離約40m 。1.2 工程地質條件44本盾構始發(fā)井段土、巖層從新到老主要有:¹雜填土,局部素填土,稍濕濕、欠壓實稍壓實,松散稍密,呈淺灰色,灰黃色等,平均厚度4.33m;º-1B淤泥質土層,流塑軟塑狀,以粘粒為主,高壓縮性軟土,滲透性較差,深灰、灰黑色,平均厚度7.88m;»-1沖洪積砂層,以石英質粉細砂粒為主,局部夾少量中粗砂,灰色,飽和松散,級配不良,平均厚度2.52m;¿巖石強風化帶,褐紅色,棕紅色,風化裂隙發(fā)育,巖體較破碎,巖芯呈半

10、巖半土狀或巖塊狀,巖質極軟,失水碎裂,遇水易軟化,平均厚度3.64m;À巖石中風化帶,褐紅、棕紅色,泥質及鈣質膠結,裂隙較發(fā)育,巖石稍破碎,巖芯扁柱短柱狀,巖質較軟,失水易裂,浸水軟化,平均厚度8.12m;Á巖石微風化帶,褐紅、棕紅色,塊厚層狀構造,巖體較完整完整,裂隙不發(fā)育,巖芯多呈短長柱狀,局部碎塊狀,較軟巖,平均厚度未穿透。1.3 水文地質條件初見水位埋深0.803.70m,穩(wěn)定水位埋深1.004.50m 。盾構始發(fā)井段以南約120m 為珠江,施工場地范圍內第四系砂層較發(fā)育,分布連續(xù),場地地下水補給及排泄與珠江水有較好的水力聯(lián)系。本盾構始發(fā)井段主要含水層為第四系沖積粉

11、細砂層»-1和中風化粉砂質泥巖À。»-1細砂層呈層狀分布連續(xù),屬弱富水地層,中等透水性;中風化粉砂質泥巖À,巖體裂隙較發(fā)育或稍發(fā)育,巖芯較為破碎,屬弱中等富水地層,弱透水性。2 嵌巖式地下連續(xù)墻成槽方法比選嵌巖式地下連續(xù)墻成槽方法有:¹雙輪銑法施工 液壓雙輪銑槽機作為專用的地下連續(xù)墻施工設備,以其成槽施工效率高(較之抓斗法高23倍、孔形規(guī)則(墻體垂直度可控制在3j 以下、安全環(huán)保、適應地層地質范圍廣等優(yōu)點已在發(fā)達國家普遍采用。雙輪銑設備的成槽原理是通過液壓系統(tǒng)驅動下部兩個輪軸轉動,水平切削、破碎地層,采用反循環(huán)出渣。最大成槽深度可達150m,一

12、次成槽厚度在8002800mm 。º沖孔樁機法施工 沖樁法連續(xù)墻成槽是一種簡單成熟的施工工藝,在國內廣泛使用,其工作原理是用卷揚機帶動沖錘(34t依靠重力對地層反復沖擊,用反循環(huán)泥漿攜渣,帶出巖屑。»抓沖結合法施工 是液壓抓斗配合沖樁機共同作用進行成槽。該法充分考慮了液壓抓斗在軟弱地層中的優(yōu)勢和快速清基的作用。由于本工程施工場地狹小,抓斗和沖樁機兩種機械交叉作業(yè)干擾較大,無足夠的工作空間,不適用于本工程,故排除此種方法,僅就雙輪銑法施工和沖孔樁機法施工進行比選。2.1 施工進度對比本工程中連續(xù)墻深度39m,其中地面以下15m 范圍內為軟土層,15m 以下為中風化、微風化泥質

13、粉砂巖。根據地質詳勘資料,巖石的強度較低,在811M Pa 。采用雙輪銑在這種地層中施工,成槽速度約為1幅/d ,但是后續(xù)施工受鋼筋籠加工速度的限制。本工程鋼筋籠尺寸為38.8m 5.7m,加工成型的時間至少為4d ,受現場場地制約只能同時加工2個鋼筋籠,據此計算,采用雙輪銑施工大約3d 完成一幅連續(xù)墻施工。加上雙輪銑及其配套設備進場組裝的時間,完成所有連續(xù)墻施工大約需要70d 。根據以往施工經驗,沖孔樁機在軟土層中的進尺可以達到1m /h 以上;同時,由于巖層較軟,在該巖層中的進尺也可以達到25c m /h 左右。采用2臺樁機施工同一槽段,預計約22d 完成一幅連續(xù)墻。加上設備進場及多臺設備

14、相互影響因素,如果采用12臺樁機同時施工,完成全部連續(xù)墻施工大約需要85d 。2.2 施工成本比選雙輪銑成槽成本根據地層不同,約在10001500元/m 3,是正常施工工藝的1.52倍。其主要設備銑槽機結構復雜,全為進口設備,價值近2000萬一套,因此施工力量少,目前國內市場上只有7臺銑槽機。沖樁法連續(xù)墻成槽的主要設備沖樁機結構簡單,設備10多萬一套,市場上有大量的施工力量。綜上所述,在本工程中盡管雙輪銑成槽法具有很強的優(yōu)勢,但是由于其成本費用高,設備少,施工力量少,從施工成本和施工進度綜合考慮,決定采用價格低廉的沖孔樁機法進行嵌巖地下連續(xù)墻成槽施工,通過增加樁機數量來彌補施工進度上的不足。3

15、 施工工藝本工程地下連續(xù)墻每個豎井分為10個槽段,共設20個槽段。直線形槽段12個,長5.7m;L 形槽段8個,長5.694m 。連續(xù)墻接頭采用工字鋼接頭。3.1 施工流程槽段開挖前沿地下墻軸線兩側構筑導墻,以防地表土坍塌,保證成槽精度。導墻內凈距1050mm,比地下墻厚度多50mm 。452009增刊劉兵科等:廣州地鐵深基坑嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術由于明挖段所處上部地層是淤泥、粉砂層等軟弱地層,連續(xù)墻施工垂直度控制難度較大,且所處砂層對泥漿的質量影響十分不利,故在圍護結構連續(xù)墻施工前,建立一套泥漿處理系統(tǒng),通過管路連接地下連續(xù)墻的泥漿處理池,以便對泥漿進行篩分處理,確保泥漿質量。1泥漿選用

16、本工程以優(yōu)質粘土為主,加入適量膨潤土作為泥漿制備材料,另外,采用p H 值接近中性的自來水。2泥漿的生產及循環(huán) 泥漿循環(huán)方式:挖槽時采用正循環(huán),清槽時采用反循環(huán)。拌制新鮮泥漿采用1臺臥式葉片攪拌機,葉片轉速為300r/m i n ,一次制漿需達1m 3,拌制時間需8m i n 完成,每班生產能力可達60m 3。1沖孔成槽本工程連續(xù)墻成槽采用<1m 沖錘的沖孔樁機,每個槽段配備2臺樁機同時沖孔。一字形槽段分6個孔,采用/跳一孔0方法沖孔成槽,即每幅連續(xù)墻施工時,先沖1、5孔,后沖3、6孔,再沖2、4孔,如此反復沖孔直至設計槽底標高。L 形槽段長5.694m,分為7個孔,也采用/跳一孔0方法

17、沖孔成槽,即每幅連續(xù)墻施工時,先沖1、5孔,后沖3、7孔,再沖2、4孔,最后沖6孔,如此反復沖孔直至設計槽底標高(見圖1。成槽時,泥漿應隨著出土量補入,保證泥漿液面在規(guī)定的高 度。圖1 一字、L 形槽段沖槽順序示意一個槽段的所有孔都達到設計深度后,將沖樁機的圓沖錘換成1.6m 1m 的方錘,將槽壁突出的部分修平,以保證槽的寬度和槽壁平整度符合要求,利于鋼筋籠下放。槽段開挖完畢,應檢查槽位、槽深、槽寬及槽壁垂直度,合格后方可進行后續(xù)工作。槽壁垂直度偏差應<0.5%。2接頭處理為提高接頭處的抗?jié)B及抗剪性能,對地下連續(xù)墻閉合幅段及連接幅段應進行接頭處理,用外形與槽段端頭吻合的接頭刷,緊貼壁面凹

18、面,上下反復刷動10次以上,刷除附在凹面上的泥皮,保證混凝土澆注后密實、不滲漏。3清底及換漿采用置換法清底。清底采用D g100空氣升液器,由起重機懸吊入槽,空氣壓縮機輸送壓縮空氣,以吸漿反循環(huán)法吸除沉積在槽底的土渣淤泥。清底開始時,起重機懸吊空氣升液器入槽,吊放空氣升液器的吸管時不能一下子放到槽底深度,先在離槽底12m 處進行試吸,防止吸泥管的吸入口陷進土渣里堵塞吸泥管。清底時,吸泥管要由淺入深,使空氣升液器的喇叭口在槽段全長范圍內離槽底0.5m 處左右上下移動,吸除槽底土渣淤泥。鋼筋籠入槽前,對槽底泥漿和沉淀物必須進行置換和消除,置換量必須不小于該槽段總體積的1/3或下部5m 范圍。換漿是

19、置換法清底作業(yè)的延續(xù),當空氣升液器在槽底部往復移動不再吸出土渣,實測槽底沉渣厚度小于10c m 時,即可停止移動空氣升液器,開始置換槽底部不符合質量要求的泥漿。清底換漿是否合格,以取樣試驗為準,當槽內每遞增5m 深度及槽底處各取樣點的泥漿試驗數據都符合規(guī)定指標后,清底換漿才算合格。清底換漿全過程中,要控制好吸漿量和補漿量的平衡,不能讓泥漿溢出槽外或讓漿面落到導墻頂面以下30c m 。1鋼筋籠加工為保證鋼筋籠的幾何尺寸和相對位置正確,本工程鋼筋籠采用現場制作加工,平臺上整體施焊的施工方法,并根據實測導墻標高來確定鋼筋籠吊筋的長度,以保證結構和施工所需要的預埋件、插筋、保護鐵塊位置。鋼筋籠上設置縱

20、橫向起吊桁架和吊點,使鋼筋起吊時有足夠的剛度,防止鋼筋籠產生不可恢復的變形。對于拐角幅鋼筋籠除設置縱橫向起吊桁架和吊點外,另增設人字形桁架進行加強,以防鋼筋籠在空中翻轉時角度發(fā)生變化。2鋼筋籠吊裝鋼筋籠長度為38.8m,整體預制,一次吊裝。采用150t 履帶式起重機和50t 汽車起重機共同進行吊裝方案。加工制作鋼筋籠時,在鋼筋籠底部和頂部區(qū)域各設置4個吊點,吊環(huán)采用<28光圓鋼筋制作而成,吊環(huán)設置在鋼筋籠桁架對應的豎向鋼筋上。吊裝程序如下:鋼筋籠翻身起吊y 鋼筋籠移位y 鋼筋籠整體入槽y 吊點轉換y 重新將鋼筋籠整體吊起約300mm,派專人將擱置在導墻面上的2根14抽出,然后整體下放鋼筋

21、籠至設計標高。46施工技術2009增刊混凝土采用導管法澆注,導管為<250mm快速接頭鋼導管,節(jié)長為2.5m,最下一節(jié)長度為6m,導管下口距孔底1015c m。隨著混凝土面的上升,要適時提升和拆卸導管,導管底端埋入混凝土面以下一般保持在24m,嚴禁將導管提出混凝土面。導管提升時應避免碰撞掛住鋼筋籠。灌注水下混凝土的隔水栓采用橡皮球膽。4施工控制重點4.1泥漿質量控制泥漿的作用是護壁、攜渣、冷卻機具和切土潤滑,泥漿質量的好壞直接影響到槽段的穩(wěn)定和連續(xù)墻施工質量。本工程的質量控制指標如表1所示。表1泥漿質量控制指標時段密度/(103kg/m3粘度/s含砂率/%pH值膠體率/%成槽時1.251

22、.325301279>95清孔后底部<1.15<28<879>95成槽施工過程中,當處于上層軟土中時,由于泥漿指標變化較大,要求4h測量1次泥漿的密度及砂率;進入巖層后,每天早晚各測1次。測出的泥漿參數不符合要求時應及時調整,以保證既不坍孔又不會因浮力太大影響沖錘的沖擊效果。需要注意的是,由于第1次清孔、換漿在吊放鋼筋籠之前,距澆注混凝土時間較長,泥漿密度需控制在1200kg/m3上下,如果泥漿太稀,在下鋼筋籠和灌注混凝土準備過程中容易坍孔;太稠又容易在鋼筋籠和接頭工字鋼上形成泥皮,影響鋼筋和混凝土的粘結力以及工字鋼接頭的止水效果。在鋼筋籠吊放完成后,再利用準備灌

23、注混凝土的時間進行二次換漿,使泥漿密度達到規(guī)范要求的1150kg/m3以下,然后再灌注水下混凝土。整個施工過程中的泥漿液面控制也是一個重點。必須保證泥漿液面不低于導墻面以下30c m,也不高于導墻面以下5c m。特別是在清渣、換漿以及鋼筋籠下放過程中,需嚴密監(jiān)視液面變化,及時引出或注入泥漿,保持液面穩(wěn)定。液面低于導墻面以下50c m就極易造成坍孔,但是液面超過導墻又會導致溢出污染路面,影響文明施工。4.2沖孔過程施工控制1垂直度成孔垂直度采用在連續(xù)墻外側設置基準線,用鋼卷尺測量。根據沖孔進度,每進尺0.5 1.0m測量1次。測量時,把沖錘下放到距孔底約10c m 的位置,使樁機的鋼絲繩拉緊,然

24、后在孔口測量鋼絲繩中心與基準線的距離,通過幾何關系算出孔底偏差值。當偏差值超出規(guī)范要求時,需及時糾偏。糾偏時,將沖錘提到偏孔處上部,以修槽的方式來回拉動沖錘在偏孔范圍內反復沖擊,直至達到要求。如果偏差太大無法糾偏,則需按照坍孔處理方法回填后重新沖孔。2孔深考慮到沉渣的影響,連續(xù)墻的實際成槽深度要比設計槽底標高低5c m左右。根據導墻實際標高計算成槽深度,槽深采用標定好的測繩測量,在沖樁機鋼絲繩上做好標記,此標記在離槽底23m處,在到達該范圍時,用測繩測深,防止超挖和少挖,每槽段根據寬度測23點,做最后深度確定,測繩垂直放下,測完一點后,須提出液面后再測量一點,避免測繩在漿液中斜走而測出斜距,影

25、響正確讀數值。3平整度由于沖錘為圓形,所以沖完后兩孔相交位置會存在突起,需要用方錘進行修孔,使槽壁平整,以保證鋼筋籠能順利下放到設計標高。方錘的尺寸為1.6m1.0m,重量2.53t,用卷揚機帶動,在孔內反復上下拉動,從上往下分層修槽,直至槽底。一段修完后,測量本段的槽壁平整度,合格后移機到下一段繼續(xù)修槽,同一幅槽內兩段之間至少重合4050c m。槽壁平整度檢查方法為:一段修孔完成后,將方錘下放到槽底,然后緩慢向上提起,每次提升50c m,然后測量鋼絲繩中心與孔口基準線的距離,不超過規(guī)定值即為合格。每次提升高度根據方錘高度確定(本工程方錘高度約60c m。4坍孔處理沖孔施工中應注意避免坍孔事故

26、的發(fā)生,一旦出現應立即將粘土(軟土層中或片石(巖層中回填到坍孔位置以上12m,并待其沉積密實后再重新沖孔。5清渣沖孔過程中要注意及時清渣,因為沖出的碎石沉積在槽底,沖錘沖擊在碎石上而無法直接沖擊巖石,會嚴重影響沖孔進度。沉渣淤積嚴重時甚至會使進度停止。4.3鋼筋籠吊裝控制鋼筋籠吊點布置和起吊方式要防止起吊時引起鋼筋籠變形,需經過認真計算后慎重確定。起吊時不能使鋼筋籠下端在地面上拖引,以防造成下端鋼筋彎曲變形。為防止鋼筋籠吊起后在空中擺動,應在鋼筋籠下端系上拽引繩以人力操縱。插入鋼筋籠時,最重要的是使鋼筋籠對準槽段中心,垂直而又準確地插入槽內。鋼筋籠進入槽內時,吊點中心必須對準槽段中心,然后徐徐

27、下降,此時必須注意不要因起重臂擺動或其他影響而使鋼筋籠產生橫向擺動,造成槽壁坍塌。如果遇到鋼筋籠中途不能下放的情況,必須將鋼筋籠吊出,查明原因,對鋼筋籠或槽壁進行修整后再重新下放,嚴禁用起重機吊著鋼筋籠上下反復沖擊式下放。4.4混凝土澆注控制472009增刊劉兵科等:廣州地鐵深基坑嵌巖式地下連續(xù)墻施工技術清孔或置換泥漿符合要求后,應在4h 內將鋼筋籠吊下,連續(xù)墻澆注必須在鋼筋籠吊裝完畢后4h 內進行。故應注意置換泥漿時間與混凝土灌注時間的匹配性。開始灌注前,要根據槽寬計算好導管上方料斗內的混凝土量,保證隔水栓打開后混凝土能一次灌注到導管底端以上50c m 。澆注過程中,必須保持導管的埋管深度24m,不得大于6m,并不得小于2m,嚴禁將導管底端提出混凝土面。澆注過程中,設置專人每30m in 測量1次導管埋深及管外混凝土面高度,每2h 測量1次導管內混凝土面高度。澆注混凝土上升速度要求均勻,不要過快,也不應小于2m /h ,混凝土應連續(xù)灌注不得中斷,間歇時間任何情況下不得超過30m i n 。地