超深超厚地连墙两钻一抓施工工法.docx
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超深超厚地连墙两钻一抓施工工法
超深超厚地连墙两钻一抓施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
余东洲
1.前言
地下连续墙开挖技术起源于欧洲，是在地面上，利用一些特种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的基槽，并在其内浇注适当的材料而形成的一道具有防渗、挡土和承重功能的连续的地下墙体。
现阶段，随着科技的进步，地下连续墙朝着超深超厚的趋势发展，随着槽深的增加，下部土层、岩层的强度越来越高，单一成槽机在面对强度较高的地层时，成槽困难。
土层较硬时，还会影响到地连墙成槽垂直度。
“两钻一抓”地连墙成槽施工即先采用旋挖机引孔至设计深度，再利用成槽机成槽的方法开挖土体，本工法不仅能保证地连墙成槽的垂直度，还能保证施工效率。
2.工法特点
1、土层或岩层较坚硬时也可成槽，保证施工可能性。
2、旋挖机配合成槽时施工速度快，保证施工效率。
3、利用旋挖机引孔，可保证后续成槽时槽段垂直度达到设计要求。
3.适用范围
1、超深超厚地连墙的施工。
2、土层或岩层较坚硬，液压成槽机无法单独成槽的一般性地连墙。
4.工艺原理
先采用旋挖机破除成槽机抓斗宽度两侧的土体或岩体，形成圆孔状孔洞，使成槽机抓斗两侧均能放在孔洞中，保证吃土阻力均匀，从而保证地连墙成槽质量，同时提高效率。
旋挖机引孔平面示意图如下：
图4.1引孔平面示意图
图4.2地连墙成槽示意图
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1“两钻一抓”地连墙施工工艺流程图
5.2导墙施工
5.2.1导墙的施工要点
导墙是控制地下连续墙各项指标的基准，它起着支护槽口土体，承受地面荷载和稳定泥浆液面的作用。
为了使导墙具有足够的刚度与良好的整体性，导墙采用现浇钢筋混凝土结构，导墙中线与地下连续墙中心线重叠，为了保证连续墙钢筋笼顺利下放，导墙宽度放宽5cm，导墙顶部高出地面10cm，厚度0.2m，深度为穿透杂填土层。
5.2.2导墙施工步骤
导墙施工步骤如下：
1、开挖：
导墙开挖采用小型挖掘机开挖，人工配合清底。
根据实际地质情况，开挖穿透杂填土层即可；
2、立模及浇砼：
砼浇筑采用模板及钢管支撑，插入式振捣器振捣，混凝土采用分层、对称、平行浇筑顺序，以防止因砼浇筑不均导致导墙平移。
3、拆模及加撑：
砼浇筑2-3天后可以拆模，同时在内墙上面分层支撑150×150mm方木，防止导墙向内挤压，方木水平间距2.0m，上下间距为2.0m。
在导墙的砼达到设计强度前，禁止任何重型机械和运输设备在其旁边通过。
5.3泥浆护壁系统的建立
5.3.1泥浆护壁系统的一般要求
制备泥浆时，应该严格把控制备泥浆的材料及投放比例。
成槽作业过程中，槽内泥浆液面应保持在不致泥浆外溢的最高液位，泥浆面不应低于导墙顶面0.5m。
1、泥浆系统工艺流程
泥浆系统工艺流程图如下：
图5.3.1泥浆系统工艺流程图
2、泥浆配制
新鲜泥浆配合比如下：
表5.3.1新鲜泥浆配合比表
泥浆材料
膨润土
纯碱
CMC
自来水
1m3投料（kg）
80
4.5
1
950
3.、泥浆储存
按照规范，现场泥浆储备量必须保证两幅地连墙的使用，假设槽宽为s，槽深为h，墙厚为m，泥浆液面低于槽顶30cm，计算得出泥浆的现场储备量Q为:
（5.3.3）
式中s—地连墙槽宽，单位m；
m—地连墙墙厚，单位m；
h—地连墙槽深，单位m；
Q—泥浆池的容积，单位m3。
4、泥浆循环
泥浆循环采用3kw型泥浆泵在泥浆池内循环，7.5Kw型泥浆泵输送，15Kw泥浆泵回收。
泥浆循环方式挖槽时采用正循环，清槽时采用反循环。
5、泥浆的分离净化
泥浆使用一个循环之后，利用泥浆净化装置对泥浆进行分离净化并补充新制泥浆，以提高泥浆的重复使用率。
5.4旋挖引孔
5.4.1槽段划分
槽段长度划分的基本要求是尽量减少墙段接头，有利于快速、均衡和安全施工。
实际长度的确定一般应考虑以下因素：
1、地质情况：
地层很不稳定时，为防止沟槽壁面坍塌，应减小槽段长度以缩短造孔时间。
地下水水位高、流速大的地段槽孔宜短，反之则可长；较密实地层中的槽孔宜长，疏松、漏失地层中的槽孔宜短；含漂石较多的地段造孔时间长、泥浆漏失量大，应采用较短的槽孔长度。
2、周围环境：
假使近旁有高大建筑物或较大的地面荷载，为确保沟槽的稳定，应缩减槽段长度，缩短槽壁暴露时间。
3、工地具备的起重机能力：
根据是否能方便地起吊钢筋笼等重物，决定槽段长度。
4、单位时间内供应混凝土的能力：
通常可规定每槽段长度内全部混凝土量，须在4h内浇筑完毕。
即
（5.4.1）
5、工地所具备的泥浆槽容积：
泥浆池容积一般应是每一槽段容积的2倍。
5.4.2引孔位置定位
现场地连墙槽段分为首开幅、连接幅和闭合幅三种形式。
根据槽段的形式、接头的形式和抓斗的宽度（一般取2.8m），确定旋挖机的引孔位置。
1、对于首开幅。
槽段两侧均需要外放，根据规范，外放后槽段的总长度必须大于成槽机抓斗宽度的2倍+连接器的厚度。
正常情况下，首开幅幅宽大于2倍抓斗宽度，此时首开幅需引孔4处。
假设首开幅幅宽为w，厚度为h，则引孔平面位置按下图确定。
图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。
图5.4.2-1首开幅引孔位置
2、对于连接幅。
槽段一侧需要外放一个接头箱的厚度,再考虑外放，以w宽、h厚的连接幅为例，由于首开幅一端已经引孔，连接幅需引孔两处，引孔平面位置按下图确定。
图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。
图5.4.2-2连接幅引孔位置
3、对于闭合幅。
槽段不需要外放,以w宽、h厚的闭合幅为例。
由于闭合幅两端均已引孔，闭合幅只需引孔一处，引孔平面位置按下图确定。
图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。
图5.4.2-3闭合幅引孔位置
图5.4.2-4现场旋挖引孔
5.4.3旋挖钻机选型
1、钻杆的选择
根据地层及槽深，可供选择的旋挖机钻杆有摩阻杆和机锁杆两种。
摩阻杆旋挖钻机钻开始钻进属于自重钻进，不加压，摩阻式钻杆适用于普通软地层钻进。
机锁杆适应钻进硬地层。
它在传递旋挖钻机钻进扭矩的同时还能传递足够的给进力。
根据岩层选择钻杆后，还需要选择与钻杆搭配的钻头，钻头类型及适用范围如下表：
表5.4.3-1螺旋钻头分类表
序号
钻头名称
类型
适用地质
1
锥形螺旋钻头
双头双螺旋
坚硬基岩
双头单螺旋
中硬及硬基岩
单头单螺旋
风化基岩、卵石、含冰冻土等
2
斗齿直螺旋
双头双螺旋
砂土、胶结差的小直径砾石层
双头单螺旋
砂土、土层
单头单螺旋
胶结差的大直径卵石、粘性土及硬胶泥
3
截齿直螺旋
双螺旋、三螺旋和四螺旋
中硬基岩或卵砾石
4
旋挖钻斗
双开门斗
范围较宽的地层
单开门斗
大直径卵石层及硬胶泥地层
5
筒式取芯钻头
截齿筒钻
中硬基岩和卵砾石
牙轮筒钻
坚硬基岩和大漂石
6
冲击钻头
大漂石和坚硬基岩辅助钻进
图5.4.3-1现场使用旋挖钻头
对于一般的土层或岩层，采用双头单螺旋钻头配合机锁杆即可，对于特殊土质或岩质，可根据工程特点以及经济效益选择合理的搭配。
土的工程分类如下表：
表5.4.3-2土的工程分类
土的分类
土的级别
土的名称
坚实系数f
密度（t/m3）
一类土（松软土）
I
砂土、粉土、冲击砂土层、疏松的种植土、淤泥
0.5-0.6
0.6-1.5
二类土（普通土）
II
粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵石；种植土、填土
0.6-0.8
1.1-1.6
三类土（坚土）
III
软及中等密实黏土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土
0.8-1.0
1.75-1.9
四类土（砂砾坚土）
IV
坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩
1.0-1.5
1.9
五类土（软石）
V～VI
硬质黏土；中密的页岩、泥灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石
1.5-4.0
1.1-2.7
六类土（次坚石）
VII～IX
泥岩、砂岩、砾岩；坚实的页岩、泥灰岩、密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩及正长岩
4.0-10.0
2.2-2.9
七类土（坚石）
X～XII
大理石；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩
10.0-18.0
2.5-3.1
八类土（特坚石）
XIV～XVI
安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、粉岩、角闪岩
18.0-25.0
2.7-3.3
上表中前三类土可采用摩阻杆旋挖机配合各种类型的钻头，对于后五类土，需采用机锁杆旋挖机配合各种类型的钻头。
5.4.4钻机就位
钻机就位后，首先检查桩位是否准确，利用全站仪检查钻机的水平情况，一旦调试垂直后，及时将旋挖机垂直度显示仪器数据调零，便于及时检查旋挖垂直度，同时还应保证在钻进过程中钻机稳固和水平，不产生位移或沉陷。
5.4.5引孔
当钻机就位准确，垂直度良好，泥浆制备合格后即开始钻进。
值得注意的是，旋挖机引孔前，必须确保上部2～3m为软土，必须清除掉上部2～3m土层范围内的漂石，保证该范围内旋挖机能够垂直向下旋挖，起到固定旋挖机姿势的作用。
钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在槽口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正，而且必须保持一定高度的泥浆，以增加压力，保证护壁的质量。
图5.4.5旋挖引孔
5.5地连墙成槽
5.5.1成槽机选择
目前成槽机可分为抓斗、重锤以及液压双轮铣，其中液压抓斗闭合力大，挖槽能力强设有纠偏装置，可以保证高效率，高质量的挖槽，故通常采用液压抓斗成槽机。
5.5.2成槽机就位
根据引孔桩位，合理调整成槽机的位置，让成槽机张开的斗齿能够放在孔位里，同时检查成槽机的垂直度显示仪和自动纠偏装置是否能正常工作
5.5.3成槽施工
1、成槽过程中成槽机垂直导墙中心线向下掘进，成槽过程中，利用成槽机上的垂直度仪表实时监测，以保证成槽垂直度，成槽垂直精度不得低于设计要求。
2、成槽时泥浆应随着出土量补入，以保证泥浆液面在规定的高度，在抓斗掘进时，不宜补入泥浆。
3、成槽机掘进速度严格控制，成槽时不宜快速掘进，以防槽壁失稳，当挖至槽底2～3m时，应用测绳测探,防止超挖和少挖。
4、成槽至标高后，应先进行铲壁后一次扫孔，扫孔时抓斗每次移开50cm左右，确保槽深符合设计要求，误差控制在规范要求内。
扫孔结束后，用泵吸反循环法进行二次清孔。
5、清底置换结束后，对孔底泥浆及槽深（采用测绳）进行检测，如果测试指标及槽深达不到要求，必须再次进行清底置换，直至符合要求为止。
图5.5.3成槽机成槽
如发现泥浆翻泡，大量流失或地面有下陷现象时，不准盲目掘进，待研究处理后再行施工。
5.6超声波仪器使用
对于地下连续墙垂直度控制采用双向控制的施工方法，一方面利用成槽机的垂直度显示仪和自动纠偏装置来控制成槽过程中的槽壁垂直度。
挖槽中，每掘进10m采用超声波检测仪进行垂直度观测，如出现孔斜及塌孔情况，便于采取相应措施。
5.7成槽注意事项
为保证槽壁的稳定性，减少塌方,采取以下措施：
1.成槽机必须轻提慢放，严格控制成槽速度。
2.成槽机以最大工作半径停机，成槽机履带下面应铺2～3cm厚钢板或路基箱。
3.成槽护壁泥浆按施工的实际情况，随时进行相应的调整。
4.成槽过程中大型机械不得在槽段边缘频繁走动,以确保槽壁稳定。
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