地下连续墙成槽施工工艺的探讨--中国期刊网

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地下连续墙成槽施工工艺的探讨

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：邓荣杰

[导读] 摘要:地下连续墙作为地下工程开发的利器在现代工程建设中的应用已非常广泛，成槽施工是地连墙工程中成本、工期控制的关键工序，各施工单位也在不断创新和改进。

        广东天衡工程建设咨询管理有限公司湖北武汉 430040
        摘要:地下连续墙作为地下工程开发的利器在现代工程建设中的应用已非常广泛，成槽施工是地连墙工程中成本、工期控制的关键工序，各施工单位也在不断创新和改进。本文结合五峰山长江特大桥南锚碇地下连续墙施工背景资料，从工期、质量、安全、文明施工及施工成本控制方面综合分析，对地下连续墙成槽施工工艺进行探索。
        关键词:地下连续墙、施工工艺、工期、成本、安全、人工挖槽、机械成槽
        1938年，意大利首次进行了地下连续墙的试验，1973年索列丹斯公司首先研制了液压铣槽机。1996年，我国首次引进一台BC30型液压铣槽机用于长江三峡二期工程。目前，地下连续墙已被广泛应用到建筑、地铁车站、大坝、大型桥梁基坑工程等作为支护挡土和止水构件。在地下连续墙施工中对成本影响较大的关键工序就是成槽施工，如何在保证质量、安全及工期的情况下以最低的施工成本完成连续墙成槽施工，也是施工探索的主题，下面结合五峰山长江大桥南锚锭的现场施工，做一个地下连续墙施工成槽施工工艺的探讨。
        一、工程概况
        五峰山长江特大桥项目南锚碇基础采用直径为87m的现浇扩大基础形式，锚碇基础采用外径90m，壁厚1.5m的圆形地下连续墙加环形钢筋混凝土内衬作为基坑开挖的支护结构。地下连续墙嵌入基底2m。
        1、自然环境
        南锚碇位于五峰山山坳冲沟处，冲沟自锚碇东北向西南流过。锚碇区山势高低不平，原地面高程一般+6～+40.0m。其东、北，东南侧为山坡和田地，西侧为码头砂土堆场，南侧为奇美化工有限公司宿舍楼。
        2、地质条件
        地连墙覆盖层主要为残坡积黏性土，基岩为凝灰质砂岩。扩大基础范围内岩面高差约30.3m，岩面最高点为+2.74m，最低为-31.0m，整体趋势为下游侧较高，上游侧较低。岩层为弱风化、微风化凝灰质砂岩，弱风化凝灰质砂岩单轴抗压强度建议值为大于28MPa；微风岩石单轴抗压强度建议值为大于30MPa，其中个别抗压强度大于50MPa。
        3、水文条件
        地勘资料显示：南锚碇以黏性土、风化岩层为主，为弱透水～不透水地层。南锚碇场区地下水主要为孔隙承压水、基岩裂隙水。
        4、工期情况
        投标承诺南锚碇采用直径130m、壁厚1.25m的地连墙，施工总工期为24.5个月，连墙基础施工计划工期317天。
        二、施工方案
        1、人工挖孔成槽方案
        （1）方案介绍
        地基处理，施工环道及槽段导墙及平台施工完成后进行地连墙施工，计划划分111个槽段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期槽段各37个，交错布置，槽段理论长度为2.505m，槽段深度为24m-40m，土方采用人工开挖，石方采用水钻或微型爆破进行施工；
        （2）工艺可行性
        从工艺上，人工成槽属于常规的挖孔桩施工工艺，因此从工艺上讲，人工成槽工艺在技术上是可行的。
        （3）资源组织及施工工期
        人工挖孔人员比较普遍，使用的提升工具简单易行，资源众多容易按照我们的施工计划随时组织到位；施工进度容易控制；采用干法施工，出现异常情况可以看到，便于尽快解决问题以保证工期；因此人工成槽法工期可以提前预见予以锁定，总工期较可控。
        （4）施工质量
        人工成槽属于干法成桩，结构尺寸及钢筋笼可以直接检查，质量可控度更高；护壁采用振捣棒插入振捣，质量可靠；每个槽段之间采用干法施工，接缝可以凿毛，且有接缝钢筋，可以实现两侧槽段砼的无缝连接，传力效果和止水效果可靠。
        （5）环保及文明施工
        人工成槽属于干法成桩，可以做到随时出渣随时清运，不存在泥浆到处排放的影响环境和文明施工的问题，施工现场的文明施工更可控。
        （6）安全
        人工成槽主要是在有限空间作业，涉及安全的危险源相对较多，主要是透水、坍塌、高处坠物、机械故障、临时用电、有害气体等方面，现场人员多，素质参差不齐，现场安全管理难度大。
        （7）成本
        采用人工成槽时，需要大量的人工，但由于干法施工质量可控，不需要埋设声测管及发生相应的检测费用；同时部分护壁可以利用以节约成本。
        2、铣槽机成槽方案
        （1）方案介绍
        圆形地连墙轴线直径为88.5m，周长278.03m。

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划分64个槽段，Ⅰ、Ⅱ期槽段各32个，交错布置。Ⅰ期槽段采用三铣成槽，边槽长2.8米，中间槽段长0.8米，槽段共长6.4米；Ⅱ期槽段长2.8米，一铣成槽。槽段连接采用铣接法，Ⅰ、Ⅱ期槽孔在地连墙轴线上的搭接长度为25cm。
        （2）工艺可行性
        地勘资料显示，槽段的岩、土比例平均达到1:1，局部块石强度达50Mpa以上，铣槽机高强度岩层中作业，机械磨耗及刀头损耗高，效率很低，故障率高。单纯从工艺上，铣槽机成槽属于常规的地连墙施工工艺，在技术上是可行的。
        （3）资源组织及施工工期
        铣槽机成槽理论工期较快，但在岩层中长时间连续作业时的机械强度大，机械故障率高。
        不考虑底部岩层的影响，仍考虑I期槽仅用铣槽机工作1d，I期槽15天后开始铣槽，则本桥需要的工期为：32x5+32+15=207天。如果考虑底部岩层的影响，则I期槽段按铣槽机工作2天，二期按铣槽机工作6天，则需要工期为：32*6+32*2+15=271天。
        （4）施工质量
        铣槽机成槽每个槽段之间采用铣接头施工，接头之间存在泥皮，或多或少影响传力效果和止水效果。铣槽机成槽施工整体质量较人工成槽可控度稍差。
        （5）环保及文明施工
        施工时需要大量的泥浆和带泥浆钻渣，对环境有影响；同时施工现场泥浆池的布置，泥浆和带泥钻渣的运输时，也会到场地、道路造成一定的影响。
        （6）安全
        铣槽机成槽主要是用机械替代人工，减少了人工的投入，相对减少了危险源，安全管理难度减少很多。存在的危险源主要是机械故障、临时用电、塌孔埋钻、机械翻倒等方面。
        （7）成本
        采用铣槽机成槽时，需要埋设声测管及发生相应的检测费用；需要大量的泥浆制备及泥浆钻碴的外运；由于在岩石中成槽量大，机械磨损量大，施工费用高；需大型起吊设备(150t履带吊)、成本相对高；桩头需要超灌，需要凿桩头，增加施工成本。
        三、铣槽机成槽与人工挖孔成槽结合方案
        考虑到安全风险问题，为保证工期，可考虑结合两种方案来同时实施。
        1、结合方案
        根据工期及现场实际情况和地质条件状况，结合对地连墙成槽施工资源的调查，初步确定上游侧一半的地连墙采用铣槽机成槽法，其余部分采用人工成槽法，约占一半（地连墙底标高-27m以下范围）。
        a、机械成槽区段：Ⅰ期槽段采用三铣成槽，共长6.4米，边槽长2.8米，中间槽段长0.8米；Ⅱ期槽段长2.8米。Ⅰ期槽段15个，Ⅱ期槽段14个，在地连墙轴线上搭接长度为0.25米，接头采用铣接法接头。
        b、人工成槽区段：一期槽段20个，二期槽段19个，三期槽段19个；接缝槽段2个。
        c、地连墙机械槽段与人工槽段结合部按照人工III期槽施工方法人工成槽，连接人工与机械槽段，即先施工好结合槽段两侧的人工槽段及机械槽段，再人工成槽法施工接头槽段。
        根据地连墙施工经验，成槽工期由II期槽控制，因此本工程施工地连墙时，等铣槽机成槽成功一个II期槽段后，根据实际工期进行安排，确定是否扩大铣槽机成槽的范围。总原则是按照人工成槽和铣槽机成槽能同时结束来安排作业区段。
        2、工期安排：
        人工开挖成槽施工，一期槽段20个，二期槽段19个，三期槽段19个，交错布置，槽段理论长度为2.505m。另有人工和机械接缝槽段2个，采用人工成槽施工。人工槽段采用逆作法进行施工，每挖深1.0m支护1.0m高范围。人工成槽时，计划土方成槽深度1.0m/天，石方成槽深度1.2m/天，最深的35m槽段，岩石15m，土方20m，计划需要32.5天，按35天计。为加快岩体开挖进度，在槽段周边用水钻钻完后，中心部分用水钻开十字槽，安装千斤顶，直接顶断，加快开挖进度；同时研究采取微型爆破的方案，加快岩体开挖进度。
        采用液压铣槽机进行成槽施工，划分29个槽段，Ⅰ期槽段15个，Ⅱ期槽段14个，交错布置。Ⅰ期槽段采用三铣成槽，边槽长2.8米，中间槽段长0.8米，槽段共长6.4米；Ⅱ期槽段长2.8米，一铣成槽。槽段连接采用铣接法。机械成槽只考虑铣槽机施工时间，I期槽段按铣槽机工作2天，II期按铣槽机工作6天。
        四、总结
        人工成槽是成本最优方案，但是人工成槽是在有限空间作业，涉及安全的危险源相对较多，现场安全管理难度大。完全采用铣槽机进行成槽施工，在土石比例高、岩层强度高的情况下，机械故障率高、施工成本也较高，工期具有很大的不确定性。所以在本工程可以探索采用人工成槽法和铣槽机成槽法同时实施的方案。锚锭冲沟软弱地层区段经地基处理后，采用铣槽机成槽施工，能够规避人工成槽施工的安全风险；在地层稳定、施工条件较好的区段采用人工挖孔进行作业，之后根据实际工期进行安排，确定是否扩大铣槽机成槽的范围。如果铣槽机成槽效率能满足需要，就按照铣槽机成槽和人工成槽同时完成的原则，来调整铣槽机成槽的作业范围。具有很强的机动性，综合分析铣槽机成槽与人工挖孔成槽结合的施工方案在本工程应该是一个可行的、最合适的地连墙成槽施工方案。