超深基坑连续墙成槽施工工法适用范围

《建筑物水平整体位移施工工法》适用于圆形及矩形结构超深地下连续墙的成槽施工。

超深基坑连续墙成槽施工工法技术理论

《建筑物水平整体位移施工工法》的工艺原理是：

滇中引水龙泉倒虹吸接收井地下连续墙成槽的施工中，将圆形地下连续墙划分为14个段，其中7段为扇形（Ⅰ期槽段），7段为矩形（Ⅱ期槽段），形成一个28边形，近似为一个圆形。

圆形超深地下连续墙成槽的第一步是对槽段进行划分，将整体圆形地连墙合理划分为多段地下连续墙进行成槽施工。第二步是选择出合适的成槽方法及成槽设备，并采用有效的方法进行槽壁稳定，以及在成槽过程中对槽壁进行垂直度控制。第三步是进行清孔，保证最终的成槽质量。

超深基坑连续墙成槽施工工法施工工艺

《建筑物水平整体位移施工工法》的工艺流程及操作要点如下：

• 工艺流程

1.Ⅰ期槽

Ⅰ期成槽主要采用液压抓斗机和铣槽机双机配合成槽，Ⅰ期槽分三抓完成P1、P2、P3，先抓P1、P2至74米处，再抓P3至50米处，转换铣槽机铣P1、P2至实际成槽深度97.2米（加一半铣槽机铣轮高度），最后铣P3至实际成槽深度97.2米处。P3抓到50米位置，P1和P2之间没有连通，正好为铣槽机的作业提供两侧的反力，起到固定铣斗的作用，确保了铣槽机铣槽的精度。Ⅰ期槽施工施工示意图如下图：

2.Ⅱ期槽

Ⅱ期槽段为闭合槽，其施工效果直接影响地连墙整体功能，其接头形式为铣接头，需套铣部分Ⅰ期槽混凝土。套铣部分混凝土呈梯形，施工难度大，容易导致铣槽机铣轮左右受力不均匀，外侧受力面积小，内测受力面积大，再同等加压条件下，铣轮易向受力面积小，软处跑偏，造成铣轮偏移。Ⅱ期槽套铣部分示意图见图2。

Ⅱ期槽铣槽中部为土层，铣槽过程易结泥饼，清理停机时间较长，且纠偏较复杂，铣槽过程中左右偏差超过28厘米，容易铣到Ⅰ期钢筋笼，对铣槽机铣齿磨损较大，易造成铣槽机卡机。Ⅱ期槽施工时先使用旋挖钻对Ⅱ期槽槽段中心纯土部分岩层以上采用Ф1200毫米钻头掏土，掏槽后立即铣槽，旋挖机施工20米，铣槽20米，旋挖机施工20~40米，铣槽机铣至40米，直至掏土至旋挖机工作极限50米左右，旋挖机退出，铣槽机继续往下铣槽。旋挖机掏土的过程中要及时监测孔斜率，勤测槽壁垂直度，当偏孔较小时要及时督促司机进行修孔，若旋挖机掏土过程中出现大于30厘米的偏孔，则立即停止掏土，改为铣槽机铣槽。Ⅱ期槽掏槽示意图见图3。

• 操作要点

一、槽段划分及施工顺序

由于接收井围护结构采用圆形地连墙，且半径为R=10米，为满足小半径圆形地连墙的施工，将地连墙分为14幅墙，Ⅰ期槽和Ⅱ期槽各7幅，其中Ⅰ期槽呈折线形，为首开槽，Ⅱ期槽呈一字型，为闭合槽。施工时先施做Ⅰ期槽，可根据钢筋笼吊装及混凝土浇筑的场地情况确定7幅Ⅰ期槽的先后施作顺序，全部Ⅰ期槽施工完成后再施做Ⅱ期槽。接收井超深地连墙分幅及施工顺序示意图见图4。

地下连续墙成槽深度达96.6米，成槽垂直度要求为1/650，结合成槽深度，槽段最大允许偏移宽度为14.8厘米。为确保地连墙施工的精度和开挖后的结构净空，且成槽机抓斗和铣槽机的铣轮能在槽段内任意位置均能顺利下放以及转角断面完整，内导墙、地连墙、外导墙均需沿轴线外放0.30米，导墙净空尺寸调整为1.67米。在施工导墙时拟选择2.44×1.22毫米模板立模，即内外导墙均由N个1.22米直线段组成圆弧形。导墙分段示意图见图5。

二、设备选择及方案确定

根据接收井的地质条件，及小半径圆形超深地连墙的结构特点，上部土层较软，采用抓槽机（旋挖钻、冲击钻）将土体取出，下部岩层较硬下部采用铣槽机成槽到底。Ⅰ期槽采用成槽机和铣槽机配合使用的成槽施工方法，具有施工效率高，垂直度控制好等优势。Ⅱ期槽通过试验摸索，采用旋挖钻和铣槽机配合使用的成槽方法，能有效保证成槽效率及成槽质量。比选详见表1、表2。

根据地质资料，倒虹吸接收井地连墙施工区域覆盖层厚度约70.65~88.5米，岩层埋深较深，岩面起伏较大。设计要求地连墙嵌入强风化白云质灰岩深度8.55~25.95米。考虑到成槽设备的稳定性、成槽深度、垂直度控制、地层适应性、Ⅱ期槽铣接头施工等因素，结合需铣槽至96.6米深度对设备液压系统、传动系统、密封系统、显示系统的工作性能，以及满足业主的工期要求、质量要求，Ⅰ期槽采用德国宝峨的BC40铣槽机及金泰SG70成槽机配合的“抓铣结合”方法，Ⅱ期槽采用德国宝峨的BC40铣槽机及三一重工SR360旋挖钻配合的“掏铣结合”方法，同时在成槽过程中采用超声波测壁仪UDM100对槽壁垂直度进行动态检测。

三、槽壁加固

根据有限差分软件FLAC^3D对接收井地下连续墙施工时的槽壁稳定性分析，结合三轴加固工艺，理论计算和实际三轴加固深度，并通过上海等地的施工调研，建议加固深度为30米。

设计采用三轴水泥土搅拌桩对上部18米稳定性差的粉土层、中细砂层进行预加固，在槽壁内外两侧各设置一排，搅拌桩桩径850毫米，桩间距600毫米。槽壁超声波分析如图6所示。

通过后期成槽过程超声波分析看出，18~30米槽壁有坍塌的现象，18米以上进行了槽壁加固，槽壁稳定性较好。塌孔的主要原因有：成槽设备在上部下放及提升过程中刮擦槽壁，并造成泥浆扰动；成槽设备临边作业长时间振动对槽壁土体的扰动；泥浆在成槽过程有劣化现象。

结合现场成槽过程超声波检测和槽壁加固理论计算，认为在施工过程中上部土体受机械振动影响较大，对槽壁稳定性造成较大影响，经验证18米的槽壁加固深度仍不够，需适当加深。

四、机械定位控制

1.超声波测量位置控制

经过对超声波探测仪的使用，发现其测量精度与超声波测量仪的位置及方向有关。

如图7所示，正确的超声波探头应位于黑色矩形框位置，其Y-Y’方向指向圆弧圆心，这样测量的槽壁宽度才为真实槽壁宽度，同时测得的槽壁偏移量或者塌孔量才为真实数值。如果当超声波探头位置位于红色矩形框位置时，通过Y-Y’方向测得的槽壁宽度比真实值偏大。

其次，超声波测量仪器每次测量时，应处于同一位置，这样前后测量的槽壁才具有可比性。例如：第二次超声波测量60米深度槽壁偏移，其中30米部分偏移情况，只有当超声波测量仪器处于同一位置时，才能与之前第一次超声波30米深度槽壁情况做对比，以掌握在成槽机成槽之后30米深度区域土体自身变化情况。

2.成槽设备定位

对于成槽机和铣槽机的原始位置，务必要确认，每次设备移动后再定位，都要进行原始位置的复核，确认无误后，方可进行成槽和铣槽。其原理同超声波测量方位控制相同，不再赘述。成槽机基座位置控制如图8所示。

其次，除了成槽机和铣槽机的原始位置控制外，对于抓斗下放的位置同样应该控制在同一位置，如下图所示，现场使用定位钢筋对成槽机抓斗下放及铣轮下放位置控制，以控制成槽垂直度。铣槽机与成槽机位置控制如图9所示。

五、泥浆性能

制备的泥浆应具有良好的物理性能、触变性能、稳定性能，才能确保连续墙成槽过程中的槽壁稳定性和浇筑混凝土的质量。根据施工条件、地层特征、地下水状况、成槽工艺、连续墙结构布置等因素，本工程选用钠基膨润土制备泥浆，分散剂选用工业碳酸钠，并适当添加入增粘剂（CMC）。新制泥浆配比见表3。

泥浆在各个阶段的性能指标要求见表5-4。通过现场实测，新制泥浆的参数值满足要求，循环泥浆的参数亦满足要求。

通过现场实测新制泥浆各项参数值满足要求，循环泥浆的比重比新制泥浆的比重要高，含沙率也是循环泥浆较高，但粘度两者相差不多。各项泥浆性能指标随成槽深度变化，详见图10。

通过成槽中的各项泥浆指标统计，泥浆比重随开挖深度增加逐渐增大，可稳定槽壁；粘度在开挖过程中随深度需适当增大，保证泥浆不易分层，悬浮不离析；含砂率在成槽过程中逐渐增加，需通过分砂机控制，铣槽过程逐步减小。

六、垂直度控制

垂直度=底部偏移值/深度，随着深度的增加，底部偏移值也会控制在一定的范围内，因此垂直度是一个变化的过程，只要不影响下笼，且最终的垂直度达到要求即可。

1.Ⅰ期成槽在成槽前，设备要进行定位，防止因特殊情况需在成槽过程中移开机器再复位时发生位置移动。每幅槽在开槽时，根据预先画好的分幅线进行槽口定位，确保每幅槽成槽位置都符合设计。

2.地质分析，结合地层标贯值和参数，根据槽段不同地层特点进行预判，制定调整操作方法及质量控制措施。

3.成槽设备自带的垂直度仪表，判断是否有偏孔，利用纠偏装置及时纠偏。成槽过程中，Ⅰ期槽每15米、Ⅱ期槽每5米用超声波测壁仪进行测壁，并对超声波图像进行分析，如有偏孔及时纠偏措施，每一抓测点位置做好标记，每次测同一点位。UNM100超声波检测仪见图11。

4.控制地层变化处成槽速度和加压值：随深度增加成槽速度下降，易坍塌及土层分界面再次降低速度，岩层铣槽时，注重设备操作，控制加压值。

5.Ⅰ期槽浇筑前两侧安装12米深的导向板，确保Ⅱ期槽上部槽口垂直，有利于控制铣槽机铣斗对槽口位置的垂直度控制，同时可以阻挡混凝土向两侧扩散，尽量减少Ⅱ期槽铣槽的工作量。安装导向板见图12。

6.采用导向架定位精准控制铣槽机铣斗位置。导向定位架见图13。

7.Ⅰ期槽钢筋笼施工时安装定位管，避免钢筋笼在浇筑过程中产生偏移。此定位管为脆性波纹管，在Ⅱ期槽铣削过程中，容易铣削。定位波纹管见图14。

七、沉渣厚度控制

接收井铣槽机采用德国宝峨BC40型，槽内泥浆采用吸抽法清孔，槽壁扰动较小，清孔能力强，钢筋笼下放前应再次清孔，确保泥浆性能指标满足要求，沉渣厚度小于100毫米。

粉土层、中细砂层进行预加固，在槽壁内外两侧各设置一排，搅拌桩桩径850毫米，桩间距600毫米。