岩溶发育地区地下连续墙成槽质量控制技术
0 引言
地下连续墙已被广泛应用于各类地下结构工程中。目前,国内在软土地层进行地下连续墙施工的相关技术已相对成熟,但是对于岩溶发育地区,受岩溶空洞形态影响,地下连续墙在施工过程中可能会出现孔壁坍塌、斜孔、漏浆、卡钻和地面塌陷等问题,导致地下连续墙成槽困难,工程质量难以保障;同时受施工机械自重、机械运行等因素影响,很难保证施工安全
广州中华液晶城一办公楼及商务中心拟采用深基坑地下连续墙支护技术,根据施工勘查报告,在完成的410个钻孔中有9个钻孔揭露有土洞,267个钻孔揭露有溶洞,钻孔见洞率约占65%。通过勘查资料分析,主要岩层分布为泥岩、砂岩和石灰岩,岩石风化程度变化较大且无明显规律性。因此,本项目研究采用冲桩机与潜孔锤钻机的组合式地下连续墙成槽施工工艺,以提高生产效率。
1 成槽施工工艺
1.1 液压抓斗成槽
液压抓斗成槽是地下连续墙施工中最为常用的方法。目前常用的液压抓斗有进口和国产两种,型号较多,但能承担超深墙施工的不多。为满足深基坑地下连续墙施工,仍需对液压抓斗动力性能、抓斗稳定性和设备纠偏等方面进行技术改良。同时,直接用单一液压抓斗成槽设备在硬土和硬岩地层中进行作业存在施工速度慢、垂直度不易控制等缺点
1.2 组合法成槽
1)冲、钻抓结合法
冲、钻抓结合法是指在槽段两端或中间首先利用冲击钻机、旋挖钻机或工程钻机施工先导主孔,待主孔设计到位后,再用抓斗抓取副孔土体。该工艺通过辅助手段“先行导孔”施工,可以实现液压抓斗斗齿成槽时伸入已钻凿好的两孔中直接夹住并抓出两孔之间的土体,从而可大大降低成槽过程中土体对液压抓斗产生的侧向阻力,提高成槽速度,缩短槽段施工时间,对成槽垂直度的控制也容易保证。
2)抓铣结合法
对于超深地下连续墙工程,施工穿越的土层可能遇到密实的硬土层或砾石层,当上述成槽方式难以控制成槽质量和满足施工速度等要求时,目前常用的解决方式是:上部软土层采用液压抓斗直接成槽,当遇到下部硬土层或砾石层时改由铣槽机成槽,此种方法可有效解决超深地下连续墙垂直度控制难题,加快施工速度。但与此同时,施工工序增多、造价提高、施工技术要求提高。
1.3 铣槽机成槽
除上述地下连续墙成槽施工工艺外,在一些施工场地狭小、机械作业空间受限、地质条件较差的情况下,为避免采用单一抓斗施工效率偏低,采用组合式机械交叉作业存在较大干扰的情况发生,可以考虑采用高冲力冲桩机进行成槽施工或者利用先进的铣槽机设备进行施工。由于该技术存在施工速度慢、造价高的缺点,主要适用于对垂直度要求较高、施工技术难度大、硬土层分布较厚或成槽深度较大的工程项目。
然而针对岩溶发育地区深基坑地下连续墙施工,采用上述常规技术存在易滑锤、偏空等问题,较难保证垂直度,需要反复填石纠偏,降低施工效率,提高作业成本。为解决此类问题,文中引入了潜孔锤技术对有溶洞槽段内下部基岩岩体进行破坏,然后由冲桩机进行成孔作业。
2 潜孔锤技术在地下连续墙成槽施工中的应用
2.1 施工准备
根据施工需要,项目拟采用成槽机抓取基岩上部软弱土层和砂层,之后潜孔锤钻机和冲桩机就位对下部岩层进行成槽施工。其中冲桩机统一采用65kW设备,冲锤直径80cm,锤重4t;潜孔锤钻机选用JDL-300水气两用机,搭配13cm钻头;配套泥浆泵额定功率22kW,通过试验确定泥浆材料及配合比(质量比)为:膨润土∶羧甲基纤维素钠(CMC)∶纯碱∶水=100∶0.28∶3.3∶700。其中,膨润土泥浆具有相对密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高的特点,添加CMC则可增大泥浆黏度。
2.2 成槽施工技术
项目中地下连续墙数量为138幅,墙段设计长度为5m,设计厚度为80cm,导墙宽度85cm,成槽机抓斗宽度72cm。每幅地下连续墙两侧外放尺寸80cm,作为下放钢筋笼之后放置锁口管位置,锁口管直径75cm。地下连续墙施工工序为:(1)首先成槽机就位,对正抓斗位置进行首开槽段施工,同时泥浆泵供应泥浆配合成槽机作业。(2)成槽机抓到岩面时停止抓槽,钻取、标记岩样并做好文字记录,改由2台潜孔锤钻机分区进行导向孔作业,其中,导向孔深与地下连续墙设计深度一致,纵横向中心间距分别取60cm和40cm,与两侧导墙距离为20cm(见图1)。如遇导向孔偏孔时,可立即停止该孔作业,并在该孔沿槽段纵向左右两边各20cm处进行补孔。(3)进行冲桩机成孔作业。
2.3 成槽效果分析
为了更好地说明引入潜孔锤成槽质量和效率的优劣,项目中采用了超声波检测试验方法,针对含有溶洞发育的以下2组地下连续墙槽段进行了工况分析。
1)A组深度在30~35m(导墙标高8.500±0.03m),作为首开槽段施工,引入了潜孔锤技术。
2)B组深度在30~35m(导墙标高8.500±0.03m),作为首开槽段施工,未引入潜孔锤技术。
3)C组深度在25~30m(导墙标高8.500±0.03m),作为顺开槽施工,引入了潜孔锤技术。
4)D组深度在25~30m(导墙标高8.500±0.03m),作为顺开槽施工,未引入潜孔锤技术。
两组数据及检测结果如表1~4所示。其中,编号DLQ后面数字代表的是地下连续墙分幅号,为沿基坑四周自左上角顺时针依次进行编号。
由表1~4数据分析可以得出:A组地下连续墙深度极差为2.31,成槽时间极差为7;B组地下连续墙深度极差为1.77,成槽时间极差为11;C组地下连续墙深度极差为2.03,成槽时间极差为2;D组地下连续墙深度极差为1.84,成槽时间极差为6。
A组和C组地下连续墙深度极差值较大,成槽时间极差值较小;B组和D组地下连续墙深度极差值较小,成槽时间极差值较大。这说明潜孔锤在施工中破坏了地下岩层结构的复杂程度,使溶洞或陡斜岩等不良岩层的复杂性趋于单一,因而A组和C组地下连续墙成槽时间离散性较小。
除了成槽时间缩短,A组和C组的钻孔纠偏填石次数降为0,经超声波检测反馈结果多为良好。进一步说明了引入潜孔锤技术后,施工速度得到了提高,成槽质量得到了保障。
3 结语
1)A组与C组地下连续墙比B组和D组地下连续墙成槽节约近1/3的时间。说明在地下连续墙成槽施工中,引用潜孔锤成导向孔这一工艺使得施工效率得到了提高;从成槽质量角度来看,引入潜孔锤成导向孔后,不用回填片石进行纠偏,偏空概率降低,在一定程度上说明槽段垂直度得到了保证。
2)使用潜孔锤的槽段,成槽时间极差值相比未使用潜孔锤技术的要小,成槽时间离散性较低,成槽时间得到了有效控制,施工工期更易于把控,对下一工序的机械或人员入场等流水作业有了更充沛的时间规划,便于项目生产进度管理。
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