随着建筑业蓬勃发展, 城市中心地段的建筑工程施工地层趋于复杂, 施工场地趋于狭小。地下连续墙具有施工机械化程度高、精度高、速度快、振动小、噪声低等特点;适用于多种地质条件, 也适用于城市密集建筑群间施工。因此, 近年来采用地下连续墙进行基坑支护的深大基坑工程日渐增多。但在地下连续墙施工中特别是在既有场地改造或特殊地层中, 经常会遇到各种地下障碍物, 诸如桩基、地下既有基础、既有临近建筑基坑支护结构留置的锚杆等障碍物, 对地下连续墙施工造成很大影响。本文以山西汾酒文化商务中心项目为工程实例, 对地下连续墙在有多种地下障碍物复杂地层中的施工技术进行了探讨, 为同类工程施工提供借鉴。

山西汾酒文化商务中心位于太原市龙城大街和滨河东路东南角, 场地形状呈不规则多边形, 南北长约200m, 东西长约350m, 占地面积 81 758m², 基坑总面积约79 000m²。商务中心由两大区域组成, 分别为商务办公区和高层住宅区。商务区由东塔楼及东西塔连接体、西塔楼、酒店、酒店裙房和大底盘地下室组成。东、西塔楼为41层 (建筑高度184m) , 酒店为36层 (建筑高度164m) 。住宅区由33层住宅楼5栋和地下车库组成, 地下室埋深约18m。基坑安全等级为一级, 基坑支护采用钢筋混凝土地下连续墙 (兼做止水帷幕) +扩大头锚索支护方式。

地下连续墙总长约为1 117m, 墙厚800mm, 混凝土设计强度等级为C35, 抗渗等级P8, 分幅槽段长度标准段为6 000mm, 墙身高度在25.5～28m。

对遇到有地下障碍物的复杂地层, 通过对施工场地范围地下原始资料进行整理分析, 对地下连续墙施工区段进行间隔钻孔取样, 了解地下障碍物具体的分布情况和分类。对实际影响地下连续墙成槽施工范围进行划定。在泥浆护壁条件下, 液压抓斗成槽机开挖一条狭长的深槽, 遇到地下障碍物后, 根据障碍物类型分别进行处理, 清槽后在槽内吊放钢筋笼, 然后用导管法浇筑水下混凝土, 筑成1个单元槽段, 如此逐段进行, 在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁。

选用合适的钨钢牌号和强度, 制作成剪切板, 对成槽机抓斗刃口做坡口处理, 模拟各种可能施工状况的剪切试验, 确定闭斗力、加压速率、闭斗咬合时间及刃口坡度参数;在成槽机液压抓斗两侧向板上加焊钨钢片, 运至现场换装进行剪切试验, 满足要求后即可进行剪切地下连续墙槽段内的既有锚杆或锚索施工。

当抓斗抓到地下障碍物后, 岩土钻机配牙轮钻头钻孔入障碍物, 再以重型冲击钻装置, 上下反复冲击, 靠冲锥的重力和冲击功能直接冲击破碎孔间障碍物, 将障碍物劈裂、劈碎, 部分挤入井壁之内, 扫孔成槽。

在工程范围内钻探, 查明地质、地层、土质以及水文情况, 为选择挖槽机具、泥浆循环工艺、槽段长度等提供可靠的技术数据。同时, 进行钻探, 探清地下连续墙部位的地下障碍物情况。划定地下障碍物的平面位置, 确定地下障碍物分布、类型、方位和深度等信息。

1) 施工部署、平面规划、劳动力配备。

2) 选择成槽机械, 确定泥浆配合比。

3) 场地平整, 导墙测量放样, 导墙制作。

4) 泥浆池、钢筋笼加工场地和成槽机行走路线布置。

5) 槽段划分时采用设计图纸的划分方式, 在转角处考虑成槽机的开口宽度及施工方便, 另外划分一部分非标准槽段。

开挖宽、深符合施工要求的导槽, 槽壁模板支设, 每隔1m上、下各加设1根支撑, 保证槽口浇筑时稳定。测量放样后, 采用机械挖土和人工修整相结合的方法开挖导墙。挖土标高由人工修整控制。导墙在支模、混凝土浇筑等工序严格按规范施工。导墙底不能设在松散土层或地下水位波动部位。

根据施工区域的地质情况, 在地下障碍物以上各层, 采用SG45型液压抓斗成槽, 并配以自卸汽车运至临时渣土堆场, 经排水后再转运出场;地下连续墙施工采用跳槽法, 根据槽段长度与成槽机的开口宽度, 确定出首开幅和闭合幅, 保证成槽机切土时两侧临界条件的均衡性, 以确保槽壁垂直, 部分槽段采取“两钻一抓”。成槽后以超声波检测仪检查成槽质量。

液压抓斗的冲击力和闭合力足以抓起地下障碍物以上各层, 在成槽过程中, 严格控制抓斗的垂直度及平面位置, 尤其是开槽阶段。仔细观察监测系统, x, y轴任一方向偏差超过允许值时, 立即进行纠偏。抓斗贴临基坑侧导墙入槽, 机械操作要平稳;并及时补入泥浆, 维持导墙中泥浆液面稳定。

1) 成槽设备改装 试件试剪切试验:确定钨钢板的合理剪切位置 (单根在1/3处, 2根在1/2处) , 如图1所示。

2) 抓斗加焊钨钢片 通过实际试验确定剪切用钨钢片, 加焊在成槽机液压抓斗两侧向板上, 如图2所示。

3) 地下障碍物为锚杆的成槽工艺 地下连续墙槽段宜相隔1～2段跳段施工。同一槽段内槽底开挖的深度宜一致, 先挖较深槽段, 后挖较浅槽段。

单元槽段有锚杆的上层土方开挖, 成槽采用先两侧后中间抓法即“三抓法”, 开挖锚杆上层土方, 如图3所示。剪切锚杆上层中间锚杆如图4所示。

根据地质勘察结合实际, 在发现地下障碍物槽段, 现场实际抓斗无法继续下抓时成槽机停止抓土, 使槽底基本持平。

钻孔采用地质钻机, 配以牙轮钻头, 以钻铤加压钻进, 采用泵吸反循环出渣, 岩屑随泥浆直接排到振动筛和旋流器处理。在导墙上标出各钻孔位置, 孔距1.2m, 在地下连续墙转角部位向外多钻半个孔位, 以保证其完整性。

根据冲钻机锤头的特性进行对比分析, 确定冲钻机锤头的选型, 如表1所示。

对圆锤与方锤进行改良, 圆锤尽可能减少底部截面积, 用合金制作圆锤垫块。改良后方锤底部尺寸为800mm×1 500mm, 圆锤底部直径 800mm。

对于有倾斜角的地下障碍物采取先填筑片石再高频低幅冲孔:现场储备一定量的优质片石。严格控制冲钻机冲击速度和冲程, 采取高频低幅的方法处理交界面。

施工现场需多次冲孔引槽, 因1台冲钻机只能施工1个孔位, 故需合理安排冲钻机台数以便高效完成成槽施工。安排2台冲击钻操作空间基本满足要求, 合理安排钻孔顺序可有效避免施工发生干涉。

采用BIM模拟施工工艺, 合理安排冲钻方向, 能有效避免机械设备发生干涉, 使机械设备得到高效利用, 冲钻前在导墙上标注冲孔主、副孔位置, 从槽段两端向中间冲钻, 先冲钻两侧能有效确保槽幅宽度, 同时能确保相邻槽段间牢固衔接。

根据地下障碍物分布、类型、硬度、入土深度, 需经过多轮冲钻才能确保成槽达到要求, 通过对比分析, 采用3轮圆锤冲钻+1轮方锤施工。

施工现场地下连续墙幅宽 6m左右, 远大于钻锤直径, 故需进行多孔冲钻, 需合理安排冲孔方向岩层成槽, 采用跳打法施工能保证锤击力全部垂直落在花岗岩上, 施工效率高。

破碎时, 以每两钻孔位中点作为中心下钻, 以免偏锤。冲击过程中控制冲程在1.5m以内, 并注意防止打空锤和放绳过多, 减少对槽壁扰动。扫孔后再辅以液压抓斗清除岩屑。

地下障碍物处理后由成槽机完成剩余槽壁, 用起重机吊住刷壁器对槽段接头混凝土壁进行上下刷动, 以清除混凝土壁上的杂物。进行多次刷壁, 直至钢丝刷上无淤泥为止。

山西汾酒文化商务中心工程围护结构地下连续墙全部施工完毕, 通过对成槽设备的改装, 解决了地层中既有锚杆或锚索问题;通过对冲击钻引孔与成槽机挖槽相结合方式清除了岩层或混凝土块状物。