滨海抛石区地下连续墙成槽工艺研究

摘要内容：

滨海抛石区地质结构特殊，既不同于天然土，也不同于天然的岩层，并且地下水丰富，在这种特殊地质情况下的施工地下连续墙成槽很困难，不容易控制成槽质量，目前还没有成熟的经验可循。本文以深圳市地铁9号线深湾站为例，总结了抛石填海区地下连续墙的成槽技术，为类似地质地下连续墙施工提供参考。

关键词：滨海抛石区 地下连续墙成槽

中图分类号：TU476+.3 文献标识码： A

工程概况

深圳地铁9号线深湾站位于深圳市白石四道与深湾四路交叉口，沿白石四道东西向布置。周边暂无永久性建筑，车站东北象限为联泰地产用地。车站西北象限及西南象限为空地。车站起点里程YCK1+502.750，终点里程YCK1+713.100，有效站台中心里程YDK1+585.000，为地下两层岛式车站，车站总长度为210.35m，总宽度为19.6m，底板埋深约16.2m，顶板覆土约2.6～3.2m。

车站围护结构设计为地下连续墙，总计122幅。标准段幅长为4米，幅厚为0.8米，幅深为20.41米。地下连续墙混凝土强度等级为C40，抗渗等级P10。基坑侧壁安全等级为一级，基坑变形控制保护为一级，支护结构应满足基坑稳定要求：不产生倾覆、滑移和局部失稳；基坑底部不产生隆起、管涌、承压水突涌；支撑系统不失稳。

地质概况

深湾站原始地貌为滨海滩涂，经人工抛石填挖整平，现地势较平坦,场地较为开阔，施工条件较好。站址内水平全场分布人工填石，垂直上分布不均，层厚0.8～8.8 m，平均5.66m。

地面标高为4.29～5.32m。站内场地全为抛石区地质。主要土层为1—1素填土、 1—2杂填土、1—3人工填石(即抛石层)、2—1淤泥、淤泥质土、6—1可塑状残积砂质粘性土、6—2硬塑状残积砂质粘性土。车站底板大部分坐落于6—1、6—2、 12—1上。对应地质状况见下图

一、穿越抛石区成孔工艺及设备选型过程

穿越抛石区拟采用换填或冲击破碎，明确施工工艺参数、机械设备型号配置及数量，指导类似地质条件下地连墙施工。下面从圆形冲击锤冲击抛石层、抛石层挖除换填土、JZL-60型履带式打桩机加特制改装钻头成孔，以及改装矩形冲击锤冲击等四种工艺进行了试验、分析和研究，总结了不同工艺的优点和局限性，最终确定了抛石区最佳施工工艺。

1、采用传统圆形冲击钻破碎后开挖施工

采用传统的圆形冲击锤破碎抛石层，冲过抛石层后再采用成槽机开挖成槽至设计标高。

⑴、2012年10月26日，对N31槽段采用SG60成槽机开挖。开挖至地面向下约4米左右，进入抛石地层，成槽机无法继续开挖。10月29日，利用传统圆形冲击钻机对N31、N36进行锤击成槽，施工槽段为首开段。冲击锤施工顺序如下图。

冲击锤孔位布置图

采用的机械见下图：

冲击钻机 传统圆形锤头

⑵、成孔后进行成槽机开挖至设计标高。

由于冲击锤为圆形，冲击后孔位存在未锤击处（见“冲击锤孔位布置图”中黑色部分），实际施工中成槽机在此处开挖困难。如全幅锤击会导致重复锤击，施工周期较长，成本增加大。并且抛石地层内石头在锤击过程中容易移位，导致成槽机开挖困难，对机械损坏较大，成槽机抓斗上的齿子损坏频率高，机械维修率高，耽误工期。因此，此方法不实用。

成槽机抓斗损坏

⑶、N31槽冲孔、抓完成槽记录

冲孔前出渣冲孔后出渣

2、抛石层挖除换填土后用成槽机开挖至设计标高。

把抛石层的石头挖除运走，再用土方回填密实，然后利用成槽机开挖成槽至设计标高。

2012年11月1日，组织2台挖掘机在车站东侧进行开挖换填试验。开挖宽度7m，基坑开挖至4m深时出现地下水。开挖至约4.5m深时出现填石。开挖至8.5m深时出现大块填石，挖掘机已经无法挖动填石层，若对大块填石破碎则太费工费时，所以停止开挖。为保证开挖部位能够尽快可以成槽施工，采用原土掺5%水泥对开挖基坑进行回填。

开挖过程回填过程

由于地面为原白石四道，表层路面破除困难，加之城镇道路两侧为管线密布，且管线改迁困难大。地铁车站大部分位于城市内，施工场地受限，所以放坡开挖空间较小。若对开挖坡面进行支护，则安全风险大，工程量也较大。开挖过程中机械使用效率较低，使得换填成本也较大。从工艺、工期和成本等多方面考虑，对填石层进行换填处理的方案并不理想。

3、JZL-60型履带式高压打桩机加改装钻头（500mm）穿透抛石层。

为迅速扭转被动局面，提高施工效率，研究决定采用新工艺和新设备。JZL-60型履带式高压打桩机加配一个高强度改装钻头，对抛石层破碎，穿透抛石层后再利用成槽机开挖成槽至设计深度。JZL-60型履带式打桩机功率大，加配的合金钻头强度高，具备钻岩的能力。

2012年11月7日，JZL-60型履带式打桩机和高强度合金钻头进场并开始试成槽施工。在试钻过程中，该桩机钻孔速度特别快，30分钟就穿透抛石层6米。但经过地下水层时，地下水混合锤渣形成泥质，泥夹杂着小石块将钻头气孔堵住，导致靠气压工作的机械无法正常使用。因此，本设备仅适合干燥地质中使用，在含地下水的地层中不适合。

在滨海富水地区不适合该工艺施工。

JZL-60型履带式打桩机 钻杆及高强度合金钻头

4、冲击钻头由圆形改装成矩形锤击穿过抛石区。

随着前三种方案的失败，经技术人员认真细致的重新研究，又回到传统的冲击钻锤击方案上来，决定把传统的圆形重锤改为矩形冲锤，这样就有效的解决了圆形冲锤的死角问题。

施工前把导墙内的土开挖1.5米深，从此处开始锤击可以有效控制槽壁垂直度。由于抛石层较厚，每锤击点采用多次锤击，多次清渣的方法直至穿过抛石层，然后采用成槽机开挖至设计标高。

矩形钻头

经综合分析。前三种成槽工艺均不适合滨海抛石区。第四种成槽方式，采用传统的冲击钻机，冲击钻头由圆形改装成矩形，需要设备少，钻头易改装，设别磨损较小，对各种地层、地质的适应性强，施工效率较高。所以第四种工艺经济、实用、快捷，在滨海抛石地层中值得推广。

二、地下连续墙成槽开挖注意事项

1、成槽采用液压抓斗(SG50成槽机)按照“跳一挖一”的顺序进行施工，在抓土过程中，通过液压抓斗导向杆调整抓斗的位置，对准导墙中心抓挖，单槽段成槽应按先两端后中间的顺序开挖，先挖两端后挖中间，使抓斗两侧受力均匀，确保成槽垂直度。

2、由于该段地质为填海抛石区，抛石厚度为0.80~8.80m，平均5.66m。施工过程中冲击锤无法一次冲破填石层，需采用两次或多次冲击加多次开挖成槽。

三、成槽质量分析总结

1、成槽后，通过测锤检测槽壁深度22.45m,设计值为22.24m，符合要求。

2、使用超声波检测仪检测槽壁质量，N32共检测两个点，检测位置见下图

超声波检测检测图见下：

通过超声波检测图，进行槽壁垂直度统计分析

通过对本槽段进行超声波检测结果分析，垂直度符合设计要求。

3、槽底沉渣厚度检测

槽底沉渣厚度通过测锤测量。

测量机具：测绳下方固定由4根20cm长的φ32钢筋焊接组成的方锤（重约5KG）;

测量方式：测绳徐徐落入槽内，直至感觉不到下降为止，并记录测绳数据；之后提升测锤高度约2m，通过自重使方锤伸入到沉渣下部，并作记录，如此反复多次取平均值。

测量频率：均匀选取5点进行测量。

N32地连墙成槽后沉渣厚度测量数据如下：

槽底沉渣先清底换浆，后置换清槽。

清底换浆：成槽后先沉淀30分钟，再用成槽机抓除槽内渣土；

置换清槽：使用Dg100空气压缩机，由起重机悬吊入槽，空气压缩机输送压缩空气，以泥浆反循环法吸除沉积在槽底部的土渣淤泥。循环时间从2012年11月27日22:30-2012年11月28日1:33，计3小时。

槽底清渣后，沉渣厚度测量数据如下：

根据数据分析，沉渣厚度为7.4cm,在规范和设计允许范围内，可采取以上方法进行槽底清渣。

4、混凝土超方系数分析

混凝土充盈系数为1.08。通过抛石层时会存在部分扩孔现象，有一点砼超方，但都在规范允许的范围内，能满足要求。

7、地连墙成品检测

经对矩形冲击钻头穿越抛石层施工的地下连续墙声测管检测分析，该幅地下连续墙为Ι类。目前该车站基坑已经开挖完毕施工车站主体结构，开挖过程中仅发现穿越抛石区部分的地下连续墙平整度不好，但未见地下连续墙渗漏水现象。效果较为理想。

结束语

经以上综述分析，滨海抛石填海区地下水丰富，地质条件特殊，采用矩形冲击钻头穿越抛石层，然后成槽机开挖至设计标高的做法，需要设备少，钻头易改装，设备磨损较小，对各种地层、地质的适应性强，施工效率较高。该工艺经济、实用，具有较好的经济效益和社会效益，在滨海抛石地层中值得推广。