探索中风化泥质粉砂岩地质条件下地连墙入岩成槽效率

探索中风化泥质粉砂岩地质条件下地连墙入岩成槽效率

邱炳权 ,唐永辉 ,肖钟仲 ,李子言

中国建筑第四工程局有限公司　　广东　　广州　　510665

摘要：以珠江水系地区典型中风化泥质粉砂岩地质条件下奇安信大厦项目地下连续墙施工为背景，针对地下连续墙施工场地狭小、工期紧张、施工难度大、槽段深、工序穿插繁琐等问题，采用优化施工工艺，分析各种工序间的时效、穿插，合理配置各种类型机械。经实施，极大地提升了地下连续墙施工成槽效率、节约工期。

关键字：地下连续墙、成槽效率、工序穿插、优化施工工艺

0引言

随着珠三角地区经济快速发展，城市化建设脚步的加快，建筑行业在深基坑、多元化基坑支护方面将有更加专业的趋势发展，相应地，大深度大厚度的地下连续墙也将拥有更加广阔的应用前景。在城市基坑工程施工中，地下连续墙-内支撑做为一种同时具备安全性、高效性的可靠围护结构，其应用非常广泛，在深基坑工程中更是具有不可替代的优势。

在深基坑中，地下连续墙施工成槽受到不均匀风化岩层的干扰，成槽工艺的选择直接影响围护结构的质量和工效。本文结合项目在遇到中风化泥质粉砂岩地质及施工场地狭小的情况下采用地下连续墙成槽施工工艺，探索如何提高在珠江水系地区典型中风化泥质粉砂岩地质条件下地下连续墙入岩成槽效率。

1工程概况

项目位于广州市海珠区芳园路北侧地段，总面积约为7.2万㎡，用地面积约5249㎡，1栋塔楼超高层及其附属裙房，其中地上31层，地下四层。基坑深度约为18.8~19.3m，建筑高度约为172.5m，为框架核心筒结构，基础采用灌注桩-筏板基础。本工程基坑深度为18.8m~19.3m。

图1项目效果图

2地下连续墙概况

2.1设计概况

本项目地下连续墙共计49幅，地下连续墙标准槽每幅长6米，宽1米，需穿过基坑底部进入中风化岩层不少于3m，深度约为22.8米。

图2地下连续墙-内支撑平面设计图

2.2现场概况

现场占地面积5249㎡，东西红线间距75.5米、南北红线间距69.5米，施工场地狭小，支护结构紧邻红线边界，周边高楼环绕，无多余场地使用，仅能依靠红线内场地进行平面布置。

3水文地质条件

钻探期间测得各孔地下初见水位深埋0.80～4.50m，地下稳定水位埋深1.00～4.80m。第四系砂层孔隙承压水稳定水位埋深4.70～8.70m；白垩系泥质粉砂岩（K）基岩裂隙承压水稳定水位埋深13.00～18.50m。地下水位变化幅度较大，年变化幅度为1～3米。

根据钻孔揭露，本项目场地地层按地质成因依次分为：人工填土(Qml)、第四系冲积层(Qal）和白垩系泥质粉砂岩（K），现将各土、岩层由上而下进行综合描述如下

3.1人工填土(Qml) 包括素填土和杂填土

（1）素填土：杂色，稍湿，松散-稍密，主要由粘性土和碎石组成，局部夹碎石块。厚度2.80～3.40m，平均厚度3.10m，顶面标高8.66～9.38m。

（2）杂填土：主要由砼块、碎石及粘性土组成。厚度3.10～7.50m,平均厚度4.02m，顶面标高8.08～9.74m。

3.2第四系冲积层(Qal）包括淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、砾砂。

（1）淤泥质粉质粘土：流塑状为主，局部软塑状，局部含粉细砂。厚度1.50～6.80m，平均厚度3.62m，顶面标高2.87～5.88m。

（2）粉质粘土：可塑状，局部软塑状，主要由粘粒和粉粒组成，粘性较好。厚度1.40～5.10m，平均厚度2.80m，顶面标高-8.79～-2.22m。

（3）粉砂：饱和，松散，分选性好，局部含大量淤泥质。厚度2.40～9.20m，平均厚度6.10m，顶面标高-2.51～3.63m。

（4）砾砂：饱和，稍密，分选性差，含粘粒。厚度0.70～6.10m，平均厚度2.79m，顶面标高-8.58～-0.88m。

3.3白垩系泥质粉砂岩（K）

场地基底为白垩系泥质粉砂岩（K）：在钻探深度揭露范围内，根据岩石的风化程度可划分为土状强风化、块状强风化、中风化、夹层中风化、微风化五个风化岩带，现分述如下：

（1）土状强风化泥质粉砂岩：岩性为泥质粉砂岩，红褐色，灰黄色等色，岩石风化强烈，岩芯呈半岩半土状，土夹岩块、碎块状，遇水易软化，岩质软，强度低，属极软岩，岩体完整程度为极破碎。岩石基本质量等级为Ⅴ。单层厚度0.50～6.90m，平均厚度2.34m，顶面标高-16.87～-4.36m。

（2）块状强风化泥质粉砂岩：岩性为泥质粉砂岩，红褐色，灰黄色等色，岩石风化强烈，岩芯呈碎块状，块状，岩质软，强度低，属极软岩，岩体完整程度为极破碎。岩石基本质量等级为Ⅴ。单层厚度0.50～7.10m，平均厚度1.65m，顶面标高-32.25～-5.08m。

（3）中风化泥质粉砂岩：岩性为泥质粉砂岩，红褐色、灰黄色等色，砂泥结构，层状构造，岩芯呈块～短柱状,可见裂隙，岩芯较破碎，岩质较新鲜、较坚硬，击之声较脆，属极软岩，岩体完整程度为较破碎。岩石基本质量等级为Ⅴ。厚度0.50～8.60m，平均厚度2.82m，顶面标高-17.48～-5.06m。

（4）夹层中风化泥质粉砂岩：岩性为泥质粉砂岩，红褐色、灰黄色等色，砂泥结构，层状构造，岩芯呈块～短柱状,可见裂隙，岩芯较破碎，岩质较新鲜、较坚硬，击之声较脆，属极软岩，岩体完整程度为较破碎。岩石基本质量等级为Ⅴ。厚度0.80～6.40m，平均厚度2.79m，顶面标高-36.11～-15.22m。

（5）微风化泥质粉砂岩：岩性为泥质粉砂岩，红褐色、青灰色等色，砂泥结构，层状构造，岩芯呈柱状,岩芯较完整，岩质较新鲜、较坚硬，击之声较脆，属较软岩，岩体完整程度为较完整。岩石基本质量等级为Ⅳ。该层在所有钻孔均有揭露,厚度0.80～19.50m，平均厚度6.69m，顶面标高-40.41～-9.56m。

图3局部岩层剖面图

4地下连续墙施工工艺

针对本项目地质情况，决定采用以下地下连续墙-内支撑施工工艺，地下连续墙施工主要工序：

图4 地下连续墙施工流程图

5地下连续墙成槽工艺

导墙布设→旋挖机引孔→成槽机开挖→冲桩机施工→底部清槽

5.1旋挖机引孔

因地下连续墙基本槽段为宽1m，长6m，故引孔机选用1台XR360旋挖机，钻头直径选取1m，旋挖机先进行主孔引孔施工，钻孔位置如下：

图5旋挖机引主孔示意图

图6旋挖机现场施工示意图

5.2成槽机开挖

待旋挖机引孔完成后，选用成槽机进行抓土，成槽机选用金泰SG70,采取抓土至岩面，尽可能的往下方进行挖掘，减少冲桩机的施工时间。

图7成槽机现场施工示意图

5.3冲桩机施工

选用两台钻头直径为1m的冲桩机在不同的地下连续墙槽段进行副孔施工，同时进行修边处理。

图8冲桩机现场施工示意图

5.4底部清槽

待冲桩机施工副孔及修边完成后，即可采用成槽机进行底部清槽，清理出泥土碎石，然后采用筛沙机进行清孔及刷壁操作。

6成槽效率以及问题分析

结合项目已施工的地下连续墙数据来看：

由上表数据分析可知，地下连续墙入岩厚度普遍在6~8m之间。目前在中风化岩层的基础上，地下连续墙引孔时间需要14~17个小时，引孔速率在2.07m/h~2.29m/h，平均引孔速率在2.19m/h。冲孔时间需要56~67个小时，冲孔速率在0.40m/h~0.47m/h，平均冲孔速率为0.44m/h。其结合地下连续墙浇筑时间可得知，在一台旋挖机、两台冲桩机机械设备配置情况下，平均每幅地下连续墙引孔约需要2天时间，冲孔约需要8天时间，有两个流水段同时在进行地连墙槽段冲孔工序，地连墙从引孔到完成浇筑混凝土需要约5天时间，效率低下，主要有以下几个原因：

（1）入岩深度远比设计深度深，引孔时间过长，总体进度缓慢；

（2）进入岩面深度较大，冲孔时间过长，且无法与旋挖机引孔形成有效配合，常常导致地下连续墙引孔面出来后无冲桩机施工；

（3）机械损坏维修耽误时间；

（4）地下连续墙钢筋笼下放卡笼，导致无法浇筑。

7解决措施

（1）针对旋挖机引孔总体施工进度缓慢，决定再引进一台XR400D旋挖机，采用两台旋挖机进行引孔施工。

（2）针对旋挖机施工效率搭配不当以及冲桩机总体施工进度缓慢，根据旋挖机与冲桩机施工效率对比，再增设8台冲桩机（由于施工场地狭小，施工空间有限，通过模拟场地布设、施工流水段划分，现场配置1台成槽机、2台旋挖机、2台履带吊、8台冲桩机的机械设备情况下，现场运转已是饱和状态，同时此时电力电压配置也无法再支持多1台冲桩机的工作状态下的运行电量），其中两台用于备用。针对冲桩机施工效率低下，考虑到冲桩机直径以及地下连续墙槽段长度，决定选用两台冲桩机采用对冲方式在同一槽段同时进行施工，提高施工效率，节约时间。

图9冲桩机对冲工艺示意图

图10冲桩机对冲现场施工示意图

（3）针对机械损坏维修耽误时间，现场备用2台冲桩机设备及仓库存储多套机械配件，一旦机械损坏，立即使用备用冲桩机，损坏的机械立即采用存储的机械配件在工地上进行维修，减少进出场维修及重新调配机械配件时间。以确保整个冲桩机使用过程中，确保冲桩机不间断的进行冲孔施工。

（4）针对地下连续墙钢筋笼下放卡笼情况，拟采取①旋挖机引孔速度不宜太快，严格控制垂直度；②在地下连续墙槽段修边完成后，冲桩机更换钻头为方锤（宽1m，长2m）进行最后一次过孔；③槽段成槽后采用超声波检测仪对槽段垂直度进行检测，确保其垂直度检测结果符合设计及规范要求。待垂直度检测合格后即可进行钢筋笼下放。

8优化工艺后成槽效率

地下连续墙施工优化工艺后，采集一个星期共7幅地下连续墙数据，如下表所示：

上方数据分析可知，地下连续墙入岩厚度普遍在6~8m之间。在中风化岩层的基础上，地下连续墙引孔时间需要14~18个小时，引孔速率在2.13m/h~2.26m/h，平均引孔速率在2.20m/h。冲孔时间需要28~35个小时，冲孔速率在0.86m/h~0.92m/h，平均冲孔速率为0.88m/h。其结合地下连续墙浇筑时间可得知，在两台旋挖机、8台冲桩机机械设备配置，有两台旋挖机在同时引孔，8台冲桩机在4个地下连续墙槽段在同时施工，相当于引孔效率提升一倍，大约1天完成一幅地下连续墙引孔，冲孔效率提升一倍，大约4天完成一幅地下连续墙的幅孔以及修边过方锤，其存在四套冲桩机施工，相当于1天完成1幅地下连续墙，达到与旋挖机密切配合，同时也提高功效，达到一天施工浇筑完成一幅地下连续墙的施工效率，达到预期效果。

9结束语

本文通过在奇安信大厦项目的地下连续墙施工现场数据，分析得出提高珠江水系地区中风化泥质粉砂岩地质下地下连续墙成槽效率的方法，总结的相关的施工经验技术，有利于在珠江水系地区，各个项目经过岩土勘察报告以及设计图纸，估算出自身入岩深度，结合自身的施工总进度计划，合理安排施工工艺以及施工机械施工，达到工期要求甚至提前完成，可为类似工程提供技术借鉴。

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