地连墙施工实例探讨(嵌岩).doc

地連墙施工实例探讨使用BC25 双轮铣槽机削掘硬岩毕元顺 缪绍勇 王国庆 严融台湾宝峨工业技术股份有限公司 上海基础工程公司摘要深圳地铁一期工程3B标段老街站，是一个地下三层车站，由上海市基础工程公司(SFEC)承建。该工程是深圳市重点工程之一，工程建筑标准及要求十分严格；本工程的围护结构主要采用地下连续墙工艺，10759 m3的地下连续墙需要在坚硬的岩层中浇筑。因此，在地下连续墙施工设备的选择上，採用了德国宝峨公司的BC 25 双轮铣槽机。本文針對上述工程中，有关工字钢的刚性接头、使用的设备和配套设施、施工工艺和施工难点，提出說明與探討。一前言二十世纪八十年代早期，地下连续墙工艺被引入中国建筑业。迄今已被广泛的运用在基础工程中，作為临时或者永久挡土墙，有时也作为承受荷重的结构体。目前中国在软土層中，施作地下连续墙的相关技术，已有了良好的发展，但是在硬地層如砾石、巨砾或者岩石中，地下连续墙的施工技术，仍处于初步的发展阶段，所以在应用和经验方面的资料非常有限。但可预期的是，为了适应环境的要求和城市近郊的发展需求，随着越来越多的地下空间的开发利用，将会有更多的地下连续墙，需在更加困难的条件下进行施工。深圳地铁老街站位于深圳市区的东部，其地质情况为上层的软土及下层的坚硬花崗岩（最高强度达到138 MPa）。坚硬的岩石、工艺上的需要以及严格的设计要求，让SFEC选择了宝峨公司的BC25 双轮铣槽机来进行地墙的施工。这样不仅允许使用工字钢接头来抵抗地震的影响(设计抗震等级M=7.0),而且可以增加在硬岩中的挖掘工作量。在中国，该技术被首次使用在硬岩中来进行如此大规模（10,759 m3）的地下连续墙的施工，同时也是首次使用工字钢接头进行刚性搭接。二工程范围2.1 地下连续墙延长米 470 m厚度 800 mm深度 平均28.6 m（27.0 31.0 m）槽段数 115接头类型 工字钢（700x350x10 mm）刚性搭接垂直度要求 3/1000开挖工作量(区域) 10,759 m3（13,449 m2）三工程地质代表性的土层为三个不同的厚度变化的地层组成，如图2 所示，分别为：上层的软土层，全风化到强风化的岩石层，中风化到微风化的岩石层。经现场调查勘测，地下水位约在地表下2.5 m呈静态分布,岩石的最大单轴强度为138 MPa。设计要求地下连续墙需貫入到下层硬岩中。四刚性接头在中国最常使用的地下连续墙接头形式为锁口管搭接（图3），此接头主要用于临时挡土结构。先将钢管放置于接头位置，待双雌槽段的砼浇筑24 小时后取出钢管，这样接头处就形成一个半圆形的凹口用来与相邻槽段的搭接。如果地下连续墙被用作永久结构的一部分，那么典型的接头搭接形式通常设计为图4 所示之形式，从而能够提供更好的刚性结构体，来抵抗由于地震引起的侧向力。4.1 工字钢接头老街站地下连续墙之间的接头设计采用700x350x10 mm 的工字钢搭接。首先施工两端装有工字钢的双雌槽段，然后将相邻的雌雄槽段或者双雄槽段的钢筋笼吊放至接头处进行搭接。工字钢的搭接设计图如图5 所示。图5 工字钢接头4.2 工字钢接头的优点地下连续墙使用工字钢接头主要有三个优点：1） 不需要拔取锁口管之类的管子，并且与砼的浇筑完全独立。另外，与通常使用锁口管方法相比，可允许更多的有效率的现场组织和计划的实施。2） 提供更好的挡土能力抵抗由于地震和震动所产生的侧向力。3） 可作为部分和承受荷重的永久结构体。五设备选用5.1 成槽设备的类型地下连续墙施工，有数种不同的设备系统可供采用。就一特殊的地下连续墙工程而言，在计划阶段的一个关键的决定，就是选用适当的设备，采用科学又经济的工艺，对于工程的成功有着决定性的影响。老街站地连墙成槽设备的选用，主要原因描述如下。35.1.1 液压式抓斗液压式操作的哈壳状抓斗，移动性能好，但抓力有限，用于挖掘上层的软土。5.1.2 双轮铣槽机BC25双轮铣槽机为液压式操作机械，它的工作原理为反向循环原理（图6）。挖掘时两个铣轮连续的切削下面的泥土和岩石然后把它们卷上来并破碎成小块，再在槽中与稳定的泥浆混合后将它们吸进泵里面。装在真空盒上面的离心泵，将这些含有碎块的泥浆泵进一个循环设备，在那里通过一个振动系统 (Desander) ，将泥土和岩石碎块自泥浆中分离，处理后干净的泥浆重新抽回槽中循环使用。在铣槽机内装有一个电子偏微器，可以测量出削掘時水平与垂直两个方向的偏离量，在驾驶室里的显示屏上，同时以度和厘米来连续的显示该偏离量，假如铣槽机偏离了它的垂直轴，可使用油压操控的导板进行调整。基于上述之考量，老街站选择了宝峨公司的BC25 双轮铣槽机，其重量约25 吨，配置在一部100 吨的液压式履带起重机上，它的直接动力源于装在起重机上的一个365 KW 引擎（图7）。选择该成槽设备的重要原因是：地下连续墙底端需贯入基岩中大约9 m 深，工程的高要求以及严格的垂直度要求。该成槽机在挖掘基岩时有以下的优点：图6 铣槽机挖掘系统1） 铣槽机工作时特别安静，几乎无震动。2） 在硬的土层和岩层中不再需要冲锤。3） 即使邻敏感的建筑物也可以进行深度的挖掘。4） 安装有锥形牙齿或滚动钻头的铣轮能够在坚硬的岩石中挖掘，例如在花岗岩、玄武岩等最大强度达250 MPa 的岩石中挖掘。5） 从除砂器中分离出来的小碎石可以用来作砼的骨料、回填和铺筑材料等。4导钣离心帮浦导钣铣轮图7 BC25 铣槽机配置于BS6100 起重机5.2 成槽设备主要的成槽设备包括：1) BC25 双轮铣槽机 1 安装在BS6100 起重机上2) 切削刀盘800 mm 装有炭化钨牙齿 1 适合于最大强度60 MPa 的岩石3) 切削刀盘800 mm 装有锥形牙齿 1 适合于最大强度120 MPa 的岩石4) 液压式抓斗800 mm 1 安装在50 吨履带式起重机上5) 带有铲齿的接头刷 1 用来清里接头5.3 护壁泥浆的拌合、供给和除砂设备1) 2.5 立方米的拌浆器 12) 除砂装置，宝峨BE375 1 功率375 m3/hr3) 真空离心泵 44) 增压泵 25) 泥浆池，容量625 m3 1 25.0mx10.0mx2.5m6) 弃土坑，容积200 m3 157) 泥浆测试装置 15.4 钢筋笼吊装和砼浇筑设备1) 履带式起重机，50 吨 12) 履带式起重机，100 吨 13) 10的1m、2m、3m 长导管 100 m4) 800 mm 锁口管 70 m5) 液压管千斤顶，100 吨 26) 10导管用漏斗 2六施工工艺地下连续墙槽段之划分有三种形式：双雌槽段、雌雄槽段、双雄槽段，挖掘的长度在1.6 m（一个闭合刀）和7.2 m（三刀）之间，槽段交错地或连续地施工。总的说来，标准槽段的长度变化范围在3.6 m 到5.2 m 之间，闭合槽段的尺寸根据現地情况而变化。6.1 挖掘工艺6.1.1 先挖掘双雌槽段，工序为：有规则的三刀挖掘；吊装两端焊有工字钢的钢筋笼；两端各留1000 mm 的预挖区；回填碎石；安装锁口管以减少砼的外逸，同时形成搭接头，以便相邻的双雄槽段或雌雄槽段的钢筋笼，能够吊放至槽中进行重叠，如图8。6.1.2 已浇筑砼的槽段与雌雄槽段相邻的一端已经装有工字钢，只要将雌雄槽段的钢筋笼吊放下去，并插入到预挖区进行重叠，如图9。6.1.3 最后施工双雄槽段，在双雄槽段相邻两侧已浇筑砼的槽段都已经装有工字钢（图10）。6.2 接头的清理因为竖向的接头浸没在泥浆中，同时也偶有外逸的砼，这样接头的表面就无可避免地受到污染及粘上杂物，在浇筑砼之前必须使用装有钢丝刷的接头刷来清理干净（图11）。七.钠基土泥浆泥浆的质量、供给/贮存数量以及循环利用等需稳定的控制，这些都是确保本特殊工程成功的主要因素。其主要考量如下：1） 槽体的稳定性。 图11接头清理工具2） 砼的最终质量，特别是接头处。3） 工程的严格要求。7.1 泥浆的材料和性能钠基土： NYZE 中国山东产 CMC 和固体碳酸氢钠，用于泥浆的循环泥浆性能指针和参数：新鲜的浆 成槽用浆 砼浇筑前的浆比重（g/ml） 1.041.06 1.041.20 1.041.15粘度（S） 2023 1925 1925含砂率 2% 7% 4%PH 值 89 812 8117.2 泥浆的供给和循环在邻近施工现场建有一泥浆工作站（图12），用于泥浆之扮合、存贮和循环/除砂。泥浆通过4 个4的SUNNY 软管供出，用一个6的钢管回收。除砂機 BE 375 穩定液(泥漿)池 皂土能量 375 m3/hr 能量625 m3图12 泥浆工作站7.2.1 拌合将NYZE钠基土与水在拌浆器中搅拌，每批2.5 m3拌合约10 分钟，然后將新鲜的泥浆排放到泥浆池中膨胀，在泥浆使用之前至少膨胀12 小时。7.2.2 存贮为了适应连续的成槽和循环的要求，3 倍于最大槽段消耗量的泥浆，即550 m3的泥浆需要预备并贮存在10 个池子中。7.2.3 循环和除砂被使用过的泥浆通过宝峨公司的BE375 除砂器，将土颗粒和碎石块除去，然后把干净的泥浆重新输送回到槽中。在成槽完成后，将铣槽机放到槽底，抽换使用过的泥浆，并通过除砂器循环利用，同时将新鲜的泥浆供送到槽的上部。这个过程一直持续到泥浆能够满足吊装钢筋笼和浇筑砼的指定标准。7.3 泥浆的使用新鲜的泥浆 在浇筑砼之前，把浆从泥浆池中供送到槽中使用过的泥浆 环的或浇筑砼的浆泵送到池中，并根据浆的质量指数，或进一步供挖掘使用，或浇筑砼使用污染的泥浆 直接废弃掉八.施工数据8.1 标准施工循环时间表1. 标准槽段施工循环时间表槽段类型种类双雌槽段 雌雄槽段 双雄槽段挖掘长度 (m) 7.0 4.4 1.6槽段长度 (m) 5.0 4.4 3.6槽段深度 (m) 28.6 28.6 28.6挖掘量 (m3)土层, 使用抓斗岩石, 使用铣削机BC25160.284.076.2100.752.847.936.619.217.4槽段 (砼) 量 (m3) 114.4 100.7 82.4挖掘 (hrs)土层, 使用抓斗岩石, 使用铣削机BC2528.6(69.25%)10.118.517.9(61.08%)6.311.66.5(40.37%)2.34.2*维修时间 (hrs)3.8(9.21%)2.8(9.56%)1.5(9.32%)接头清洗 (hrs)0.01.5(5.12%)2.8(17.39%)清底及循环/除砂 (hrs)2.5(6.05%)1.9(6.48%)1.7(10.56%)吊装钢筋笼 (hrs)单片钢筋笼无搭接1.0(2.42%)1.2(4.10%)1.5(9.32%)回填碎石和锁口管安装 (hrs)2.1(5.08%)1.2(4.10%)0.0浇筑砼 (hrs)3.3(7.99%)2.8(9.56%)2.1(13.04%)总用时 (hrs)41.3(100%)29.3(100%)16.1(100%)*维修时间包括换齿和铣轮维护等时间98.2 挖掘工作量和消耗量平均挖掘工作量:土层8.3 m3/hr, 抓斗岩层 3.05 m3/hr (0.676.94 m3/hr), 铣槽机BC25钠基土消耗量： 17.39 kg/ m3牙齿消耗量： 总数4,678 个 (每立方米岩石平均1.5 个)8.3 工程进度. 特别困难之处9.1 在坚硬的花岗岩和片麻岩中的挖掘工程开始之初，提供的地质资料显示岩石的最大强度为67 MPa，所以选用了标准的炭化钨牙齿配置在铣削轮上，进行岩石中的挖掘。在工程开始的最初两个月内，连续出现设备/岩石相关的问题，而且工程进度非常缓慢，岩层挖掘速度仅为0.221.12 m3/hr。故研究决定补充地质勘测，并取岩心作岩石强度试验（图14），补勘报告证实岩石的最大强度达到138.1 MPa，是67 MPa的两倍，平均也达到了101.3 MPa。这就需要重新来审视这一问题，同时也从经济角度考虑下，决定换用锥形牙齿（图15），及将原直径5的泵换成6。经过这样的改进，在岩石中挖掘的工率，成功地提高到了3.05 m3/hr。9.2 接头的清理和钢筋笼的吊放标准的做法，在雌雄槽段或双雄的钢筋笼安装和浇筑之前，接头截面上的粘着物必须尽可能的清除。在浇筑开始三个槽段时，砼总是会外逸到预挖区，主要是因为最初设计时工字钢（350x700x10 mm）的两侧都有50 mm 的空隙，由此带来的后果是，不仅清除外逸的砼很困难，而且很难将相邻的雌雄槽段，或双雄槽段的钢筋笼放到设计要求的位置，所以需要改进工艺。通过焊接附加的角钢（40x40 mm）并在工字钢的两侧焊上铁皮板条，来阻止双雄槽段砼的外逸，但是过分严格的容许量（每个接头区域55mm），导致相邻的雌雄槽段或双雄槽段的钢筋笼的安装变得十分困难。为了解决上述的困难并满足搭接的设计要求，改良式的接头（Lee et al，1991），以聚乙烯人造纤维布和更宽的端板，来防阻双雌槽段浇筑时砼的外逸，且将L 型钢板对称的焊接在垂直向的主筋上，以提供足够的延性和韧性，抵抗受剪力时变形开裂，另外也可为接头清理机具提供导向作用。此一改良的端板钢性接头，可作为未来地下连续墙的设计参考。改良的端板钢性接头和清理机具如图16，17 和18 所示。.结论BC25 铣