冲锤成槽地下连续墙施工方法探讨

冲锤成槽地下连续墙施工方法探讨

袁辉

身份证：42232619790817xxxx

摘要：论文以珠三角中部地区某高层商业楼项目深基坑支护工程中的地下连续墙施工为例，从地质情况、现场施工条件、设计方案比选、施工工序和组织、施工质量、常见问题处理以及施工安全、环保施工等角度出发，对采用冲锤成槽施工工艺施工地下连续墙的方法需要注意的问题进行探讨，从而总结出地下连续墙采用冲锤成槽工艺进行施工的经验，以期对后续类似工程的施工提供参考。

关键词：深基坑；地下连续墙；冲锤成槽；施工工艺

一、工程概况

项目位于珠三角某地区，拟建建筑东、西、北侧均紧邻已经建成的高层建筑，南侧为市政交通主干道。项目建筑面积43700平方米，建筑高度59米，地下室两层，基坑深度平均13.6米。

1、场地及周边地形环境

场地已经平整到广州高程7.20m标高，建筑东、西、北侧已建成建筑物经查图施工期间均采用钢筋砼内支撑加桩锚支护形式，南侧市政路及路边人行道埋设了给水、污水、电力、煤气、电信等多种管线。

拟建地下室呈正方形，周长约330米，边长约80米。地下室东、西和北侧边线紧挨用地红线，南侧边线距离用地红线约7.0米。

2、基坑安全等级

基于地质条件、地形及周边环境的限制，地下室基坑根据相关标准、规范，设计安全等级为一级，基坑支护结构使用年限自支护结构完工之日起计为12个月。

3、设计方案简介

由于场地东侧拟建地下室外墙距离毗邻建筑物的永久围墙间距不到3米，场地北侧距拟建地下室外墙2米处埋设有地下高压电管廊，原设计采用的冲孔灌注桩方案无法满足施工工作面的需求，因此在设计阶段，从施工安全和节省投资的角度出发，采用将场地东侧与北侧的支护方式改为永久地下连续墙兼做地下室外墙的方式。具体设计指标为：导墙C30混凝土，地下连续墙C35\P10防水混凝土,钢筋采用HPB300\HRB400级,地下连续墙嵌入坑底深度6米以上,厚度800mm,接头采用“工”字型钢板接头。

二、工程地质和水文地质概况

1、工程地质情况

根据地质勘察报告，该场地自上而下分别为人工填土层、海陆交互相沉积淤泥及淤泥质砂土层、残积砾质黏性土层，平均厚度分别为1.77米、4.13米、2.13米，基岩为志留系二长花岗岩，勘探深度平均19.37米。

2、水文条件

场地内地下水主要为第四系孔隙含水层和基岩裂隙水，勘察作业期间，各钻孔均遇见地下水，实测钻孔地下水初见水位埋深平均0.35米m，稳定水位埋深为0.72米，地下水位年变化幅度为0.5～1.0米。

三、施工工艺比选

地下连续墙采用液压抓斗成槽机施工成槽的施工方法比较普遍且工艺比较成熟，但本项目地下连续墙按照设计要求需要深入中（微）风化岩层，根据地质报告揭示该岩层岩样的标贯击数达到***，硬度较大，如果采用成槽机成槽，到达中（微）风化岩层的时候，还需要采用钻机进行成槽施工，工艺、机具的转换不利于槽壁平整度和垂直度的控制，而且对紧张的工期要求不利，因此采用冲锤成槽工艺符合现场地质情况，从而能够更好地控制成槽质量，并且有利于工期的控制。

四、主要机具设备配置

CZ22冲击钻机，挖掘机，200T履带吊车，泥浆泵，自卸车，测量设备等。

五、施工场地布置

1、场地硬化与临时道路

施工场地内对需要局部硬化的部分采用20cm厚C20砼进行硬化，硬化路面与场内临时道路同时施工。与施工道路交叉的部分导墙，在上面铺设钢板作为临时通道，在相邻槽段连续墙施工完毕后另辟通道再施工该部分槽段连续墙。

2、钢筋加工场地

钢筋加工场地布置在场地中间靠东侧，钢筋加工场地尺寸10×25米。钢筋笼制作采用14号槽钢、间距2米排放作为平台，并设钢筋笼堆放场地一处。

3、泥浆池与泥浆沟

（1）泥浆沟布置在导墙内侧，截面净空尺寸为500×600mm，利用导墙作为沟边一侧，另一侧用水泥砂浆砌筑120mm砖墙，砌筑高度比导墙顶低150mm。泥浆沟就近与各个泥浆池相连，沟底用水泥砂浆找平。

（2）泥浆池分两期分别在基坑中间靠北侧设置，每个泥浆池合计储浆量400米3，分3格，采用钢板分隔，底面浇灌50cm厚C15混凝土，并安设泥浆泵架。在每个导墙施工长度范围内分别设置一个泥浆循环池，泥浆循环池通过泥浆沟与槽段相连，形成泥浆循环系统。为便于换浆，采用立式泥浆罐存放新制备泥浆及灌注混凝土时回收泥浆，在泥浆罐边布置一个泥浆制备池，用于过渡制备泥浆。

4、临时存渣场

场地内分期设置临时泥渣堆放场地一处，用于堆放连续墙成槽及泥浆沉淀的泥渣，堆放场地周边用砂袋堆砌1米左右围护，并设排水沟就近与泥浆池相连，避免泥浆污染场地。

六、总体施工安排

1、导墙施工。

2、地下连续墙施工：地下连续墙采用跳槽施工，前一幅强度达到70%后方可进行下一幅施工，当完成导墙后，采用冲击锤进行主孔施工，边冲边加强返浆，冲好孔后用方锤修孔壁，使其成为符合设计要求的槽段。

七、施工方法

1、地下连续墙施工流程

2、导墙施工

（1）基槽采用放坡开挖，坡度设置为1：0.5。开挖尺寸如右图所示：

（2）导墙采用“］［”形，深度为1.5米，腹板厚度250mm，翼板厚度200mm，混凝土设计强度等级为C30。土方开挖完成后分别进行下翼板、墙体、回填土、上翼板的施工，施工工序见下图。

（3）导墙上口高出地面200mm，以防止垃圾和雨水冲入导槽内污染或稀释泥浆。为了保证泥浆的护壁压力，导墙顶标高比最高的水位高出不小于1500mm。

（4）异型导墙处理:对于异型导墙如“L”型导墙，导墙各转角处需向外延伸，以满足最小开挖槽段及钻孔入岩需要，具体布置如图所示：

3、泥浆选用及制备

（1）泥浆制备：

①设置两个泥浆沉淀池及两个泥浆制浆池，泥浆循环池可根据槽段开挖就近设置，泥浆沉淀池布置在基坑范围内，采用砖砌结构，高出地面50cm。泥浆沉淀池分为两级，第一级经泥浆分离机后沉淀，第二级为纯浆。为便于换浆，采用立式泥浆罐存放新制备泥浆及灌注混凝土时回收泥浆，在泥浆罐边布置一个直径3米深1米泥浆制备池，用于过渡制备。

②采用膨润土造浆，将膨润土进行充分搅拌，放入池中存放24小时以上使之充分水化后使用。泥浆配合比如下：（每m3泥浆材料用量Kg）膨润土70：纯碱1.8：水1000：CMC0.8。配制方法：先配制CMC溶液静置5小时，按配合比在搅拌筒内加水，加澎润土，搅拌3分钟后，再加入CMC溶液。再搅拌10分钟，加入纯碱，搅拌均匀后，放入储浆池内，待24小时后澎润土颗粒充分水化膨胀，即可泵入循环池。

（2）泥浆调整

回收浆在回浆池沉淀后，对指标仍优良的部分直接泵储浆池。对指标有所改变的部分在搅拌池调整后，再泵回储浆池。调整方法见下表。

（3）泥浆施工管理

①各类泥浆性能指标均应符合国家规范和设计的规定，并需经采样试验，达到合格标准后方可投入使用。

②成槽作业过程中，槽内泥浆液面应保持在不致外溢的最高液位，暂停施工时，浆面不应低于导墙顶面50cm。

③混凝土灌注结束时，污染严重的泥浆需排出泥浆沉淀池外运。

4、槽段开挖

采用冲击锤成槽，用冲击式钻机或卷扬机通过钢丝绳带动冲锤，以冲击破碎的方式切削岩土进尺，上下往复冲击，将桩孔中的土石劈裂、破碎或挤入孔壁中，利用泥浆循环系统将钻渣排出孔外。冲击时按主、副孔跳打成槽，最后用方锤冲打修边和冲刷槽间钢接头。

（1）土砂层岩层成槽

①用Φ880冲桩锤按照顺序冲槽，先施工2#5#主孔，再施工1#3#4#6#孔，边冲边返浆，成孔后用方锤修壁，使其成为符合设计要求的槽段。冲孔时，及时调整泥浆指标，严防塌孔。施工工序如下：

第一步圆锤冲击成孔，圆锤直径880mm

第二步方锤修孔，方锤尺寸800x1500mm

第三步槽孔成型，清孔

②冲击钻入岩成孔时，勤松绳、勤掏渣，严格控制提升冲锤高度不超过1.0m，并随时检查连结冲锤和钢丝绳的锤环，防止锤环磨损过大造成斜孔和掉锤。施工过程中每进尺0.5～1.0米测量一次钻孔垂直度，并随时纠偏。地层变化处采用低锤轻击、间断冲击的方法小心通过。

③返浆循环出的泥渣应及时捞起，或排到泥浆池沉淀后用挖机挖起，集中堆放晾干外运，多余的泥浆通过泥浆罐车外运。

（2）成槽施工技术措施

①冲孔前检查泥浆储备是否满足施工要求，施工机械是否完好，场内道路是否通畅，供浆管道和返浆沟是否满足要求。

②冲孔过程中，根据地层变化及时调整泥浆指标，随时注意成槽速度、排土量、泥浆补充量之间的对比，判断槽内有无坍塌、漏浆现象。

③连续墙施工过程中，由于砼绕流会给后开槽段施工带来较大的困难，因此在连续墙施工中，必须防止接头处的偏差、扩孔情况。

5、清孔

（1）槽段成槽完毕后检查槽位、槽深、槽宽、槽壁垂直度及岩样，合格后进行清槽换浆工作。采用空气吸泥法反循环清槽，通过压入压缩空气至槽底的吸泥装置，将泥砂吸上，通过泥浆净化器分离，向槽段内不断输送新鲜泥浆，置换出带渣的泥浆，吸泥管不断移动位置，确保清槽后槽底沉渣满足要求。在清底换浆时，要保持槽内始终充满泥浆，以维持槽壁稳定，避免塌孔。

（2）槽底清理和置换泥浆结束1小时后，应保证槽底500mm左右高度以内的泥浆比重不大于1.15，粘度小于28S，含砂率小于8%，沉渣厚度不大于100mm。对于二期槽段，必须用特制带钢丝刷的方锤在槽内混凝土端头上下来回清刷，将刷锤提出泥浆面观察刷子带泥情况，使接头处干净不夹泥。因本工程连续墙为永久结构，为防止沉渣过多，造成施工后连续墙沉降过大，所以在钢筋笼沉放后沉渣厚度不符合要求（＞100mm）时，应做二次清孔。

6、钢筋笼和钢筋网片的制作和吊装

（1）钢筋笼的制作

①钢筋笼在14#槽钢架设的平台上加工，制作时要严格按照设计图纸进行，各桁架筋、预埋筋、水平分布筋、吊环的焊接必须牢固。

②在加工钢筋笼时，将工字型钢接头与钢筋笼整体焊接，工字钢板底部为连续墙底面标高上250mm，顶部与导墙顶标高相同。在工字钢外侧设20cm宽的薄铁皮，薄铁皮固定在工字钢板上，防止混凝土从两侧流入工字钢接头处增加清洗难度。

工字钢接头大样

③在钢筋笼制作时，预留浇筑导管位置并按照技术交底提前进行测斜管的安装，测斜管用扎丝固定在钢筋笼上。

（2）钢筋笼的吊装

①钢筋笼采用100T履带吊、25T汽车吊配合整体吊装入槽，钢筋笼垂直缓慢入槽，吊点中心必须与槽段中心对准，缓慢下降。钢筋笼上的预埋件要可靠固定。

②钢筋笼到位后，用槽钢搁置在导墙上。在钢筋笼内下两根混凝土浇筑导管，导管距两端槽壁不大于1.5米，导管底部距槽底0.5米，导管用法兰接头连接。钢筋笼吊装吊索的设置和吊装形式如图所示：

③本工程I期槽段采用工字钢接头，在钢筋网片安装到位后，马上采用袋装土进行接头位回填，以避免浇灌过程中混凝土绕流影响二期槽段成槽，并可以保证接头间良好的止水效果。

7、接头处理

（1）连续墙工字钢接头处容易夹泥，该位置的泥渣处理是连续墙施工中比较难控制的工序，因为人眼看不到接头面，整个处理过程只能靠经验，处理不当会影响混凝土质量，导致墙体渗漏，因此接头处的淤泥要用接头刷清干净。针对本工程的连续墙接头形式，我们采用毛长40mm的钢丝刷焊接在方形锤两边做成接头刷，通过钻机钢丝绳反复上下对接头处进行重复上下清刷，直至接头刷上无泥为止，处理效果比较理想。

（2）另外，由于槽段施工Ⅰ期槽才安装工字钢封口接头，为了Ⅱ期成槽、冲修接头界点清楚分明，封口腹板必须延伸至导墙顶端，其作用是防止砼绕流至Ⅱ期槽接口孔位凝固后影响成槽，而且作为Ⅱ期成槽、冲修工序的导向钢板，也是冲刷Ⅰ期钢板接口的边界位置，如果封口腹板不延伸至导墙顶端，Ⅱ期成槽时，在导墙面泥浆覆盖下，没有确定位置盲目下锤可能将原接口钢板打歪、打弯造成卡锤，且容易误导以为打到墙顶上，就会发生冲修不到位，接口夹泥，基坑开挖后出现漏水的现象。

工字型钢接头构造示意图

8、混凝土浇筑

混凝土采用水下C35商品砼，采用两套导管进行灌注。在整个浇筑过程中，导管下端始终保持埋入混凝土中2～4米，因此漏斗容积要满足要求，要保证混凝土连续灌注，槽中混凝土面不断均匀上升，槽段内砼面上升速度>2m/h，高低差<0.3m,中途因故停顿时间<30min，做好灌注记录。随着混凝土面的上升，导管向上提升，灌注中要使导管做30cm上下运动，尤其在墙体接头部位更应如此，上下运动不宜过剧。为了保证混凝土的流动性，塌落度保持在18～22cm。

9、施工注意事项

（1）墙体垂直施工误差不大于1/300，施工时充分考虑垂直施工误差及水平施工误差。

（2）泥浆中浇筑混凝土时，应采取措施防止流态混凝土挤入相邻槽段内。

（3）每幅墙从底到顶连续浇筑，不得间断。混凝土应浇筑密实，防止出现蜂窝麻面现象。

（4）应跳槽施工，一期墙浇注完成并达到70%强度以上，再进行相邻墙幅的施工。

（5）成槽结束后应将槽底的沉渣等杂物清理干净，槽底清理和置换泥浆结束1小时后，保证槽底500mm高度以内的泥浆比重不大于1.15，沉渣厚度不得大于100mm。

（6）新拌制的泥浆应储放24小时后方可使用。

（7）钢筋笼在制作、运输、吊装过程中应采用有效措施防止钢筋笼变形。

（8）钢筋笼入槽后至浇筑混凝土时总停置时间不应超过4小时。

（9）钢筋笼上有预埋钢筋处应采用聚乙烯泡沫板覆盖预埋件，以便于需要时凿出预埋件。

10、质量控制标准

（1）槽段施工过程中，槽内应始终充满泥浆，以保持槽壁稳定。

（2）槽段施工应加强稳定性的观测，如槽壁发生较严重局部坍塌时应及时回填。施工中泥浆漏失应及时补浆，始终保持所必须的液面高度。定期检查泥浆质量，及时调整泥浆指标。

（3）槽段终槽深度必须保证设计深度，同一槽段内，槽底深度一致并保持平整。

（4）槽段施工完毕应检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度，合格后方可进行清槽换浆工作。

（5）清槽后槽底沉碴厚度不大于100mm。

（6）施工期间，槽内泥浆面必须高于地下水位0.5m以上，并且不低于导墙顶面0.5m。

八、地下连续墙施工常见问题的预防处理

1、垂直度控制及预防措施

为确保垂直度偏差不大于1%，桩机就位后，要认真做好对中、整平工作，施工中严格保持机台平稳，每班均应检查机台水平度和钻杆或钢丝绳的垂直度。

2、防止成槽坍方措施

（1）泥浆控制

选用粘度大、失水量小、形成护壁泥皮薄而韧性强的优质泥浆，是确保槽段在成槽机反复上下运动过程中土壁稳定的关键，同时应根据成槽过程中土壁的情况变化选用外加剂，调整泥浆指标，以适应其变化。在泥浆配制材料上选用失水量小、护壁效果好的复合性彭润土。

（2）施工措施

①雨天地下水位上升时及时加大泥浆比重和粘度，雨量较大时暂停施工，并封盖槽口。

②施工过程中严格控制地面的附加荷载，不使土壁受到施工面附近荷载作用影响过大而造成土壁塌方，确保墙身的稳定。

③每幅槽段施工应做到紧凑、连续，成槽验收结束后，及时吊放钢筋笼（安放钢筋笼应稳、准、平，防止因钢筋笼上下移动而引起槽壁塌方）、放置导管等工作，经检查验收合格后，立即浇筑水下混凝土，尽量缩短槽壁的暴露时间。

④成槽过程中如发现泥浆大量流失、地面下陷等异常现象时不盲目掘进，立即停止施工，及时采取应对措施。

（3）加强监测

成槽过程中增加对周围建筑物沉降和位移以及地面的沉降监测频次，及时反馈监测信息，根据监测信息制定相应的措施。

（4）槽壁塌方应对措施

①坍塌的槽段部分导墙即使不断裂，也因其底部空虚而不能承重，因此在吊装钢筋笼前先架设具有足够刚度的钢梁，代替导墙搁置钢筋笼，并将钢筋笼荷载通过钢梁传递到坍塌区以外的地基上。

②浇灌混凝土时，可用泵车在远离坍塌槽段的地方直接下料。

3、钢筋笼整幅吊装措施

由于钢筋笼是一个刚度差的整体网片，起吊时易变形或者发生安全事故，吊装时应采取以下技术措施：

（1）钢筋笼上设置纵、横向起吊桁架和吊点，使钢筋笼起吊时有足够的刚度，防止变形。

（2）对于拐角幅钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另要增设“人字”桁架和斜拉杆进行加强，以防钢筋笼在空中翻转角度时发生变形。

（3）钢筋笼整幅起吊选用一台150T履带式起重机和一台25T汽车吊起重机及钢扁担起吊架，先六点水平起吊，再升起钢筋笼上口的钢扁担将钢筋笼吊直。

4、墙体渗漏水预防措施

（1）清底和清刷工作应彻底，防止泥块在混凝土中形成夹心引起墙体漏水。

（2）严格泥浆的管理，对比重、粘度、含砂率超标的泥浆应坚决废弃，防止因泥浆质量不合格而引起的混凝土夹层现象。

（3）钢筋笼露筋会成为渗、漏水的通道。钢筋笼保护块有足够的刚度、厚度、数量，钢筋笼在吊放入槽时先对中槽壁中心，以免挤压保护块。同时钢筋笼下放不顺时，不得强行冲放，以防止露筋。

（4）防止混凝土浇注时槽壁塌方。钢筋笼下放到位后，附近不得有大型机械行走，以免引起槽壁土体震动塌方。

（5）混凝土浇注时严格控制导管埋入混凝土中的深度，绝对不允许发生导管拔空现象

（6）混凝土浇筑过程中要经常提插导管，起到振捣混凝土的作用，防止出现蜂窝、孔洞。

5、墙体露筋现象的预防措施

（1）钢筋笼必须在水平的钢筋平台上制作，保证足够刚度，架设型钢固定，防止起吊变形。

（2）必须按设计和规范要求放置保护层垫块，严禁遗漏。

（3）钢筋笼吊放过程必须小心平稳，不得强行冲放。

6、钢筋笼无法下放到位的预防及处理措施

（1）钢筋笼在下放入槽时不能准确到位时，不得强行冲放，严禁割短割小钢筋笼，应重新提起，待处理合格后再重新吊入。

（2）钢筋笼吊起后先测量槽深，分析原因，塌孔或缩孔引起的钢筋笼无法下放，应用成槽机进行修槽，待修槽完成后再继续吊放钢筋笼入槽。

（3）大量塌方，以致无法继续进行施工时，应对该幅槽段用粘土进行回填密实后再成槽。

九、施工安全技术措施

1、施工现场安全生产要求

（1）施工前，技术人员应认真阅读施工图纸、设计文件和岩土勘察报告并作好施工调查。

（2）编制详细的安全技术交底书，向全体施工人员进行安全技术交底。

（3）各类成槽设备和施工机械严禁在导墙上行走。

（4）起重作业应严格按起重施工方案和起重作业规定进行。

（5）现场所有坑、槽必须设置防护措施。

2、机械设备使用安全要求

（1）严禁无证人员操作机械，机械操作人员不得违规操作。

（2）机械操作司机对机械经常检查，发现异常情况报告设备部门，严禁行车带病工作。

（3）在机械运作范围内严禁非机械操作人员滞留。

3、起重施工安全要求

（1）对钢筋笼等大件的起吊事先设计好吊点位置，验算吊具的承载力，确保起吊安全。

（2）吊运机械使用前对钢丝绳、卡具等进行检查验收。

（3）司索工必须严格执行“十不吊”，并遵守“吊物下严禁站人”制度。

（4）夜间施工有充足的照明，遇到暴雨、大风、地面下沉等情况时停止吊运。

十、环保措施

1、噪音、振动控制

通过设隔音罩、减震底座、使用环保机具等措施，将机械的噪音控制在最低限度。

2、淤泥、污水排放管理

（1）淤泥和废浆定点堆放，采取固化措施后及时外运，并做到泥浆不乱流、淤泥不乱遗。外运弃置采用专用密闭型车辆，离场前对车辆进行认真冲洗，防止污染城市交通道路。

（2）施工及生活废水、污水经过沉淀、初步净化后排入排污系统。

（3）采取切实有效措施，不使有害物质（如燃料、油料、化学品、以及超过允许量的有害气体和尘埃、弃碴等）污染场地周围的环境以及草地和树木。

结束语

冲锤成槽施工工艺适用于地下连续墙入岩深度较深、岩层硬度较大的中风化微风化等岩层地质情况，与抓斗成槽机施工工艺相比，该工艺工效高、成本低、技术简单，对施工场地要求不高，能够保证成槽质量，是一种经济性好、适用范围广的地下连续墙成槽施工工艺。

参考文献

[1]宋连河，地下连续墙在风化岩地层中的成槽工艺，山西建筑，2014年3月第八期.

[2]蒋明曦，胡昌然，地下连续墙全冲孔式成槽法，广东建材，2009年第一期.