软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法

软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法适用范围

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》适用于软弱层厚、持力层埋深大、结构刚度及沉降要求高的高水位临水环境的码头T形地下连续墙施工，也适用于类似地质条件下挡土支护结构、地下构筑物等工程的地下连续墙施工。

软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法工艺原理

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.利用型钢桁架刚度大、重量较轻的特点，为钢筋笼在制作及吊装提供一个临时的“抬架”，有效控制T形钢筋笼在起吊过程中由平放转为竖直的变形，实现钢筋笼快速而顺利地入槽，即“抬架垂直转体法”。

2.使用能准确控制垂直度的旋挖钻机施工导孔，以保证成槽垂直度，提高施工效率。

3.泥浆中掺入可溶于水的重晶石粉，通过提高泥浆的比重来抵抗水压力，提高槽壁稳定性，降低了地下水对槽段施工的不良影响。

4.应用增大面积减小压强的原理，采用加宽底板面积的“][”形钢筋混凝土导墙，有效地分散大型施工设备对槽口及阳角超载，降低塌孔风险，保护槽壁的阳角部位。

软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法施工工艺

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

超深T形地下连续墙施工工艺流程图详见图2。

• 操作要点

一、泥浆制备

超深T形地下连续墙应采用的泥浆性能指标相对较高，以稳定槽壁，降低地下水（尤其是海水）解决对成槽及混凝土施工的不利影响。

1.该工法泥浆采用"膨润土 重晶石粉"配制的复合膨润土泥浆，在符合规范要求的前提下，适当提高泥浆的比重、黏度以及泥皮厚度等各项指标参数。

2.泥浆在配制和使用应注意如下几个方面∶

1）护壁泥浆在施工过程中由于土层存在变化，应根据监控数据及时调整泥浆指标。泥浆中的膨润土掺量一般控制在4.5%～5.5%，重晶石粉的掺量一般控制在6%～8%；泥浆性能指标要求参见表1。

2）槽段中的泥浆取样检测，采用有顶、底盖的泥浆深层取样器对槽孔上、中、下位置的泥浆进行取样，使所测的泥浆指标更具有代表性。

3）泥浆使用一个循环之后，利用泥浆净化装置对泥浆进行分离净化并补充新制泥浆，恢复原有的护壁性能，以提高泥浆的重复使用率。

二、搅拌桩加固槽壁

1.在深水新回填区，由于回填砂土固结时间短，成槽过程中塌孔风险非常大，成槽前采用水泥搅拌桩对T形槽段两侧的土体进行深层加固，深度为穿透原状土2米，以有效防止塌孔的发生。

2.在其他区域，表层10~15米为松散砂层时，成槽施工时阳角部位容易塌孔，非常不利于T形槽的成孔，在施工导墙前，在导墙底的槽壁阳角部位采用3根水泥搅拌桩进行加固，加固底面高程根据砂性土层的埋深确定一般不超过18米，以防止施工过程中出现塌孔等事故。搅拌桩直径为0.6米，水泥掺量为20%，水灰比为0.4，28天试块无侧限抗压强度标准值>1.0兆帕。

三、导墙施工

1.为保证导墙在施工过程中不变形、不塌陷移位，导墙采用增加底板面积的][形整体式C20钢筋混凝土结构，净宽比连续墙厚加大50毫米，深1.7米，断面如图3所示。

2.导墙必须坐落在坚实基础上，导墙基坑采用PC200挖掘机挖土，人工配合清底、夯填、整平。

3.导墙分两次浇筑成型，第一次浇筑底板和侧板，回填压实后浇筑顶板，压实采用人工配合小型振冲器实施，导墙侧板内侧采用100毫米×100毫米方木支撑以免回填造成导墙侧板移位。

四、槽段成槽施工

1.成槽施工的质量直接影响到T形钢筋笼的入槽及桩体的使用性能。

2.T形地下连续墙的成槽按以下要求进行施工；

1）采用SD28型旋挖钻机按图4所示位置施工引导孔，施工时控制旋挖钻机的钻头中心位置与引孔中心位置偏差不超过25毫米。施工引导孔和液压抓斗成槽机挖土成槽过程中，利用旋挖钻机和成槽机上配备的垂直度检测仪表及自动纠偏装置来保证引导孔和成槽的垂直度，挖槽过程中的钻头和抓斗入槽、出槽应慢速、平稳，以保证槽孔的垂直度偏差小于1/300。

2）按图4所示的挖土顺序，采用液压抓斗成槽机进行槽段开挖，开挖过程中始终保持槽内泥浆面不低于导墙顶面以下0.4米及地下水位1.5～2.0米。

3）在泥浆可能漏失的土层中成槽时，储备足够的泥浆，并采取相应的堵漏措施。

4）槽段开挖一个阶段后，采用超声波测壁仪对已完成的槽孔进行垂直度检测，对不满足垂直度要求的部位采取修正措施。

5）达到槽段设计深度后，首先利用成槽机抓斗将底部泥渣抓出，并采取特制刷壁器对先行幅墙体接缝进行反复刷动清洗，直到刷壁器上无泥为止，然后采用气举反循环工艺配合滤砂机除砂（即泥浆净化装置）进行清孔。气举清孔时根据具体槽深控制空压机压力，一般超过55米深的槽孔的6立方米空压机压力控制在0.7~0.9兆帕。判断清孔是否完成的标准且采用检测槽孔上、中、下位置的泥浆含砂率作为依据，一般情况下当泥浆含砂率＜4%，密度＜1.15克/立方厘米时，可以停止清孔，进入下一步的钢筋笼吊装工作。

五、钢筋笼施工

1.超长T形钢筋笼分两至三段在钢筋加工场内制作，采用型钢桁架作为制作、运输及吊装的辅助工具，即“抬架垂直转体法”。使T形钢筋笼在入槽前不会发生较大的变形而可顺利入槽，提高钢筋笼安装的效率及安全性，减少了钢筋笼辅助加劲筋的使用。

2.钢筋笼制作及安装控制过程如下：

1）对钢筋笼进行合理分段制作，合理选用吊机。应考虑选用起吊能力大的履带吊机，以尽量减少钢筋笼的分段数，降低钢筋笼的接驳时间。

2）根据最不利起吊工况，设计钢筋笼起吊桁架及桁架吊点，并对桁架的强度、刚度、稳定性进行验算，控制桁架的最大挠度不超过25毫米（桁架结构示意图参见图5）。

3）钢筋笼吊点、钢筋笼起吊扁担按图6所示进行设置，并必须按照规范要求进行计算复核。

4）分节制作的钢筋笼成型时，布置合理的辅助加劲筋，以保证钢筋笼自身的刚度。

5）由两台30吨龙门吊将钢筋笼连同桁架一起装上拖车出运至现场后，桁架吊机摆放在正起吊端，钢筋笼吊机摆放在桁架的转轴端的一侧，吊臂相向。桁架吊机首先吊起桁架的起吊端，将桁架抬至与地面成85°，钢筋笼吊机在此过程中需使钢丝绳保持垂直松弛状态。待桁架到达预定角度，钢筋笼吊机缓缓将钢筋笼垂直吊起，将钢筋笼与桁架脱离并吊入槽内，对钢筋笼、声测管及其他预埋件进行检查，拆除临时斜撑。首段钢筋笼就位后，用型钢将其挂在导墙上，待下一段钢筋笼起吊至其正上方，进行钢筋笼的对接和下放入槽。起吊过程示意图参见图7。

六、水下混凝土灌注施工

1.钢筋笼下放完毕后，按设计位置布置接头箱，接头箱可采用圆形钢管，接头箱在垂直状态下插入底部土体0.5~0.8米，上端用型钢定位于导墙；然后下放导管，检查槽底沉渣厚度及泥浆指标，如不符合要求则利用导管进行二次清孔。

2.水下混凝土的配合比需根据灌注的持续时间、接头箱形式及顶拔方式来确定坍落度、流动度及初凝时间等指标。应用该工法的地下连续墙的混凝土强度等级为C50，试配强度需大于65兆帕，入槽坍落度180~210毫米，流动度不小于550毫米，入槽温度不大于32℃，初凝时间为8～10小时。为满足C50水下混凝土的强度要求及流动性大、保塑时间长的施工要求，混凝土经多次试配掺加了缓凝型高效减水剂与硅灰。

1）超深T形地下连续墙的混凝土灌注采用双导管法进行施工（图8为应用该工法的导管布置）.导管选用直径250毫米的圆形螺旋快速接头，并采用橡胶圈进行密封。采取两根导管同时灌注混凝土，避免单侧灌注造成混凝土面不均匀上升。灌注时及时测量及计算槽孔内的混凝土面标高，以保证槽内混凝土面的高差不大于30厘米，以及适时拔拆导拔管和顶拔接头箱，并保证导管埋深控制在2~6米。

2）混凝土灌注入槽前需要测试坍落度、流动度以及温度，在灌注过程中做好混凝土试块。试块制作数量按设计要求或按现行规范制作。

3）接头箱顶拔

根据水下混凝土凝固速度及施工中测试数据，混凝土灌注开始后4~5小时左右开始顶拔接头箱，以后每隔30分钟提升一次，其幅度不大于50~100毫米，待混凝土灌注结束7~9小时，即混凝土达到终凝后，将接头箱拔出。

4）空槽部分回填

应用该工法的连续墙上部空槽部分深2.0~3.5米，为保证相邻槽段的成槽安全以及大型机械行走安全，在连续墙检查后，对空槽部分回填砂至导墙面。

• 劳动力组织

以埃及塞得东港集装箱码头5号泊位工程为例，分成两个班组进行24小时流水作业，其劳动力组织情况见表2。

参考资料：

1.《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》采用的主要材料见表3。

2.《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》采用的主要机具设备见表4。

参考资料：

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的工法特点是：

1.采用“抬架垂直转体法”吊装细长T形钢筋笼，即型钢桁架辅助运输、吊装钢筋笼，有效控制了钢筋笼的变形，并减少了钢筋笼加强筋的使用量。

2.应用护壁能力强的泥浆，有效保证高水位下的T形槽壁稳定。

3.采用带垂直度纠正系统的旋挖钻机引孔，保证了槽壁垂直度偏差小于1/300，提高了成槽效率。

4.选用加重导板型液压抓斗，使用超声波测壁仪对槽孔垂直度进行过程监控与检测，动态修正成槽的垂直度，同时加快了成槽的出土效率。

5.采用深层水泥搅拌桩加固新回填区T形槽壁两侧的土体，以及其他表层为松散砂层区域的T形槽壁阳角部位，有效防止了槽壁出现塌孔现象，确保施工安全、快捷。

6.配置高流动度、髙保塑性的高强度混凝土，保证了超深T形地下连续墙在高温干燥环境下的混凝土浇筑质量。

地下连续墙结构源于欧洲，初期用于坝体防渗，水库底下截流等，后来发展为挡土支护结构、地下构筑物，截至2009年，更应用于特殊地质条件下的码头基础结构。

2008年9月开始建设的埃及塞得东港集装箱码头5号泊位、6号泊位、7号泊位工程地处尼罗河三角洲边缘与地中海交界处，表层为厚度超过75米的软弱淤泥质粉砂层，采用地下连续墙作为码头的基础结构，其中T形桩作为主要受力单元，平均桩长达55米，槽孔最大深度达59米以上，必须防止超深T形连续墙施工时产生塌孔、保证垂直度偏差小于1/300以及控制细长T形钢筋笼起吊变形是项目的重大技术难题。码头结构三维图见图1。

中国港湾工程有限责任公司、中交第四航务工程局有限公司通过技术创新，开展了“软弱地质条件下码头超深T形地下连续墙施工”技术研究，首次在5号泊位中成功应用，解决了上述技术难题，形成了《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》，并推广应用于6号泊位、7号泊位等工程。

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的质量控制要求如下：

• 工程质量控制标准

一、导墙质量控制标准

导墙施工质量执行《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》JTJ 303-2003，导墙允许偏差值按表5执行。

二、泥浆质量控制标准

施工中泥浆的质量控制标准采用欧标“EN 1538 Execution of special geotechnical works-Diaphragm wall"（January 2000），具体指标参见表6（对应的中国国内标准为《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》JTJ 303-2003）。

EN1538-2000对于新浆的密度要求是针对于一般形式的地下连续墙的，由于超深T形截面形式特殊、深度大，为了保证施工期间槽壁稳定，泥浆中添加了重晶石粉，泥浆密度稍大于规范中的要求而达到1.13克/立方厘米，但其他过程的泥浆指标满足规范要求的，这也是容许的。

三、槽段施工质量控制标准

施工中米用欧标“EN 1538 Execution of specialgeotechnical works-Diaphragm wall"（January 2000），具体指标参见表7（对应的中国国内标准为《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》JTJ303-2003）。

• 质量保证措施

一、导墙质量保证措施

1.导墙的放线应正确，导墙净宽比挖槽设备大5厘米。

2.导墙在拆模后及时在两侧板之间用方木支撑，并且在导墙达到强度以前禁止重型机械在旁边行走，以防导墙变形。

二、成槽质量保证措施

1.成槽机成槽时及时补浆，防止塌方，泥浆液面应高于地下水位1.5~2.0米，设备在工作前必须操平对中，正确无误。

2.在成槽期间，需通过精密仪器和预先安装在液压抓斗机上的测斜仪进行监测，以保证槽壁垂直度，达到垂直度偏差小于1/300的要求。

3.控制槽段深度的测绳要求做到每抓一幅测1~2次，测绳应采用延伸率小的小直径钢丝绳，并应经常校核测绳的长度。

4.采用泥浆取样器，对槽孔的上、中、下部的泥浆进行取样检测泥浆指标，使数据更准确，更有代表性。

5.每单元槽段开挖完成后，侧壁，底部和连接处须进行妥善的清理。

三、钢筋笼制作安装质量保证措施

1.钢筋笼制作的桁架平台必须平整，保证尺寸标准。桁架和钢筋笼在运输和起吊期间的最大挠度不宜大于25毫米，桁架在使用前进行钢筋笼荷载试验，测量最大挠度。

2.钢筋笼笼头部分与设计位置偏差不能超过±10毫米，水平纵向位置与理论位置的偏差不能超过±30毫米，水平横向位置与设计位置不能超过士10毫米。

四、混凝土施工质量保证措施

1.在混凝土开始灌注前，检查每个导管距槽底位置，以确保混凝土在正确的高度灌注，泥浆含砂率应小于4%，密度应小于1.15克/立方厘米。

2.记录混凝土的拌合时间，现场检查混凝土的坍落度、流动性能及温度，符合规范要求的方可灌入槽内，并记录浇筑时间，配合混凝土初凝时间作为接头箱顶拔的依据。

3.保证混凝土的质量，槽内混凝土面灌注上升速度，不应小于4米/小时，，但不宜大于8米/小时。

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的效益分析是：

1.超深T形地下连续墙在软弱地层较厚的地区中应用，相对其他形式的基础结构而言，可以缩短桩长，减少工程量。由于刚度大、水平受力明确，在设计配筋时，超深T形连续墙的钢筋使用量可以减少。超深T形连续墙作为基础结构的同时，还可以起到围护结构的作用。超深T形连续墙与常用的钻孔圆桩在结构受力、材料用量方面的比较见表8。

2.该工法提高了成槽、钢筋笼制作吊装、清孔、混凝土浇筑的效率，降低了塌孔风险，缩短了施工工期，使基础结构的质量得到了保证；特别是钢筋笼的集中加工和桁架辅助吊装的采用，提高了钢筋笼制作与吊装的效率，保证了钢筋笼的质量与吊装可靠性，具有明显的经济与社会效益。

3.整套工艺技术缩短了T形连续墙的成桩时间，一个T形地下连续墙槽段的施工时间控制在60~72小时，超深T形地下连续墙的质量得到了保证。

4.超深T形地下连续墙在码头桩基础中得到成功应用，在提高了桩基础的结构使用性能外，同时降低了项目成本，实现了较高的经济与社会效益；该工法实现了在海水环境下、地质条件较差的地层中超深T形地下连续墙的高效、高质、安全施工，安全事故率为零，平均日灌注混凝土方量达到500立方米。

采用《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

• 一般规定

一、严格贯彻执行《安全生产法》，执行安全生产责任制，制订详细的安全管理体系和制度，安全责任明确落实到工程建设中的每个人。

二、对施工人员进行进场培训教育，增强自我保护能力；分项工程开工前，对施工人员进行分项施工安全技术交底。定期进行安全演习，提高突发事故处理能力。

三、施工现场严格按照当地政府和业主对用电、用火、危险品的使用的安全规定执行，做好防风、防雷、防洪等预防措施。在开挖槽段、泥浆池及钢筋笼起吊等施工危险区域设置明显的警示标志及采取保护措施。

• 制订槽段开挖、钢筋笼起吊安装作业专项安全预案

一、槽段开挖安全预案

1.成槽机械在槽口施工时，下垫施工垫层钢板以减小槽口周边土体的荷载，加强施工过程安全监测。

2.暴露的槽口设置钢筋保护网片覆盖，周边设置安全标示及警示标志以及配备救生圈等急救设备。

二、钢筋笼起吊安装作业安全预案

1.钢筋笼制作桁架平台设计、制作要满足规范要求，并经常性对桁架的结构及焊缝进行检查、维护。

2.钢筋笼吊点的焊接要明确焊接要求，并落实安全技术交底，实施吊装责任制度，吊装前对吊点焊接情况仔细检查；吊具和吊绳的选用严格按照规范要求执行。

3.桁架与钢筋笼起吊前，对桁架、混凝土保护层垫块的可靠性及可能遗漏在笼体上的物件进行检查排除；对起吊区域进行清场，设置安全员巡查、交通疏导及标示安全警示；起吊时；桁架起吊速度保持平稳，在笼架分离时，钢筋笼吊机必须在钢筋笼上方垂直吊起笼体，防止斜吊致使钢筋笼变形、失稳。

4.风力在六级以上，停止起吊作业。

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的应用实例如下：

• 实例1：埃及塞得东港集装箱码头5号泊位工程

5号泊位码头长350米、宽35米，全部桩基础混凝土方量约50000立方米，其中连续墙共有104个单元，平均高度53米；码头前沿疏浚标高为-17.5米，码头面标高 2.5米。由于处于4号泊位的调头区，水深达20米，码头基础结构施工前进行了20米的深水回填，由于新回填土没有足够固结时间，采用水泥深层搅拌桩对槽壁周边土进行加固；所处地层均是SPT击数为13~16击的淤泥质粉砂层，坚硬持力层在-70米以下。采用超深T形连续墙结合一型墙构成的密封式的地下连续墙基础结构，实现了减少桩长、控制沉降、减小回淤等目的。

施工中采用高性能泥浆与水泥搅拌桩的联合作用有效地保证槽壁的稳定，期间未发生任何的塌孔问题；旋挖钻机的引导孔 成槽机的"四钻三抓"工艺，使槽壁的垂直度达到1/600，单T墙的250立方米开挖在40小时内即完成，效率较高；"抬架垂直转体法"起吊钢筋笼有效避免了钢筋笼在吊装过程中的变形和施工安全，成功率达100%；成桩后的超声波检测I类桩墙达到97%。5号泊位运营到2009年的沉降量最大为3毫米，水平位移最大为25毫米。

该工程于2009年8月开始施工，2010年3月完工。

• 实例2：埃及塞得东港集装箱码头6号泊位工程

6号泊位码头长度为290米，宽35米，全部桩基础混凝土方量约38000立方米，其中T形连续墙共有84个单元，平均高度55.5米；码头前沿疏浚标高为-17.5米，码头面标高 2.5米。该泊位所处的地层为SPT击数为8～11击的较弱的淤泥质粉砂层，持力层位于-75米以下。

码头超深T形连续墙施工过程中，采用深层搅拌桩加固表层地层为松散砂层的槽壁阳角部位，并充分利用高性能泥浆的强护壁能力，提高槽壁自稳能力，有效减低海水对成槽及混凝土施工的不良影响，控制好泥浆与海水的液面高差，槽段的平均扩孔系数仅为1.04，塌孔问题得到很好的控制。引导孔的应用。使槽段的垂直度也控制在1/550以上。I类桩墙比率达到98%。6号泊位运营到2009年的沉降量最大为2毫米，水平位移最大为28毫米。

6号泊位工程于2010年1月开始施工，2010年5月完工。

• 实例3：埃及塞得东港集装箱码头7号泊位工程

7号泊位码头长度为300米、宽35米，全部桩基础混凝土方量约39000立方米，其中T形连续墙共有86个单元，平均高度58.5米；码头前沿疏浚标高为-17.5米，码头面标高 2.5米。该泊位所处的地层为SPT击数为2~4击的极弱的淤泥质粉砂层，持力层位于-80米以下。

超深T形连续墙施工过程中，"]["形的导墙的使用有效解决地基软弱导致导墙下沉的问题，采用深层搅拌桩加固表层为淤泥质粉砂层的槽壁阳角部位，加入重晶石粉的泥浆提高了软弱的淤泥质粉砂层自稳能力，槽段的平均扩孔系数仅为1.08，有效控制了塌孔。旋挖钻机施工的引导孔，使槽段的垂直度也控制在1/550以上。I类桩墙比率达到95%。7号泊位运营到2009年的沉降量最大为2毫米，水平位移最大为21毫米。

7号泊位工程于2010年3月开始施工，2010年8月完工。

《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》的环保措施如下：

1.按照当地政府（国家）及业主有关环境保护的法律、法规和制度的要求编制工程的环保制度与措施，成立环保管理和监督小组，保证环保制度与措施的落实和执行。

2.实行定期环保卫生检查，并连同当地政府及业主对施工场地进行文明施工检査。

3.加大环保教育与宣传力度，增强施工人员的环保意识。

4.对施工场地进行合理的布局，对施工范围进行围闭管理，树立明显的标识、警示标志，场内的材料堆放需按规定分类标识且有序。

5.对环境会造成污染的设备燃油、废机油、.施工与生活污水、成槽泥浆进行统一管理，按照相关规定制度进行处理；施工现场、生活区合理设置污水收集管沟、池，防止污水漫溢，并运输或排放到指定区域，严禁排放到运河或其他受控区域。

6.槽段周边做好集浆沟，防止施工过程中泥浆外溢污染施工场地。

7.定期对现场废弃的材料进行收集、处理；所有的电缆线路规整，并标识清晰。

8.场内的便道进行硬化处理，干燥天气对道路进行洒水防止扬尘。废泥浆的外运应采用密封的自卸车，防止泥浆外泄；余泥外运车辆车厢必须封闭，严禁超载，避免运输过程中泥块散落。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《软弱地质条件下码头超深T型地下连续墙施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

超深基坑连续墙成槽施工工法适用范围

《建筑物水平整体位移施工工法》适用于圆形及矩形结构超深地下连续墙的成槽施工。

超深基坑连续墙成槽施工工法技术理论

《建筑物水平整体位移施工工法》的工艺原理是：

滇中引水龙泉倒虹吸接收井地下连续墙成槽的施工中，将圆形地下连续墙划分为14个段，其中7段为扇形（Ⅰ期槽段），7段为矩形（Ⅱ期槽段），形成一个28边形，近似为一个圆形。

圆形超深地下连续墙成槽的第一步是对槽段进行划分，将整体圆形地连墙合理划分为多段地下连续墙进行成槽施工。第二步是选择出合适的成槽方法及成槽设备，并采用有效的方法进行槽壁稳定，以及在成槽过程中对槽壁进行垂直度控制。第三步是进行清孔，保证最终的成槽质量。

超深基坑连续墙成槽施工工法施工工艺

《建筑物水平整体位移施工工法》的工艺流程及操作要点如下：

• 工艺流程

1.Ⅰ期槽

Ⅰ期成槽主要采用液压抓斗机和铣槽机双机配合成槽，Ⅰ期槽分三抓完成P1、P2、P3，先抓P1、P2至74米处，再抓P3至50米处，转换铣槽机铣P1、P2至实际成槽深度97.2米（加一半铣槽机铣轮高度），最后铣P3至实际成槽深度97.2米处。P3抓到50米位置，P1和P2之间没有连通，正好为铣槽机的作业提供两侧的反力，起到固定铣斗的作用，确保了铣槽机铣槽的精度。Ⅰ期槽施工施工示意图如下图：

2.Ⅱ期槽

Ⅱ期槽段为闭合槽，其施工效果直接影响地连墙整体功能，其接头形式为铣接头，需套铣部分Ⅰ期槽混凝土。套铣部分混凝土呈梯形，施工难度大，容易导致铣槽机铣轮左右受力不均匀，外侧受力面积小，内测受力面积大，再同等加压条件下，铣轮易向受力面积小，软处跑偏，造成铣轮偏移。Ⅱ期槽套铣部分示意图见图2。

Ⅱ期槽铣槽中部为土层，铣槽过程易结泥饼，清理停机时间较长，且纠偏较复杂，铣槽过程中左右偏差超过28厘米，容易铣到Ⅰ期钢筋笼，对铣槽机铣齿磨损较大，易造成铣槽机卡机。Ⅱ期槽施工时先使用旋挖钻对Ⅱ期槽槽段中心纯土部分岩层以上采用Ф1200毫米钻头掏土，掏槽后立即铣槽，旋挖机施工20米，铣槽20米，旋挖机施工20~40米，铣槽机铣至40米，直至掏土至旋挖机工作极限50米左右，旋挖机退出，铣槽机继续往下铣槽。旋挖机掏土的过程中要及时监测孔斜率，勤测槽壁垂直度，当偏孔较小时要及时督促司机进行修孔，若旋挖机掏土过程中出现大于30厘米的偏孔，则立即停止掏土，改为铣槽机铣槽。Ⅱ期槽掏槽示意图见图3。

• 操作要点

一、槽段划分及施工顺序

由于接收井围护结构采用圆形地连墙，且半径为R=10米，为满足小半径圆形地连墙的施工，将地连墙分为14幅墙，Ⅰ期槽和Ⅱ期槽各7幅，其中Ⅰ期槽呈折线形，为首开槽，Ⅱ期槽呈一字型，为闭合槽。施工时先施做Ⅰ期槽，可根据钢筋笼吊装及混凝土浇筑的场地情况确定7幅Ⅰ期槽的先后施作顺序，全部Ⅰ期槽施工完成后再施做Ⅱ期槽。接收井超深地连墙分幅及施工顺序示意图见图4。

地下连续墙成槽深度达96.6米，成槽垂直度要求为1/650，结合成槽深度，槽段最大允许偏移宽度为14.8厘米。为确保地连墙施工的精度和开挖后的结构净空，且成槽机抓斗和铣槽机的铣轮能在槽段内任意位置均能顺利下放以及转角断面完整，内导墙、地连墙、外导墙均需沿轴线外放0.30米，导墙净空尺寸调整为1.67米。在施工导墙时拟选择2.44×1.22毫米模板立模，即内外导墙均由N个1.22米直线段组成圆弧形。导墙分段示意图见图5。

二、设备选择及方案确定

根据接收井的地质条件，及小半径圆形超深地连墙的结构特点，上部土层较软，采用抓槽机（旋挖钻、冲击钻）将土体取出，下部岩层较硬下部采用铣槽机成槽到底。Ⅰ期槽采用成槽机和铣槽机配合使用的成槽施工方法，具有施工效率高，垂直度控制好等优势。Ⅱ期槽通过试验摸索，采用旋挖钻和铣槽机配合使用的成槽方法，能有效保证成槽效率及成槽质量。比选详见表1、表2。

根据地质资料，倒虹吸接收井地连墙施工区域覆盖层厚度约70.65~88.5米，岩层埋深较深，岩面起伏较大。设计要求地连墙嵌入强风化白云质灰岩深度8.55~25.95米。考虑到成槽设备的稳定性、成槽深度、垂直度控制、地层适应性、Ⅱ期槽铣接头施工等因素，结合需铣槽至96.6米深度对设备液压系统、传动系统、密封系统、显示系统的工作性能，以及满足业主的工期要求、质量要求，Ⅰ期槽采用德国宝峨的BC40铣槽机及金泰SG70成槽机配合的“抓铣结合”方法，Ⅱ期槽采用德国宝峨的BC40铣槽机及三一重工SR360旋挖钻配合的“掏铣结合”方法，同时在成槽过程中采用超声波测壁仪UDM100对槽壁垂直度进行动态检测。

三、槽壁加固

根据有限差分软件FLAC^3D对接收井地下连续墙施工时的槽壁稳定性分析，结合三轴加固工艺，理论计算和实际三轴加固深度，并通过上海等地的施工调研，建议加固深度为30米。

设计采用三轴水泥土搅拌桩对上部18米稳定性差的粉土层、中细砂层进行预加固，在槽壁内外两侧各设置一排，搅拌桩桩径850毫米，桩间距600毫米。槽壁超声波分析如图6所示。

通过后期成槽过程超声波分析看出，18~30米槽壁有坍塌的现象，18米以上进行了槽壁加固，槽壁稳定性较好。塌孔的主要原因有：成槽设备在上部下放及提升过程中刮擦槽壁，并造成泥浆扰动；成槽设备临边作业长时间振动对槽壁土体的扰动；泥浆在成槽过程有劣化现象。

结合现场成槽过程超声波检测和槽壁加固理论计算，认为在施工过程中上部土体受机械振动影响较大，对槽壁稳定性造成较大影响，经验证18米的槽壁加固深度仍不够，需适当加深。

四、机械定位控制

1.超声波测量位置控制

经过对超声波探测仪的使用，发现其测量精度与超声波测量仪的位置及方向有关。

如图7所示，正确的超声波探头应位于黑色矩形框位置，其Y-Y’方向指向圆弧圆心，这样测量的槽壁宽度才为真实槽壁宽度，同时测得的槽壁偏移量或者塌孔量才为真实数值。如果当超声波探头位置位于红色矩形框位置时，通过Y-Y’方向测得的槽壁宽度比真实值偏大。

其次，超声波测量仪器每次测量时，应处于同一位置，这样前后测量的槽壁才具有可比性。例如：第二次超声波测量60米深度槽壁偏移，其中30米部分偏移情况，只有当超声波测量仪器处于同一位置时，才能与之前第一次超声波30米深度槽壁情况做对比，以掌握在成槽机成槽之后30米深度区域土体自身变化情况。

2.成槽设备定位

对于成槽机和铣槽机的原始位置，务必要确认，每次设备移动后再定位，都要进行原始位置的复核，确认无误后，方可进行成槽和铣槽。其原理同超声波测量方位控制相同，不再赘述。成槽机基座位置控制如图8所示。

其次，除了成槽机和铣槽机的原始位置控制外，对于抓斗下放的位置同样应该控制在同一位置，如下图所示，现场使用定位钢筋对成槽机抓斗下放及铣轮下放位置控制，以控制成槽垂直度。铣槽机与成槽机位置控制如图9所示。

五、泥浆性能

制备的泥浆应具有良好的物理性能、触变性能、稳定性能，才能确保连续墙成槽过程中的槽壁稳定性和浇筑混凝土的质量。根据施工条件、地层特征、地下水状况、成槽工艺、连续墙结构布置等因素，本工程选用钠基膨润土制备泥浆，分散剂选用工业碳酸钠，并适当添加入增粘剂（CMC）。新制泥浆配比见表3。

泥浆在各个阶段的性能指标要求见表5-4。通过现场实测，新制泥浆的参数值满足要求，循环泥浆的参数亦满足要求。

通过现场实测新制泥浆各项参数值满足要求，循环泥浆的比重比新制泥浆的比重要高，含沙率也是循环泥浆较高，但粘度两者相差不多。各项泥浆性能指标随成槽深度变化，详见图10。

通过成槽中的各项泥浆指标统计，泥浆比重随开挖深度增加逐渐增大，可稳定槽壁；粘度在开挖过程中随深度需适当增大，保证泥浆不易分层，悬浮不离析；含砂率在成槽过程中逐渐增加，需通过分砂机控制，铣槽过程逐步减小。

六、垂直度控制

垂直度=底部偏移值/深度，随着深度的增加，底部偏移值也会控制在一定的范围内，因此垂直度是一个变化的过程，只要不影响下笼，且最终的垂直度达到要求即可。

1.Ⅰ期成槽在成槽前，设备要进行定位，防止因特殊情况需在成槽过程中移开机器再复位时发生位置移动。每幅槽在开槽时，根据预先画好的分幅线进行槽口定位，确保每幅槽成槽位置都符合设计。

2.地质分析，结合地层标贯值和参数，根据槽段不同地层特点进行预判，制定调整操作方法及质量控制措施。

3.成槽设备自带的垂直度仪表，判断是否有偏孔，利用纠偏装置及时纠偏。成槽过程中，Ⅰ期槽每15米、Ⅱ期槽每5米用超声波测壁仪进行测壁，并对超声波图像进行分析，如有偏孔及时纠偏措施，每一抓测点位置做好标记，每次测同一点位。UNM100超声波检测仪见图11。

4.控制地层变化处成槽速度和加压值：随深度增加成槽速度下降，易坍塌及土层分界面再次降低速度，岩层铣槽时，注重设备操作，控制加压值。

5.Ⅰ期槽浇筑前两侧安装12米深的导向板，确保Ⅱ期槽上部槽口垂直，有利于控制铣槽机铣斗对槽口位置的垂直度控制，同时可以阻挡混凝土向两侧扩散，尽量减少Ⅱ期槽铣槽的工作量。安装导向板见图12。

6.采用导向架定位精准控制铣槽机铣斗位置。导向定位架见图13。

7.Ⅰ期槽钢筋笼施工时安装定位管，避免钢筋笼在浇筑过程中产生偏移。此定位管为脆性波纹管，在Ⅱ期槽铣削过程中，容易铣削。定位波纹管见图14。

七、沉渣厚度控制

接收井铣槽机采用德国宝峨BC40型，槽内泥浆采用吸抽法清孔，槽壁扰动较小，清孔能力强，钢筋笼下放前应再次清孔，确保泥浆性能指标满足要求，沉渣厚度小于100毫米。

粉土层、中细砂层进行预加固，在槽壁内外两侧各设置一排，搅拌桩桩径850毫米，桩间距600毫米。

主要介绍前苏联、美国、德国、中国等超深孔钻探的情况：

①前苏联。20世纪60年代初，地质学家Н.А.别利亚耶夫斯基等根据深部地球物理资料提出，为获得整个地壳剖面，至少要在6个地区打超深孔。苏联国家科委为统一协调超深孔钻探规划，组建了“地球地下资源研究与超深孔钻探部门科学委员会”。由Е.А.科兹洛夫斯基任主席。有95个生产和科研单位参加。设计施工超深孔约18口。其中СГ－1井设计深度12000米（在乌拉尔的马格尼托哥尔斯克复背斜）;СГ-2井设计深度15000米（阿塞拜疆的萨阿特雷）；СГ－3井设计深度15000米（科拉半岛）。其他15口为6000米左右的卫星井。СГ-3井到1986年3月已达12300米，居世界领先地位。

在超深孔钻探中意外地发现：在7000～8000米深的岩层中，有矿化水和大量温度达 150℃的二氧化碳、氦、氢和碳氢化合物气体；在岩石中还有20亿年前的生物化石；火成岩比预估的要厚得多；预计在4500米左右遇到太古宙岩层，实际上在6800米才遇到；过去认为地震波传播速度突变处就是康拉德面（即地壳花岗岩与深部玄武岩的交界处），物探探测为7000米，而11000米还未遇到。这使水热矿床和油气形成的传统理论遇到挑战。苏联科学家认为，在4700米以下，用折射波识别地震波折射和多种岩石结构的单道地震速率来划分层位是错误的。

②美国。1961年，美国开始实施莫霍计划 （MoholeProject），在加利福尼亚湾外试钻，此后在墨西哥西海岸外钻到玄武岩，因多种原因而中途终止计划执行。1965年，美国组建了"海洋地球深部取样联合机构”（JOIDES），由苏、英、日、联邦德国等参加商定进行“深海钻探计划”。

1968～1983年正式执行“深海钻探计划”，用“格洛玛·挑战者”号钻探船航遍各大洋，在96个航次中共航行60万公里，在624个工作点上钻了1092个钻孔，取岩心近9.8万米，最大工作水深6247米，水下最大钻进深度1412米，钻入玄武岩最深583米，编成的《深海钻探计划初步报告》至1985年已达40多卷，对地球科学、海洋科学做出了巨大贡献。

1974年，美国在俄克拉何马州钻成了罗杰斯1号超深孔，深9583米。1984年 3月，在美国国家科学基金会领导下，由23所大学参加组建了地壳深部观测与取样组织（ECDOSO）。1985年一些科学家提出33份有关科学钻探的建议，分设“大洋钻探计划”（ODP）及“大陆科学钻探计划”（CSDP），这两个计划是相辅相成的，美国大陆共选定井位29处，1986年在索尔顿海的以研究地热为主第一口深孔于3月完工，井底温度高达365℃。

③德国。1985年，联邦德国成立了“大陆深孔钻探”（KTB）组织，在联邦德国科技部（BMFT）领导下，选定两个深孔孔位，代号分别为ENV和ZTT。ENV先导孔于1987年9月18日开钻，孔深达到4000.1米，于1988年4月完成。主孔设计深度为12000米已于1990年9月正式开钻。

④中国。中国开展深部地质学研究已取得一些成果，并参加了“国际岩石圈计划”。1978年为石油勘探钻成一口深7175米的超深井，1988年起已筹办超深孔地质钻探。2001年中国实施大陆科学钻探工程CCSD—l孔，该钻孔于2001年4月18日在江苏省东海县安峰镇毛北村北侧破土动工。2005年3月该井井深达到5158米，孔径256毫米，终孔。投资额1.5亿元，钻探工程将历时5年。2007年，中国成功实施了全球第一口陆相白垩纪科学钻探井松科一井（SK-1），连续获取岩心2485.89米，取心率达96.46%。 。2014年4月13日，松科二井顺利开钻，到2014年8月8日已钻进2826m。“松科二井”将是全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井，其设计井深为6400m，为ICDP迄今为止所资助项目之最深科学钻探井，也是我国第一深的科学钻探井。松辽盆地大陆科学钻探工程的实施，将获取大约4500米的关键岩心。它与2007年10月完成的松科一井，将实现“两井四孔、万米连续取心”， 构成全球首个近乎完整的白垩纪陆相沉积记录，从而获取白垩纪时期亚洲东部高分辨率气候环境变化记录 。

⑤其他国家。法国、意大利、捷克和斯洛伐克、罗马尼亚等分别钻了多口超深孔。日本、澳大利亚等国参加了“深海钻探计划”和“大洋钻探计划”。

超深孔地质钻探主要有以下 7个：①研究深部地质学、实施“国际岩石圈计划”（ILP）的主要手段之一;②探察地壳和上地幔的结构，研究其物质组分和矿产分布规律，研究新的成矿理论；③验证深层地球物探探测资料；④探索地震预报新途径；⑤在火山岩区勘探和开发“干热岩”地热能源；⑥作为地壳深部长期观测孔站，装置仪器长期观测地磁、地电、地应力、地热变化，掌握地壳活动规律，研究岩矿成因、变质作用、物相转化、合成矿物的条件等；⑦作为地壳深部核废料处理场。