双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工技术

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　　摘    要：地下连续墙工艺引入中国，已被广泛的运用在基础工程中，作为临时或永久挡土墙或受荷载的结构。随着地下工程的不断发展，相应的支持设备也更新换代。目前国内在软土层中，施作地下连续墙的相关技术，已有了良好的发展，但是在硬地层如砾石、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。我公司经过多年工程施工的摸索和实践，结合市场机械设备和原材料供应情况，编制了“双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工工艺”并在多个工程中应用。该工艺做到工艺简单、操作简便、适应性强，取得明显的社会效益和经济效益，在建筑工程基坑支护施工中具有较好的应用推广前景。
　　关键词：双轮铣;深层搅拌;水泥土;地下连续墙
　　1  工艺特点
　　（1）施工设备轻便，操作简便快速：采用履带式主机，占地面积小，移动灵活。当铣轮旋转深入地层削掘与破坏土体时，注入固化剂，强制性搅拌己松化的土体。其不仅可以作为单一的防渗墙，且可以在其内插入型钢，形成集挡土和止水于一体的地下连续墙。
　　（2）施工工艺科学可行：采用液压铣槽机和深层搅拌技术，通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较，该工艺对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层。
　　（3）施工效果经济环保节能：该工艺低噪音、低振动，可以贴近建筑物施工，孔形规则，钻进效率高;同时插入的型钢都可回收重复使用，节约钢材资源;对原有土体及地下水无污染。
　　2  适用范围
　　本工艺施工机具有导杆式、悬吊式两种机型，导杆式双轮铣深层搅拌设备可以削掘搅拌深度达45m，悬吊式双轮铣深层搅拌设备削掘搅拌深度可达65m。适用于黏土、砂土、含砾石土层和小于等于100MPa的微风化岩层。低噪音、低振动，可以贴近建筑物施工，对于场地狭小，周边环境复杂的基坑围护施工尤其适用。
　　3  工艺原理
　　双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工工艺采用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式，形成矩形槽段的改良土体。原理是在钻具底端配置两个在防水齿轮箱内的马达驱动的铣轮，并经由特制机架与凯氏钻杆连接或钢丝绳悬挂。当铣轮旋转深入地层削掘与破坏土体时，注入固化剂，强制性搅拌己松化的土体。其不仅可以作为单一的防渗墙，且可以在其内插入型钢，形成集挡土和止水于一体的墙体。配以适当的内部支撑结构或外部拉锚结构，快速形成安全可靠的基坑支护体系。根据土质及地下水的情况，结合适当的降水措施，确保基坑支护结构的安全。
　　4  工艺流程及操作要点
　　4.1  施工准备
　　4.1.1  工艺墙定位放样
　　根据提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。确认无误并进行工艺墙搅拌施工放样定位后做好测量技术复核，提请监理进行复核验收。
　　4.1.2  预挖导沟
　　根据放样出的围护中心线开挖工作导沟，沟槽宽度根据围护结构厚度确定，一般导沟宽为1.0m～1.5m，深为0.8m～1.0m。遇有地下障碍时，利用空压机将地下障碍破除干净，如破除后产生过大的空洞，则需回填压实，重新开挖导槽，确保施工顺利进行。导沟的开挖既起到初步导向作用，又是存储供浆的需要。
　　4.2  设备就位
　　根据先后施工的不同槽段确定位置移动成槽机就位，就位误差不大于3cm。用水平尺将平台调平，并调直机架，确保机架垂直度偏差不大于1/150。为控制铣轮下钻深度达标，利用铣轮和机架相对错位原理，在钻管上划出铣槽深度的标尺线。成槽施工过程中，用两台经纬仪前方交汇法控制每副墙体的垂直度。
　　4.3  削掘下沉、喷浆成墙
　　该工艺施工时有两种注浆模式，分别为单注浆模式和双注浆模式。
　　4.3.1  单注浆模式
　　銑头在削掘下沉和上提过程中均喷射注入水泥浆液。采用单注浆模式时设计水泥掺量的70%在削掘下沉过程中掺入。适合简单地层和水泥土地下连续墙深度小于20m 的工况。
　　4.3.2  双注浆模式
　　铣头在削掘下沉过程中喷射注入膨润土浆液或者自来水，提升时喷射注入水泥浆液并搅拌。适用于复杂地层和水泥土地下连续墙深度大于20m 的工况。
　　浆液严格按照配比制备，需搅拌均匀充分。浆液制备好后，便可开始喷浆、喷气下钻，下钻过程中要严格控制下钻速度，下钻速度一般不大于1m/min，下钻过程注浆压力一般1.5MPa～2.5MPa。到设计桩底标高后提升复搅，提升速度一般不大于2m/min。
　　4.4  型钢的加工与插入
　　4.4.1  型钢的焊接加工
　　为方便吊装，H型钢使用前，在距型钢顶端中心处开一个圆孔，孔径约8cm，并在此处型钢两面加焊厚≥12mm的加强板。型钢长度不够需进行拼焊的，焊缝应均为坡口满焊，焊好后检查焊缝是否有气泡、夹渣以及平整度是否合格，如不合格应进行补焊。最后用砂轮打磨焊缝至与型钢面一样平。同时，为了利于型钢的拔出，H型钢在使用前必须涂刷减摩剂，涂层宜为1mm～3mm，减摩剂必须用电热棒加热至完全融化，用搅棒搅时感觉厚薄均匀，才能涂敷于H型钢上，否则涂层不均匀，易剥落。涂刷减摩剂应清除H型钢表面的污垢及铁锈。
　　4.4.2  型钢的吊装插入
　　双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢，用50t吊机起吊H型钢。放置H型钢定位卡，型钢定位卡必须牢固、水平，位置准确，将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡靠型钢自重徐徐插入水泥土搅拌墙体内，若H型钢插放达不到设计标高时，则采用提升H型钢，重复下插使其插到设计标高，下插过程中始终用经纬仪跟踪控制H型钢垂直度，偏差小于0.5%。待型钢插入至设计标高后，将其固定在定位型钢上，直到孔内的水泥土墙体凝固。 　　4.5  钻杆清洗、废浆收集
　　因H型钢的插入而被置换到沟槽内的水泥土和钻杆清洗的泥浆，采用挖机清理出沟槽。保持沟槽沿边的整潔，从而确保下道工序的施工，被清理的水泥土（浆）分离硬化后运出场地，避免产生泥浆污染。
　　4.6  设备移位，施工下一墙段
　　双轮铣深搅连续墙由一系列的一期槽段墙和二期槽段墙相互间隔组成，（所谓一期槽段墙是指成墙时间相对较早的一个批次墙体，二期槽段墙是指成墙相对较晚的批次。）
　　4.7  围护结构（墙）合龙
　　（1）双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工根据进度要求，一般由基坑一侧分两头施工，到另一侧合龙。
　　（2）围护结构合龙前，在施工至最后6～9副墙板时，测量缺口的宽度，精确计算出合龙墙板的宽度，合理确定铣轮大小和槽段间的搭接长度，确保围护结构顺利合龙。每副墙板，均须用经纬仪控制其垂直度。若墙身存在偏斜，应逐副纠正合龙。
　　4.8  压顶梁施工并安装内支撑体系（或外拉锚体系）
　　4.8.1  压顶梁施工
　　围护结构（墙）合龙后，开槽并支模浇筑压顶梁，为了便于H型钢的拔出，必须对压顶梁部分的H型钢进行隔离处理，压顶梁施工工艺同一般钢筋砼结构施工工艺，需注意压顶梁的钢筋要贯通连接，保持压顶梁整体受力。
　　4.8.2  围檩安装
　　根据设计要求的标高在连续墙上标志出围檩水平位置;在支撑附近将型钢托架安装在连续墙上，作为围檩安装的支承。将下料并连接好的围檩型钢用吊车吊放到托架上，紧贴连续墙板;不能紧贴的部位，在两者之间用混凝土填实。
　　4.8.3  内支撑安装
　　（1）在围檩上测设出支撑的安装位置，安装支撑铰接接头并准确测量出每根支撑两端围檩间净距;根据净距拼装支撑杆和预应力活动接头。为使支撑杆达到轴心受压计算条件，安装过程中要保证支撑轴线和围檩水平中线重合。
　　（2）用吊机将支撑吊放到对应位置安装，围檩与支撑端头采用连接销固定，支撑杆长度大于6m时需搁置在钢立柱的托架上，同一平面上各道支撑间用连接钢板连接。
　　（3）压顶梁和围檩与连续墙间填实的混凝土达到80%设计强度后，对钢支撑施加100kN～200kN预应力。
　　4.9  基坑分层开挖
　　在预应力施加完毕后，配合基坑降水，进行土方分层开挖。如有多道支撑，开挖过程中，围檩及内支撑安装从上到下本着“边开挖边支撑，先支撑后开挖”的原则进行。
　　开挖过程中要观测基坑变形及围护结构墙板、围檩、内支撑等结构的应力、应变和变形情况，出现基坑变形、应力、应变超过设计容许值的情况，要停止开挖，查明原因，采取相应加固措施后方可重新开挖。
　　4.10  渗漏水的预防及处理
　　在墙板施工过程中，用两台经纬仪前方交汇法控制每副墙体的垂直度。确保每副墙体的准确位置和墙体间的搭接，避免因施工误差造成的围护结构渗漏水。
　　浆液严格按照配比制备，搅拌均匀充分;浆液制备好后，在规定时间内用完;下钻过程中要严格控制下钻速度，确保过程注浆压力1.5MPa～2.5MPa。到设计桩底标高后提升复搅，提升速度一般不大于2m/min。
　　如在开挖过程中出现渗漏水问题，对漏水处采用水灰比为0.7：1～1：1的高压旋喷桩进行封堵，高压旋喷桩水泥浆可掺入1：0.1～1：1的水玻璃浆液进行双液注浆。
　　4.11  建筑地下结构施工并换撑
　　土方开挖至基坑底，施工地下室承台、地梁、底板和传力带。在地下室底板和传力带达到80%设计强度后，拆除最下部一道支撑;有多道支撑时，支撑和围檩拆除自下而上本着“先设传力带，后拆除支撑”的原则进行。
　　拆撑期间，监测单位加强对围护体和周围环境的监测。支撑拆除前必须先释放施加的预应力，然后根据支撑的位置、大小及吊机的额定起重量对支撑进行分段拆除。施工单位预先编制的拆撑方案，必须经业主、设计、监理等单位确认后方可实施拆撑作业。
　　4.12  土方回填
　　在地下室外墙施工完毕并达到设计强度后，回填素土分层夯实。回填过程中防止损伤防水层。回填土不得使用淤泥、耕土、冻土、膨胀性土、生活垃圾以及有机质含量大于5%的土。回填土压实系数要求不小于0.95
　　4.13  拔除型钢后桩孔回填
　　待地下室施工完毕，回填土完成方可进行型钢拔出。拔出H型钢采用专用夹具及千斤顶，以压顶梁为支点，起拔回收H型钢。型钢拔出后，立即用水泥浆液进行回填拔除后留下的缝隙，减小因拔桩造成的土体沉降和变形。
　　拔除的桩体应清刷干净，修补整齐，除锈并涂刷防锈油漆后回收入库;在运输、存放时，防止变形损坏。
　　5  质量控制
　　5.1  质量控制标准
　　地连墙的施工质量执行JTJ 303—2003《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》的规定外，尚且应满足以下要求。
　　（1）双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工过程中，地连墙顶标高、垂直度、轴线偏差及相邻槽段错位应符合表1的规定。
　　（2）钢构件的加工、安装、验收应符合GB 50017—2017《钢结构设计规范》和GB 50205—2012《钢结构工程施工质量验收规范》的要求。H型钢若有接头，接头位于开挖面以下2m，且两根相邻钢H型钢接头错开1m以上，焊缝采用坡口焊等强焊接，焊缝的坡口形式和要求符合JGJ81—2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定。
　　5.2  质量保证措施
　　（1）根据基坑围护方案和现场布置图，确定连续墙施工的起点和顺序，减少施工过程中的误差积累，合理布置施工机械行走线路及退场道路，避免设备多次搬迁、移位，减少H型钢的插入间隔时间，尽量保证施工的连续性。
　　（2）施工前对成槽机等机械设备进行维护保养，尽量减少施工过程中由于设备故障而造成的质量问题。设备由专人负责操作，上岗前必须检查设备的性能，确保设备运转正常。
　　（3）每班用两台经纬仪前方交汇法校核垂直度。
　　（4）制作专门的定位架和导向架，控制H型钢的轴线位置和垂直度。
　　（5）施工前应及时清除地下障碍物，避免由于施工中发现地下有障碍物而移开设备进行清障工作，对周边土体造成扰动使墙体产生位移。
　　（6）按照要求做好每副地连墙的施工记录，严格控制每副墙板的搭接长度，做到可追溯，方便后续问题处理。
　　（7）支撑安装和预应力施加过程中，及时复合标高和轴线偏差，确保构件处于轴心受压状态。
　　6  结束语
　　双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工工艺，所有内插H型钢和支护结构钢材都全部回收可重复使用，即可节约钢材，又不产生地下障碍物，对地下水及周边环境无污染，具有较好的环保效益;该工艺的基坑围护结构每米综合造价约为0.9万元，比目前常用的排桩支护结构每米造价约1.0万元，节约1000元左右。对于基坑围护长度较长的基坑有着显著的经济效益;该工艺采用履带式主机，占地面积小，移动灵活，施工速度快。尤其是施工围护结构要求嵌入强风化、中风化岩层的情况，日成墙效率可达到12～15m/天，可快速形成支护结构，缩短工程总体施工进度，使工程尽早投入使用，减少对周边居民的影响，具有良好的社会效益。
　　参考文献：
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　　[3] 郑亮.双轮铣搅拌墙工法在合流污水管加固中的应用[J].城市道桥与防洪，2017 （11）.
　　作者简介：
　　周韬（1972—）男，高级工程师，主要研究方向为建筑施工管理。
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