特殊地质条件下锚碇地下连续墙施工技术

  韩胜利，陈国祥

  （中铁大桥局集团一公司，河南  郑州  450053）

[摘要]宜昌庙嘴长江大桥西坝锚碇位于长江中心岛上，其基础设计采用圆形地下连续墙方案。西坝岛覆盖层较厚，地质情况复杂，对地下连续墙施工影响较大。在卵石加漂石层中施工地下连续墙可借鉴经验不多，如何在此种复杂地质条件下成槽是施工成功的关键。该项目通过采用多种工艺，克服了复杂地质的难题，保证了地下连续墙顺利施工。

[关键词]桥梁工程；地下连续墙；锚碇；施工技术

[中图分类号]   U443. 24       [文章编号]1002-8498( 2016) 01-0042-04

1  工程概况

    宜昌市庙嘴长江大桥为主跨838m的单跨悬索桥，主缆边跨跨度分别为250m和215m。全桥设2根主缆，横向间距为26m，吊索与主缆在一个竖直平面内，主桥立面布置如图1所示。吊索顺桥向标准间距为16m，主塔最近的吊索距主塔中心线19. Om，跨中最短吊索长度≥4m。大桥主跨矢跨比采用1/10，主缆中跨矢高83. 8m，跨中主缆中心高程为84. 000m，塔顶处主缆中心线理论交点高程169. 000m。

    西坝侧锚碇位于西坝中下游，地下连续墙总长184. 5m，深24. 3m，厚1.2m，布置为外径60m的环形结构，设计要求嵌入中风化细砂岩≥4. 8m。

    根据地质勘察情况，西坝侧锚碇区域上部主要为人工填土、冲洪积黏性土、黏性土混卵石、卵石夹漂石等，下伏基岩为中~微风化中细砂岩、泥质砂岩等，其中卵石夹漂石层厚为9～18m，卵石粒径一般2~ 10cm，较大的17~30cm，卵石含量65%~95%；夹漂石其粒径一般为20~50cm，含量一般5%~15%。卵石夹漂石地层成槽易塌孔，成槽质量差。中风化细砂岩泥钙质胶结，岩体较完整，承载力较高，天然抗压强度平均值为31MPa，为地下连续墙的持力层。地质柱状图如图2所示。

2  地下连续墙施工

2.1槽段划分

    圆形地下连续墙轴线直径为58. 8m，周长184. 73m，共划分37个槽段，I期槽段18个，II期槽段17个，III，IV期槽段各1个。槽段为折线形，槽段中心线的转折点位于圆形地下连续墙轴线上（直径为58. 8m的圆）。I，II期槽段中心线展开长5m，III，IV期槽段中心线展开长4.75m，采用H型钢作为地下连续墙槽段连接方式。地下连续墙槽段划分布置如图3所示。

2.2施工方案及工艺流程

2. 2.1施工方案选择

国内地下连续墙的成槽施工常采用3种工艺。    

1)纯抓法  结构简单，易于操作维修，运转费用低，广泛应用在较软弱的冲积地层。不适用于大块石、漂石、基岩等地层。

    2)纯铣法  工效快，适用于较多地层，设备昂贵，成本高，不适用于大卵石、漂石、大孤石地层。

    3)纯钻法对地层适应性强，适用于一般软土地层，也可使用在砂砾石、卵石、基岩，设备价格低廉，效率低。

    根据宜昌特殊的地质条件，本项目在施工中建设性地采用了注浆稳定卵石夹漂石层、旋挖钻引孔、成槽机取土的方法施工覆盖层，底部基岩冲击成槽，成功解决了难以成槽的难题。

2.2.2工艺流程

    地下连续墙施工工艺流程如下：地层注浆->导墙施工->测量放线->泥浆调配，旋挖钻机引孔->成槽机抓取孔间土层->泥浆调配，冲击钻钻至孔底->方形钻头修孔成槽->验槽、清孔->钢筋笼制作安装->二次清孔->混凝土灌注。

2.3施工方法及要点

2. 3.1地层注浆

    1)注浆设计

    为防止地下连续墙在成槽和混凝土浇筑过程中槽壁坍塌，地下连续墙施工前对墙体两侧的卵石夹漂石地层及杂填土地层采用低压注浆处理。地下连续墙注浆深孔共4排，其中外侧2排，内侧2排。外侧深孔距地下连续墙中心线0.9+1. 0m布置，外侧孔每排200个，按照等角度布置；内侧深孔 距地下连续墙中心线0.9+1. 2m布置，每排176个，按照等角度布置。注浆深度范围：深孔为地表面下1m到卵石层底1m。

    2)注浆施工

    注浆工艺流程：放线定桩位->复测->引孔钻机就位->桩机调平->导管钻进->钻进至设计深度终孔->拔出钻具->灌套壳料-+安放注浆外管（袖阀花管）->拔出钢套管->下注浆管->自下而上分段注浆->拔出注浆内管->补浆->封孔。

    注浆材料：外侧深孔采用水泥浆+速凝剂，内侧深孔采用水泥浆+膨润土，具体配合比根据试验结果确定。水泥采用检验合格的P．042.5水泥。水泥浆液的水灰比为0.4~0.6，注浆压力为0. 3MPa。

  2.3.2导墙施工

    导墙主要作用：①标定地下连续墙位置的基准线，为挖槽、安装钢筋笼、浇筑混凝土等导向。②加固和固定槽口，保持土体稳定和泥浆液面高程，防止槽口土体和槽内土体坍塌，可防止废泥浆、雨水、污水进入槽孔内，还可作为泥浆储存池使用。③作为挖槽机械、钢筋笼安装、混凝土浇筑的操作支撑平台。

    导墙施工采用现浇钢筋混凝土结构，内侧为L形结构，外侧为[形，导墙深1. 70m，厚0.40m，导槽宽1300mm，混凝土强度等级C20。

2.3.3成槽

    覆盖层成槽采用“三钻两抓”法施工，岩层采用冲凿法施工。首先按间距2. 5m均匀布置3个孔，由旋挖钻引孔，旋挖钻钻进至岩层(深度约为19m)，旋挖完成后用成槽机抓取孔间土层及卵石层。然后按间距1. 25m均匀布置5台冲击钻机，分2个循环冲击至孔底。最后用冲击钻带方钻头修孔成槽。

    引孔由正循环旋挖钻施工，钻头直径为1. 2m，引孔深度约为19m，具体深度以现场实际情况确定，钻进至岩层为止。引孔位置布置如图4a所示。SG50成槽机抓斗抓取范围为3m，抓取采用两抓抓取孔间土层。抓斗抓取布置如图4b所示。岩层采用冲击钻冲凿成槽，冲击钻钻机共布置3台，分2个循环进行钻进施工，钻头直径为1. 2m，冲击钻布置如图4c所示。

    冲击钻钻孔成槽后容易出现突起尖角，影响成槽质量，因此在冲击钻施工完成后要用圆形和方形钻头修孔成槽，使成槽质量满足设计要求。先用正常的圆形钻头将大的凸起部位砸掉，再用方形锤头（尺寸1.7 mx1.2 m）将小的凸起扫掉，使矩形截面符合要求，如图5所示。

2.3.4泥浆和清槽换浆

    由于本项目地下存在很厚的卵石夹漂石层，槽段很容易塌孔，因此泥浆护壁非常重要。为确保泥浆的质量，本工程选用优质黏土制备泥浆，分散剂选用工业碳酸钠，并适当添加增黏剂( CMC)。泥浆性能指标控制标准如表1所示。

    槽段终孔验收后，分3步清孔换浆。第1步用成槽机抓斗抓取槽底大颗粒钻渣，第2步采用气举反循环系统和泥浆净化器进行清孔，第3步在钢筋笼安装就位后再次气举反循环进行二次清孔，确保水封前孔底沉渣和泥浆指标满足规范要求。

    II期槽清孔换浆前，采用特制的钢丝刷自上而下反复刷洗I期槽工字钢接头，将工字钢上的杂物和泥块清理干净，保证接头连接质量。

2.3.5  钢筋笼制作与安装

    钢筋笼总长26. 15m、单幅钢筋笼最大质量为31. 9t，钢筋笼采用整体吊装、整体回直、一次人槽的安装方法。钢筋笼吊装采用双机抬吊，空中回直，以1台150t履带式起重机作为主起重机，1台50t履带式起重机作为副起重机。具体步骤如图6所示。

2.3.6  混凝土灌注

    混凝土采用水下直升导管法浇筑，导管直径为250mm。成槽施工长度为5m，按规范要求采用2套导管同时灌注，导管间距2. 5m。砍球要求2套导管同步进行，混凝土灌注时，2根导管灌注速度基本保持一致。

3  结语

    本工程自2013年4月22日开工，至9月23日结束，施工时间为154d（因在市中心夜间没有施工）。地下连续墙所有槽段经超声波检测和抽水试验声呐检测，结果表明所有墙体及接缝质量良好，基坑开挖过程中均得到验证。

    1)采用此种工艺进行地下连续墙壁的成槽施工，克服了卵石夹漂石层难以成槽的难题。

    2)采用此种方法施工，充分发挥关键大型机械设备的使用，尽量减少效率较低的钻孔作业，尽量利用关键设备——成槽机和旋挖钻，提高作业效率。

    3)成槽质量好，由于对卵石层注浆后采用抓斗进行槽段成型，成型质量较好，塌孔现象得到有效遏制。

    4)由于对不同地层均采取不同的工艺，采用了传统的旋挖钻机、成槽机、冲击钻机相结合的施工方法，避免使用昂贵设备铣槽机，大大降低了造价，节约了成本。