摘要：旋挖钻孔成槽施工技术因为具有高效、快速、优质等特点，成为地下连续墙施工的重要工序，挖槽工作更是地下连续墙施工效率及保证工程质量的关键环节。随着各重点工程项目对成孔质量、成孔速度等要求的不断提高，旋挖钻孔在房屋建筑基础中日益增多，在基础应用中越来越重要，相应地促进了旋挖钻孔施工技术的快速发展。现本文首先介绍了旋挖钻孔成槽施工技术的特点及其原理，并结合实例对如何旋挖钻孔成槽施工进行详细介绍与研究，希望为以后旋挖钻孔成槽施工相关技术人员提供借鉴和参考。
关键词：旋挖钻孔成桩；建筑桩基工程；技术应用
前言
地下连续墙最初仅作为基坑围护的挡土、防渗墙，随着我国城市开发建设的不断深入，城市土地资源日渐紧缺，高层和超高建筑的出现，地下空间开发进入了高速发展阶段，已日渐成为城市发展的趋势。地连墙施工工艺也不断完善和改进，广泛应用于港口、船坞和污水处理厂、高层建筑的地下室、地下停车场、地铁甚至于大桥建设中，市场前景相当广阔。深基坑工程围护结构地下连续墙因其施工噪声低、防渗效果好、整体刚度强和对周围土层扰动小，可兼作地下室外墙等优点，适用于各种复杂的地层。故此在实际工程中得到了广泛的应用。
1 旋挖钻孔施工技术概述及特点
旋挖钻孔技术是现代建筑工程中一种十分重要的新型成孔技术，是地下连续墙施工的重要工序，挖槽工作更是地下连续墙施工效率及保证工程质量的关键环节。旋挖钻孔技术指的是借助埋设钢护筒，使用旋挖钻机来进行钻孔，通过以此为基础，来实现导管与钢筋笼的放置，而后进行混凝土灌注施工。该技术在粘性土层、粉质土、碎石类土及砂土中都较为适用，相应的最大成孔直径可达 4m，最大成孔深度为 90m。
旋挖钻孔技术施工原理为：通过旋转钻杆的旋转作用，将钻斗切入土层，通过底部的切削齿切割土层，并将土屑倒人钻斗中，当钻斗装满土屑后，将其提出。如果土层较厚时，钻斗不能切入土层，可对液压油缸进行加压操作使其切入土层。
成槽的方法主要有：抓斗式、冲击式及回转式。或者抓斗式成槽方法适应地层较广，但受硬层所限，冲击式成槽方法适用于复杂地层但施工效率低，新型铣槽机对地层适应性强，但设备费用大，成本高。回转式成槽施工方法适用性广，成槽效率高，但应用相对较少。针对上述情况结合本公司设备技术力量，优化组合旋挖机械和冲孔桩机械，通过旋挖钻孔辅助成槽技术，加快地连墙入岩成槽的速度，降低施工工期，同时达到节约施工成本的目的。下面是2018年本公司的两个地连墙项目实例分析。
2地连墙项目实例
2.1工程概述
项目于广东省广州市海珠区琶洲中心区域，该位置最突出就是用地紧张，基坑的支护体系基本采用地连墙的支护体系。
项目一：华邦基坑支护工程，基坑开挖深度约为17.83m，基坑周长约476米，共四层地下室，属于深基坑工程。基坑设计安全等级为一级。工程支护形式为地下连续墙+两道钢筋混凝土支撑。地下连续墙厚1000mm，共86幅，深23.93m~24.43m。
项目二：TCL大厦基坑支护工程，基坑开挖深度约为17m，基坑支护周长370m。共四层地下室，基坑支护安全等级为一级。本基坑采用800/1000厚地下连续墙+两道砼支撑”的支护形式，共64幅，深21.1~22.1m。
两个项目都位于琶洲区域，相距比较近，岩层情况类似。根据钻孔揭露，场地地基土按成因类型分为人工填土层、杂填土；第四系冲积土层（Qal）粉细砂、淤泥质土；基岩为下白垩系（K）粉砂质泥岩。岩层情况普遍是中风化粉砂质泥岩，岩石抗压强度值为8.4～12.0MPa，平均值10.4MPa。
2.2场地情况分析
场地比较平坦开阔，并提前硬化好环形道路，满足大型机械设备站机与行走要求。项目地连墙成槽入岩部分主要是软岩，硬度不高，采用旋挖机成孔效率比较高。
2.3施工难点
1）在淤泥地层中长时间冲孔施工易造成槽壁坍塌。
2）岩石埋深大，无法采取换填方式挖除，也无法使用成槽机直接抓取。
3）岩石强度达100MPa，且软土地层中岩石不固定，成槽时易偏孔。
4）地下连续墙施工进入中风化、微风化岩层时，岩层强度达8.4～12.0 MPa，成槽困难，施工周期长，进度无法保证。
5）在淤泥、岩层中，地下连续墙成墙困难，存在鼓包、垂直度偏差大等质量问题。
2.4施工方式的研究
为确保导墙施工及软土开挖时地层稳定，现场将部分相邻岩层槽段进行分组，分别采用全冲孔方式及旋挖辅助成槽方式进行施工，施工中记录相关数据，并逐一进行对比分析，并做好相应标记，作为检测槽段，土方开挖后对成槽质量进行下一步对比记录。研究过程中总结出一套更加系统化、科学化的地连墙基于旋挖成孔工艺理论体系。具体施工工序如下：
2.4.1旋挖机辅助成槽成槽的经济分析如下（单幅成槽对比）
全冲孔约5天成槽，旋挖辅助成槽相比全冲孔节省一半的时间，约2/3天。旋挖辅助成槽主要是施工机械成本相对较大，单幅比较相对较高，但如果分摊到全部槽段及节约施工工期进行分析相对较小。旋挖辅助成槽施工槽深、垂直度等都符合设计要求，并通过质量检测，符合验收要求。
2.4.2旋挖机入岩成槽分孔布置研究结果如下：
（1）怎样分孔：主要解决的是地连墙主孔与副孔的大小与位置。以下是项目的实例：
以上分孔的关键点主要是要综合考虑槽段的外放长度：
1）理论计算保证最小外放能包裹工字钢接头；2）考虑岩层情况、钻孔过程垂直偏差因素；3）考虑接头部位沙包堆放量；
（2）打什么孔：主要解决是旋挖机施工哪部分孔位。
主要施工主孔：
1）考虑旋挖机施工效率、设备数量、流水作业安排；2）旋挖机主要作为辅助机械，加快岩层部分破除，最终修孔成槽还是由冲桩机负责。
（3）怎样打孔：主要解决是孔位施工顺序
优先施工两侧的卡位孔，利于保证边孔的垂直度，减少后期冲桩机修孔时间。
2.4.3成孔质量控制
成孔质量控制中最主要是控制垂直度、位置准确、不要往坑内外偏斜。下面主要从四个方面进行控制，再从中介绍部分施工经验例子。
（1）操作人员
操作员是成槽钻孔最核心的因素，时刻关注仪表盘，旋挖机工艺主要应用于支护桩，但地连墙的钻孔的要求不一样，更注重成孔垂直度，需要操作手时刻关注仪表盘，宁愿慢也要求稳，减少成孔的偏差。由其两侧的卡位孔更加需要由比较有经验的旋挖机手进行操作。施工之前做好操作机手的技术交底工作及孔位的交接工作，了解孔位情况后再施工。
（2）设备参数
在钻机的操作方式上要慢速钻进，提钻和下钻均要缓慢、均匀，且每次钻深不宜过大，以每次下钻“少进尺、勤提钻”为原则。在钻斗到达上次进尺深度之前就要开始慢速正钻，将上次受扰动的岩层缓慢的吃入钻斗内。然后将下钻速度和旋转速度都维持在较慢的范围内，慢压慢钻也可以防止钻斗因岩层硬度不一产生的偏钻。
（3）钻具选择
钻具的不同在地连墙成槽过程中起到的作用也不同，主要表现在钻孔速度与垂直度。现场施工过程中试验各种钻斗，包括两瓣斗、捞沙钻斗、筒钻等。得出结论：两瓣斗此岩层下进尺最快，但进入岩层相对较硬时容易产生垂直偏差，所以要时刻关注，遇到硬岩时更换筒钻悬吊，不加压原位钻孔约15~20分钟，开挖1~2米深左右，再更换钻斗进行开挖，保证速度同时也保证了垂直度。
（4）施工方法：
①验岩方式转变：采用成槽机直接抓取至岩层验岩，再采用旋挖机钻孔，这情况旋挖钻孔容易偏钻。因为采用抓槽方式后槽底成弧形凹槽，旋挖机施打时容易由于岩层软硬不一产生偏钻。所以成槽机先抓取上部部分碎石软土层，采用旋挖钻卡位孔进行验岩，再用成槽机抓土。中部位置抓土时可根据验岩情况预留1至2米软土护筒钻，旋挖机再往下钻孔，这种方法保证钻孔的垂直度，但会加大设备的交替次数，需要做好槽段的设备流水施工计划。
②放弃：钻孔过程发生偏位，切记强硬修孔，先暂停施打，跳至旁孔施打，保证附近孔位施打完毕再返回施打，如尝试各种方法不能修正，直接放弃施打，做好旁站记录，做好槽段的交底工作，让冲桩机完成修孔工作。
2.4.4施工中遇到的问题和解决方法
以上两个地连墙项目施工过程中都投入了大量设备如旋挖钻、冲孔机等，遇到的问题和解决方法如下：
（1）岩石处理
地下连续墙成槽至13 m时遇到一块宽1.5 m的岩石，采用冲锤冲击时因岩石底部土体相对松软，石块下沉无法破碎，每天进尺仅0.5 m。
经现场讨论，采用地质钻机沿槽边缘将岩石上布满间距不大于300 mm的钻孔穿透孤石后，破坏岩石整体性再用冲锤破碎，3 h内可完全破碎，实现了进度上的巨大突破。后续地下连续墙成槽时遭遇到类似岩石均采用此种方法，岩石处理困难的问题得到有效解决。
（2）强风化岩硬度较高，成槽机抓取困难
地下连续墙成槽至27 m左右时进入强风化层，成槽机抓取困难，每小时仅取土3.5 m3。更换为冲锤冲孔后，泥浆黏度、比重、含砂远远超出了设计值，其对冲锤的浮力明显增大，冲孔效率降低，护壁能力降低，坍孔的可能性增大。采用旋挖钻机对强风化岩进行引孔处理后，再用成槽机进行抓土，效率提升了30%。
（3）“斜坡岩”处理
基岩表面为斜面，采用孤石的处理方式无效，旋挖钻机也无法引孔、取芯，且钻头崩齿严重；采取冲锤冲孔时，因岩石表面倾斜经常偏孔，采用如下处理方式：
向槽内填充碎石块至偏孔位置上方后，继续冲击，偏孔依然严重，向槽内灌注高强度水下混凝土至偏孔位置上方，待达到强度后继续冲击，可解决此问题，但混凝土浪费大、成本极高，且施工效率极低，每天进尺仅0.5 m左右，为提高成槽效率，经专家介绍，将旋挖钻普通钻头更换为牙轮钻头后，有效地对高强度基岩进行了取芯。
牙轮钻头是将桶钻端部刮齿更换为可旋转的牙轮，对斜坡岩的钻取十分有效。通过成槽机抓取软土、冲锤破除孤石、旋挖钻挖除强风化岩、牙轮钻钻取基岩和冲击锤修孔等几种方法的组合，成槽效率提升了10余倍。
（4）淤泥地层地下连续墙侧壁稳定性差，成槽易塌方
部分地下连续墙槽段淤泥深度较大，在进行冲击锤、旋挖钻进尺时受地层扰动影响，槽壁易出现塌方，制备的泥浆无法满足护壁要求。泥浆制备时在膨润土、纯碱和CMC的基础上，加入适量的“老黏土”，增加黏度和相对体积质量。结合广东地区淤泥地层泥浆护壁施工经验，将循环泥浆相对体积质量控制在1.2左右，黏度控制在25 Pa·s左右，以加强护壁性能，增强实际护壁效果。
新泥浆采用性能指标优良的膨润土、纯碱、高浓度CMC和自来水作原材料。泥浆配合比经试验验证后，按照性能指标配制并结合广东地区淤泥地层泥浆护壁施工经验，泥浆相对体积质量不小于1.15，具体膨润土、CMC、纯碱和水的配合比根据具体试验配合比确定。
4 结论
综上地下连续墙施工技术工艺，采用旋挖钻孔成槽施工效率大大提高，有效解决了地下连续墙施工效率问题，同时降低了地下连续墙施工塌方风险。对工程工期控制和成本节约带来重要意义。本文通过研究与实践，有效的提升了旋挖钻孔成槽施工能力，为国内类似工程提供了新的思路和方法。
参考文献：
[1]徐志发.超深地下连续墙施工关键技术及风险控制[J].隧道及地下工程，2010，28（5）：95.
[2]王蕴华，李志波.底部为岩石的地下连续墙冲抓破岩成槽施工[J].港工技术，2007（2）：38.
[3]周少良.上软下硬地层地下连续墙施工技术[J].工程建设与设计，2017（2）：9.
[4]涂军飞.上软下硬地层条件下地下连续墙施工技术[J].城市道桥与防洪，2015（8）：169.
[5]马丽华.地下连续墙成槽施工技术在上软下硬地层中的应用[J].资源环境与工程，2016，30（4）：638.
[6]余南山，彭新坤，徐林有，等.大起伏岩面地下连续墙成槽施工技术[J].建筑施工，2016，38（12）：1662.
[7]周兆勇，庞征.中风化泥质粉砂岩地下连续墙入岩成槽施工技术[J].西部探矿工程，2014，26（4）：179.
[8]党亚杰，肖昭然，聂彬.地下连续墙入岩成槽施工工艺改进[J].施工技术，2015，44（1）：43.
[9]刘文丽.浅谈地铁车站地下连续墙入岩成槽技术[J].工程技术（全文版），2016，17（10）：00130.
[10]翁厚洋.超深基坑大深度入岩地下连续墙施工技术.施工技术，2014，43（11）：115-118.
论文作者:李杰明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/27
标签：钻孔论文; 地下论文; 岩层论文; 冲孔论文; 基坑论文; 地层论文; 土层论文; 《基层建设》2019年第1期论文;