超深基坑连续墙成槽施工工法

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。

《建筑物水平整体位移施工工法》的材料设备要求如下：

1.主要材料要求见表5。

1.主要设备要求见表6。

《建筑物水平整体位移施工工法》的特点有：

1.采用超深连续墙成槽工法可以加快超深连续墙的成槽速度，缩短工期；

2.克服了复杂地层下超深连续墙的施工难点，降低了施工风险，成槽施工质量有利于保证规范、技术标准；

3.机械化程度高，有效减少人员配置，在保证施工质量的前提下，节约了时间和劳动力；

4.采用此工法可以降低施工成本。

地下连续墙施工技术自上世纪50年代引入我国后，就得到了飞速发展，特别是近10年中国大力发展轨道交通及大型引水工程，地下连续墙应用范围极其广泛，其深度也越来越深，结构形式也越来越多样化，施工难度也越来越大。

龙泉倒虹吸为滇中引水工程地下连续墙为半径=10米圆形结构，成槽深度达96.6米，并存在不良地层，在中国国内尚无相关施工经验可供参考。因此施工过程的每一步都需要经过大量的前期研究，从圆形地连墙分幅、槽壁稳定性、槽壁垂直度及沉渣厚度控制等施工过程中不断摸索完善，在保证施工顺利的同时，中铁五局集团电务工程有限责任公司总结出《超深基坑连续墙成槽施工工法》。

施工企业采用《建筑物水平整体位移施工工法》施工时，应采取的质量控制要求如下：

一、施工质量标准

质量标准参照《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL174-2014）、《地下连续墙施工规程》、《地下铁道工程施工及验收规范》、《建筑深基坑过程施工安全技术规范》等。

二、施工质量保证措施

1.开始挖掘成槽时，宜采用较慢的速率进行抓土作业，确保开始段的成槽垂直度，避免因开始段的偏差造成后期较难纠偏。

2.抓斗出入导墙口时要轻放慢提，防止泥浆因过激的震荡，引起导墙下、后方土层的稳定性。抓斗入槽、出槽都应匀速且保持较慢的速度操作。

3.在成槽过程中，悬吊机具的钢丝绳不能呈松弛状态，一定要使之垂直紧绷地操作，否则将会影响成槽的垂直度。

4.成槽作业中应时刻控制机具的垂直偏差值，及时做好纠偏工作。

5.双轮铣槽机需下放到一定深度（约3~5米）才可进行铣削作业，一是因为泥浆循环需要一定的储液空间，二是铣削机头部分需要上段槽体作为成槽定位的支撑。固上面抓斗成槽部分需要控制好垂直度，以免造成后期纠偏困难或墙体不顺畅。

6.一开始铣削时，也应采用较低的速率进行作业，待机器铣削一定深度（约50厘米）后，可根据现场监控垂直度的情况相应地提高铣削速率，直至全速运行。

7.当成槽进尺缓慢时，应注意垂直度，如垂直度有明显的偏差，且电脑调整偏明显调整不过来，这时应提升铣槽机，观察铣齿磨损情况，判断是否遇到地质不均地段，可换冲击锤进行碎岩或者更换相应地层的刀具后再作业。

8.当穿过硬地层时，要密切注意纠偏板处在底层中的位置，如遇铣削切头在相应较软的土层，而纠偏板在硬地层时，机头可能会被硬地层卡住，此时若盲目放松吊绳并收回纠偏板，可能会造成机头突然下坠的危险工况发生。此情况应先将吊绳固定住，在该底层铣削一段时间，确保铣轮下方铣削干净，再收回纠偏板，慢慢下放。

中铁五局集团电务工程有限责任公司采用《建筑物水平整体位移施工工法》施工的效益有：

用超深连续墙施工技术成槽开挖方量达到8680立方米，成槽质量高，完全满足设计规范要求，无需返工。特别是Ⅱ期槽的掏铣结合的施工方法，比原设计的一铣到底的成槽方法，每幅槽节约成本40万，节约工期4天，那么7幅Ⅱ期槽节约成本280万，节约工期28天，且成槽质量更有保证。整个成槽施工场地占地面积小，工期不足五个月，在成槽施工机械化程度高，有效减少了人员配备，在施工质量得到保证的前提下能大大降低了施工成本。

注：施工费用以2017—2020年施工材料价格计算

施工企业采用《建筑物水平整体位移施工工法》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：

1.由于成槽深度达96.6米，且成槽宽度大于1.5米，在施工过程中应做好临边防护，无关人员禁止靠近，防止人或物掉入槽内；为减小机械振动对槽壁土体影响，成槽设备站在槽壁外侧施工，同时在下面垫钢板分布荷载；

2.钢筋笼吊装前，安全员联合技术人员对钢筋笼吊点、吊索吊具以及吊车性能进行检查，检查合格后相关人员进行签字；

3.吊索吊具检查完后设置吊车行走区域警戒及吊装区域警戒，大吊行走区域下垫厚钢板，并实时对地面进行沉降监测。安全员对所有参与吊装的人员进行安全技术交底，使每个人明白各自的职责和安全注意事项；

4.安全技术交底完成后开始进行钢筋笼试吊，无关人员须退出吊装区域范围，钢筋笼吊起离地面50厘米后悬停检查，查看各吊点位置钢筋是否变形，检查合格后方可进行正式起吊，钢筋笼安全员须全程旁站；

5.钢筋笼起立过程中，应严格控制起吊速度，严禁人员靠近或站在钢筋笼底下，以免有异物飞出造成伤害。

6.上下钢筋笼对接时，由于对接时间长，应加强槽内泥浆循环，防止槽壁坍塌，同时做好周边防护，防止接笼人员掉入槽内。

6.地连墙混凝土方量大、时间长、要求高，浇筑前须组织所有参与浇筑的人员开会讨论确定浇筑混凝土运输及浇筑方案，并对所有浇筑人员进行安全技术交底；

7.混凝土一开始进场所有人员必须分工明确、各司其职，安排一名安全员对混凝土运输车进行交通疏导，防止发生交通事故。浇筑完成后及时将洒落的混凝土进行清理，做好文明施工。

中铁五局集团电务工程有限责任公司采用《建筑物水平整体位移施工工法》的应用实例如下：

1.工程概况

龙泉倒虹吸为滇中引水工程昆明段输水工程的其中一段，主要位于昆明市盘龙区境内，其中倒虹吸接收井位于昆曲高速与沣源路交叉口西侧绿化带内。工程附近分布有昆曲高速和龙泉路、沣源路、北京路、穿金路等多条市政道路等，交通便利。

接收井建基高程为1886.700米，地面高程为1964.000米，地连墙顶高程为1961.400米，基坑开挖深度77米。基坑围护结构为R=10米圆形结构，采用1.5米厚地下连续墙，地下连续墙墙深94米，分Ⅰ期槽和Ⅱ期槽施工，接头型式为铣接头，墙顶设锁口圈梁，连续墙嵌入基岩。结构采用明挖逆作法施工，结构为R=8.5米圆形结构。

2.施工及应用效果情况

为了确保滇中引水龙泉倒虹吸接收井圆形超深地下连续墙顺利完成，达到业主要求的合同工期，接收井地下连续墙采用总结摸索超深连续墙施工工法，保证了施工质量，提前完成了施工任务。

3.工程结果评价

成槽垂直度控制良好，平均垂直度在1/900，小于设计要求的1/650；槽壁稳定性控制良好，无发生大面积槽壁坍塌事件；沉渣厚度控制小于100毫米，满足设计及规范要求；提前1个月完成施工任务。

施工企业采用《建筑物水平整体位移施工工法》施工时，应采取的环保措施是：

1.弃渣运至指定的弃渣场，严禁任意弃渣。

2.施工场地采用硬式围挡，施工区的材料堆放、材料加工、出碴及出料口等场地均设置围挡封闭。施工现场以外的公用场地禁止堆放材料、工具、建筑垃圾等。建筑垃圾应及时清理，运至指定地点。

3.场地出口设洗车槽，并设专人对所有出场地的车辆进行冲洗，严禁遗洒，运碴车辆，碴土应低于槽帮10厘米并用苫布等覆盖，严防落土掉碴污染道路，影响环境。

4.工程车辆的行驶路线和时间要严格遵守交管部门的要求，禁止超载、超高、超速行驶，对工地周围的道路派专人清扫，保持周边环境的整洁。

5.施工现场设明沟、沉淀池为主的排水系统，并定期由专人负责清除，以减少施工期间的生活污水及施工废水对环境的污染。生活污水、泥浆须经三级沉淀后抽排到市政雨水管网内。

6.现场存放油料的库房，必须进行防渗漏处理。储存和使用都要采取措施，防止跑、冒、滴、漏，污染水体。

7.施工场地进行封闭隔离施工，不得把马路、交通和社会运行区域与施工区域混在一起，并设立安全警戒标，施工区域与非施工区域进行分隔志，与施工无关人员不得进入施工区域。

8.施工过程中按环境保护要求采取措施控制扬尘。施工现场车辆出入口处设置车辆冲洗及沉淀池，对进出车辆采取冲洗等措施确保车身、轮胎不带泥土，防止污染道路和环境。

9.按环境保护要求严格控制噪声。需夜间施工时，先到有关部门进行申请并得到批准后方能进行，并向社会进行告示，同时，在规定的作业时间范围内，合理安排作业内容，使用低噪声、环保型的施工机械设备，把施工产生的噪声降低到最小限度。

2020年9月2日，湖南省住房和城乡建设厅以湘建科〔2020〕136号文件发布《关于公布2019年度省级工程建设工法的通知》，《建筑物水平整体位移施工工法》被评定为湖南省2019年度工程建设省级工法。

TRD工法（Trench－Cutting& Re-mixing Deep Wall Method） ，中文叫法比较多，最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”，后陆续有文献称其为：等厚度水泥土地下连续墙工法，原位置上混合搅拌壁式地下连续墙施工法，水泥加固土地下连续墙浇筑施工法等。

TRD工法由日本90年代初开发研制，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定厚度的墙。其主要特点是成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好。主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面。

2007年辽宁抚挖重工机械股份有限公司与日方企业合作引进“TRD 工法”，同年试车成功，命名为CMD850链条式成槽机，填补了我国TRD工法机自主化生产的空白。CMD850型TRD施工机可成墙厚度为550~850mm。