掏挖法地連牆施工工法

掏挖法地連牆施工工法

《掏挖法地連牆施工工法》是天津第六市政公路工程有限公司、中鐵十八局集團有限公司完成的建築類施工工法,完成人是佟寶祥、薛長遷、王朝輝、劉宴斌、張連豐。該工法適用於在管線不切改的情況下進行地下連續牆的施工。地下連續牆的寬度應不大於1.2米、深度小於80米,管線埋深小於5米,管徑小於2米,各條管線之間的距離宜大於1.5米。

《掏挖法地連牆施工工法》主要的工法特點是:施工過程中噪聲較低、振動小;對起重吊裝的技術要求高,配套的改制機具較多。

2008年1月31日,《掏挖法地連牆施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

  • 中文名:掏挖法地連牆施工工法
  • 工法編號:YJGF284-2006
  • 完成單位:天津第六市政公路工程有限公司、中鐵十八局集團有限公司
  • 主要完成人:佟寶祥、薛長遷、王朝輝、劉宴斌、張連豐
  • 審批單位中華人民共和國住房和城鄉建設部
  • 主要榮譽:2005-2006年度國家二級工法
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

在深基坑圍護結構的施工過程中,由於各種地下管線不能切改或者切改滯後,不僅延誤了施工工期花費了較多的切改費用,同時也影響了周圍民眾的正常生活。常規的地連牆施工方法一般採用液壓抓鬥成槽機施工,但這種方法在管線存在的情況下,不能滿足地連牆成槽和鋼筋籠吊裝的需要。為了更好地解決這個問題,天津第六市政公路工程有限公司、中鐵十八局集團有限公司經過多個工程的探索,積累了豐富的經驗,通過不斷的總結,形成了《掏挖法地連牆施工工法》。該工法成功地解決了在管線不切改的情況下進行地連牆施工的難題,取得了經濟效益和社會效益。

工法特點

《掏挖法地連牆施工工法》的工法特點是:
1、該工法採用潛水鑽機作為重要的成槽設備,潛水鑽頭安裝了液壓導向系統,鑽盤與豎直方向最大可形成60度夾角,成槽過程中可以在槽段平面內調整鑽進方向。
2、該工法能在不切改管線的情況下進行成槽施工、鋼筋籠安裝及混凝土灌注,使管線部位地下連續牆施工能達到規範規定的質量標準,節省了因管線切改造成的工期損失及費用。
3、該工法施工過程中噪聲較低、振動小,適合在城市市區或居民區施工。
4、該工法對起重吊裝的技術要求高,配套的改制機具較多。

操作原理

適用範圍

《掏挖法地連牆施工工法》適用於在管線不切改的情況下進行地下連續牆的施工。地下連續牆的寬度應不大於1.2米、深度小於80米,管線埋深小於5米,管徑小於2米,各條管線之間的距離宜大於1.5米。

工藝原理

《掏挖法地連牆施工工法》的工藝原理敘述如下:
1、在地下連續牆槽段沒有管線的部位,先用正循環鑽機鑽一直徑600毫米的單孔,深度等於地下連續牆的深度。成槽設備調換成潛水鑽機並就位,並將直徑250毫米、長度35米的噴導管放入鑽孔中,在鑽機台上設噴導管限位裝置。在噴導管底端留有氣壓孔,與地面上一台6立方米空壓機送氣壓管相連。
2、潛水鑽頭設有與噴導管相互咬合的限位裝置,可以上下提升。將潛水鑽頭安裝在噴導管上,開始鑽孔;打開空壓機將氣壓送到噴導管底部,可以使噴導管內的泥漿克服3~5米的水頭壓舉送到地面,從而將潛水鑽鑽進產生的掉入噴導管底部的泥土、泥漿噴送到地面泥漿沉澱池內,形成反循環(氣舉反循環示意圖見下圖)。
掏挖法地連牆施工工法
氣舉反循環示意圖
3、潛水鑽頭安裝了液壓導向系統,在管線部位開通液壓導向系統,根據管線管徑及分布情況調整鑽頭鑽進方向,鑽頭即可偏離豎直方向形成掏挖效果,從而達到管線部位成槽(潛水鑽頭工作原理示意圖見下圖)。
掏挖法地連牆施工工法
潛水鑽頭工作原理示意圖
4、地連牆的幅段及鋼筋籠結構尺寸應根據管線的實際分布情況重新設計,以滿足施工需要。管線部位的鋼筋籠採用拖拉法使之就位,管線上部的鋼筋採用栽補或植筋的方法補齊。

施工工藝

《掏挖法地連牆施工工法》的工藝流程見下圖。
掏挖法地連牆施工工法
掏挖法地連牆工藝流程圖
《掏挖法地連牆施工工法》的操作要點如下:
一、測量放線
1.根據業主提供的軸線點及水準點,採用導線測量法,各級導線網的技術指標應符合規範要求。在現場設定三個以上水準點,點間距為50~100米。
2.測量控制點要在地面埋設穩定牢固的標樁。在導牆溝兩側設可以恢復原導牆中線的標樁,以便施工過程控制導牆軸線的走向。
3.由於有地下管線穿越,為便於地下管線的保護及鋼筋籠下放的準確就位,導牆寬度比設計地連牆導牆應適當增寬,淨寬為1000毫米。導牆外邊線根據施工工藝精度外放,基坑內側邊線往外放10厘米為實際導牆內側邊線。實際軸線依次往外放,經符合準確無誤後才能開始施工,軸線偏差不大於5毫米。
二、導牆施工
1.導牆開挖
(1)根據施工圖紙,首先由測量人員定位出地連牆的設計軸線,再放出邊線控制點,用白灰放出導槽開挖線。
(2)按導槽開挖線開挖導槽,寬度、槽深均應符合導牆結構的要求。導槽開挖到槽底時預留5厘米土層進行人工清理,避免擾動導槽兩側的原狀土體,確保兩側土體的密實性。
(3)根據業主提出的管線物探圖及管線切改施工圖,在有管線的部位不得採用機械開挖,由人工銑土刨出管線,至管線底以下30厘米。測量人員將導牆範圍內刨出的管線的管徑、規格、里程、標高逐一做好記錄,並及時繪製成圖。
2.導牆施工
導牆設計為“┑┍”形現澆鋼筋混凝土結構。無管線部位導牆深度1.5米,水平翼板寬1.5米,厚度200毫米,混凝土強度等級C20,鋼筋採用Φ12@150毫米單層網片,分段澆築。由於地下管線的埋置深淺不同,因此凡涉及有管線的部位導牆深度應視現場的實際情況確定。管線埋深小於3.5米時,導牆深度為管線底標高以下50厘米,管線埋深大於。5米時,導牆深度為2米(本法導牆寬度一般比地連牆的設計寬度寬20厘米,導牆的作用是起到“護桶”作用,地連牆的定位依靠軌道進行控制)。(導牆結構示意圖見下圖)。
掏挖法地連牆施工工法
導牆結構示意圖
三、管線的槽口保護
為防止施工過程中成槽設備碰撞,損壞管道,需要對管線進行保護。導牆開挖時由人工挖至管線底30厘米,用3毫米厚鋼板焊接成截面為(D+10厘米)×(D+10厘米)(D為管線直徑)、長為1.2米的管道保護罩,兩端與導牆內主筋焊接牢固。導牆混凝土澆築完成後保護罩兩端錨固在導牆內部。用Φ16毫米鋼筋作成U形吊環,從保護罩底部上託管線,輔以5分鋼絲繩懸吊,用DN80的鋼管橫擔在導牆上,鋼絲繩上設緊張器,使鋼絲繩受力,確保吊牢管線。根據管線大小及埋深設1~2個吊點(導牆處管線保護示意圖見下圖)。
掏挖法地連牆施工工法
導牆處管線保護示意圖
四、掏挖法地下連續牆分幅
正常地連牆的槽段是4米到6米,但該工法在施工之前必須結合管線的分布情況對地連牆的幅寬進行重新調整。經過對施工中存在的問題的分析、總結,確定了掏挖法地連牆分幅原則如下:
1.為保證掏挖法地連牆成槽時間和成槽質量,掏挖法地連牆槽段長度應控制在9米以內。
2.管線間距較大的地方儘量安排正常幅段。
3.兩側地連牆槽段分幅要相對一致,以便於施工和保證施工安全。
4.為保證鑽頭的下放,以及鎖口管拔出時不會對管線造成傷害,槽段分界點距管線要保留一定的安全距離,適宜距離為1.3~1.4米。
5.為保證掏挖法地連牆與正常段地連牆接頭的處理質量,掏挖法地連牆與正常段地連牆的接頭處距管線控制在2.5~3.0米。
五、成槽施工
1.軌道鋪設
(1)內外兩根軌道垂直距離為3米,以地下連續牆的設計軸線為軌距中心線,由測量人員在導牆上定出軌道的位置。
(2)鋪設完的軌道標高相差應小於5毫米,使成槽機械能在軌道上水平移動,施工時不影響地連牆的垂直度。
(3)鋪設完的軌道中心線與地下連續牆設計軸線距離偏差不大於5毫米。
2.成槽設備的安裝及尺寸要求
(1)用吊車把成槽架平吊於軌道上,連線好鑽架、潛水鑽機、鑽頭,鑽架頂接上鋼絲繩。
(2)用經緯儀對成槽架進行檢查。使鑽機頂部的起吊滑輪、卡鑽機的攏口中心和地下連續牆軸線三者位於同一垂線。
(3)潛水鑽頭採用雙鑽,兩鑽頭相交組合尺寸應滿足地連牆的寬度,為保證鑽孔成槽寬度滿足設計要求,鑽翼設在兩個不同高度,啟動時不互相碰撞。
(4)噴導管的長度和截面尺寸是根據地下連續牆的深度和寬度而確定,為了滿足噴導管在施工中的剛度要求,採用Φ250毫米的無縫鋼管,長度應比地連牆的深度長2~3米。
3.成槽施工
(1)在單元槽段接頭處,根據地下連續牆的寬度,用正循環的方法單鑽一個導孔,作為插噴導管的先導孔。當鑽機啟動後,啟動泥漿泵,使泥漿通過泥漿管壓入孔底鑽頭處,攜帶鑽渣,再從孔底經鑽桿與孔壁之間的環行空間上流至孔口。
(2)先導孔完成後,將成槽機就位,並將噴導管插入先導孔中,採用雙鑽抱管反循環法鑽進成槽。成槽時在成槽架頭放置一個泥渣斗,啟動反循環系統和鑽機,讓鑽機沿噴導管向下鑽,鑽進過程中鑽頭切削的泥塊掉到槽底,利用氣舉反循環氣柱,將渣土隨泥漿排到渣斗里。渣土沉澱後,分流的泥漿可回流至槽內,泥漿可重複利用,但應隨時檢測重複泥漿的性能,保證質量標準。在成槽過程中,渣斗滿後隨時換空斗。當成槽架在施工過程中移動後,噴導管距離渣斗太遠時,可在噴導管與渣斗之間搭流槽,使噴出的泥漿和渣土流入斗內。
(3)當用鑽機抱管成槽完成一孔時,應將鑽機提升,使鑽頭高過未鑽的土面。同時將噴導管提升至離槽底面3~6米,而後移動成槽架,鑽另一孔。前後兩孔位置一般重疊三分之一鑽頭直徑,根據地層特點,每鑽水平進尺控制在250~350毫米內,從單元槽的一頭往另一頭移動鑽進,直至整個單元槽段鑽孔完畢。
4.修槽
(1)當單元槽段成槽完畢後拆下鑽機,換上與地下連續牆等寬度的修槽器。啟動反循環系統,修槽器上下往復運動切削槽壁上成槽過程中遺留的土體,使槽壁平整,切削掉的泥塊掉入槽底後,從噴導管噴到渣斗內。
(2)每次修槽到設計深度後,提升修槽器出槽,並提升噴導管離槽底3~6米,然後移動成槽架,繼續修槽,前後兩次修槽必須搭接10厘米以上。
(3)地下連續牆修理槽壁結束後,還應對已施工完的槽段接頭混凝土面進行清刷,清刷工具選用刷壁器。
5.泥漿配置
(1)泥漿的主要配置原料:根據地層的特點,施工泥漿以原土自然造漿為主,並適量加入膨潤土,增強泥漿護壁性能,防止槽壁局部塌方。
(2)泥漿配合比應根據地質情況現場經過試配確定,泥漿性能好壞以能滿足施工要求為準,新漿比重為1.15~1.20,施工過程中泥漿比重為1.2~1.3。
(3)成槽過程中採用沉澱法對泥漿進行回收以便重複利用,從而儘量減少泥漿排放量及對環境的污染。
6.清孔換漿
(1)槽段修理完畢後,啟動反循環系統,用噴導管對槽底沉渣進行處理。清槽從槽段的一頭往另一頭移動進行,每次移動300~400毫米,然後停留2分鐘,讓槽底的沉渣從噴導管排出。
(2)對槽底沉渣清理至少來回二遍,使沉渣厚度不大於200毫米。
(3)在對槽底清理的同時,根據槽里的泥漿情況,進行泥漿置換,置換後的泥漿比重控制在1.15~1.20。
(4)清槽換漿完畢後,用側繩對槽底深度進行測量沉渣厚度不大於200毫米。
7.安放接頭管
(1)當清槽結束後,成槽質量符合要求,即可安放接頭管。
(2)安放接頭管時,應對準地連牆的接頭中心,緩緩垂直安放。接頭管安放時,兩翼各靠一面導牆,保持垂直狀態。
(3)當接頭管需要接長時,接頭必須牢固接頭管底部必須插入槽底,在接頭管背後填入一定高度的素土,以防止灌注混凝土時,混凝土從底部及側面繞進管內。
六、鋼筋籠的加工及吊裝
1.鋼筋籠的加工
由於管線分布的間距和高程各不相同,在施工過程中,對鋼筋籠的寬度及長度要求相當嚴格,當鋼筋籠的頂比管線底的高程高時,在管線下方的鋼筋籠會對管線造成破壞,當鋼筋籠的長度過短時,在管線下方會留有較多的素混凝土,結構的安全會留有隱患。如果鋼筋籠的寬度太大,會在鋼筋籠拖拉施工中存有相當大的難度。經分析總結,鋼筋籠的頂部比管底應底30~50厘米兩段鋼筋籠之間的間隔應根據鋼筋籠端部設計的形狀確定,一般為10~20厘米。
2.鋼筋籠的吊裝
管線下鋼筋籠吊放是採用成槽鑽機配合兩台吊車80噸和50噸履帶吊車(視鋼筋籠的重量)進行吊裝,管線下方的鋼筋籠首先從沒有管線的位置下放,當鋼筋籠下放到設計深度後,再利用成槽鑽機進行鋼筋籠的拖拉,使用成槽鑽機配合兩台吊車將管線下方的鋼筋籠拖拉到指定的位置(鋼筋籠拖拉示意圖見下圖)。
掏挖法地連牆施工工法
鋼筋籠拖拉示意圖
七、混凝土灌注
掏挖法地連牆混凝土的灌注與普通地連牆相同。但對水下混凝土的灌注質量要求很高,否則會給地連牆的成品質量留下很多隱患。在管線上方的鋼筋利用插筋的方法,地連牆的混凝土澆築完成後,在混凝土初凝之前將鋼筋按圖紙的位置插入混凝土中。其他工序如:安裝導管、拔接頭管等與普通地連牆施工方法相同。

材料設備

《掏挖法地連牆施工工法》使用的主要機械見下表1、下表2。
表1 主要施工機具
序號
名稱
規格
單位
數量
備註
1
履帶吊
50噸
1
/
2
履帶吊
80噸
1
根據地連牆設計和分幅情況確定
3
潛水鑽(改制)
KQ-800
1
兩種鑽頭
4
修槽器
半圓形
/
/
端頭
5
修槽器
平壁
/
/
槽段中間
6
拔管機
/
2
/
7
電動空壓機
6立方米
2
/
8
泥漿泵
3PN
4
/
9
混凝土導管
Φ240
/
3
長34米
10
接頭管
依導牆寬度而定
/
2
長35米
11
混凝土灌注架
/
3
/
表2 潛水鑽頭型號及參數表
型號
KQ-800(改裝)
鑽孔直徑
單個:400毫米
兩個組合:800毫米
潛水電機轉速
90轉/分鐘
主軸轉速
200轉/分鐘
液壓千斤頂能力
400千牛
主機最大扭矩
1200N·米
鑽頭質量
600千克
潛水電機功率
22千瓦
鑽孔深度
0~80米

質量控制

《掏挖法地連牆施工工法》的質量控制要求如下:
一、掏挖法地下連續牆質量檢驗標準
施工質量標準滿足《地下鐵道工程施工及驗收規範》[GB 50299—1999(2003年版)]要求。
二、施工過程質量控制措施
1、鑽進過程中如發現傾斜、塌孔時,應停鑽並採取相應的措施後方能開鑽,必要的時候回填黏土再鑽。當單孔深度達到設計深度後,關掉鑽機和泥漿泵,提升鑽機。
2、由於有穿越管線的特點,需在導牆上用明顯的標誌標明管線的寬度、鑽機移動範圍的極限邊界,並在鑽桿上標明提鑽、下鑽、平移的高度位置,施工時由專人全程隨機旁站監測。施工過程為先在管線兩邊成孔,然後向管線方向平移10~20厘米,讓鑽機鑽頭逐步進入管線下面,往下鑽進,直至一個或兩個鑽機進入管線下,將地下連續牆連成一個整體。
3、成槽過程中,槽內泥漿面必須高出地下水位50厘米以上,同時不得低於導牆頂面50厘米。泥漿比重控制在1.1~1.3左右。
4、成孔過程中,應隨時用線捶對吊鑽機的鋼絲繩和噴導管進行測試檢查,垂直度符合規範和有關檔案的要求。如果不能保證時,應調整噴導管的垂直度,因為噴導管起著垂直導向的作用,直接控制著地連牆的垂直度。
5、鋼筋籠在調運和入槽過程中,不應產生不可恢復的變形,決不可以強行衝擊入槽。

安全措施

採用《掏挖法地連牆施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
1、施工所用的材料,構件等必須在有檢驗的依據方可套用,如鋼絲繩、零部件的臨時設施與構件要有足夠的安全係數,施工過程中必須定期進行檢驗。
2、所有的操作人員必須定崗、定人、定位操作,嚴禁擅自動用各種機器設備及串崗操作。
3、加強對地表建築物及管線的監測,確保臨近建築物及管線的安全。
4、該工法對起重吊裝技術要求很高,需要兩台吊車相互配合進行施工。在施工之前技術人員必須對吊車司機進行技術交底,了解施工過程和吊裝程式。
5、起重人員必須持證上崗,在施工過程中吊車司機一定要聽從指揮。
6、該工法涉及很多需要改制的設備,在改制完成後,需經專業技術人員檢查驗收,合格後方可施工。

環保措施

《掏挖法地連牆施工工法》的環保措施如下:
1、施工期間噪聲滿足《建築施工場界噪聲限值》GB 12523—90要求,對設備進行保養維修,降低設備自身的施工噪聲,施工過程中各種設備輕拿輕放,避免噪聲污染。
2、成槽施工時在周邊用圍擋或彩條布擋住外濺的泥漿,防止導噴管內的泥漿污染周邊環境。施工過程中在導牆外側用堆土做成臨時擋牆,防止槽內泥漿外流,污染施工現場。

效益分析

《掏挖法地連牆施工工法》的效益分析如下:
在改革開放以來,中國科學技術不斷進步,地下工程的發展速度也是前所未有,但是對於不進行管線切改,在管線存在的情況下進行地下工程的施工的研究卻很少。該工法在工程實踐中的套用取得了社會效益和經濟效益。
1、社會方面:在地下工程的建設當中涉及到很多的管線問題,如果對管線進行切改,將會在相當長的時間內給當地的居民及單位造成斷水、斷電及斷氣等問題。利用本法施工不僅節省了施工工期,同時也避免了因管線切改給周圍居民帶來的生活不便。
2、經濟方面:在該工程的施工中如果對管線進行切改,在施工完成後還要將管線進行回遷。反覆切改給工程本身帶來了較多的切改費用。經與相關管線單位的結合,利用本法可節省1/3的切改費用。該工法可操作性強,套用範圍廣,推廣前景廣闊。

套用實例

《掏挖法地連牆施工工法》的套用實例如下:
津濱輕軌中山門西段SZp標段工程位於天津市河東區七經路與九經路之間六緯路沿線上。該工程採用明挖順做法施工,圍護結構採用800毫米厚地下連續牆,地連牆深33米。由於工程位於市區,地下管線比較複雜,且管線較多,開工伊始影響該工程的順線路方向的管線已基本切改完畢,但是還有九條橫過路管線未切改,其中八條是地下管線,一條高架熱力管線。利用本法確定的幾項分幅原則,對原槽段重新進行了調整(管線及分幅情況見下圖),滿足了該工法的施工需要。經基坑開挖證明,該段地連牆質量滿足規範要求,基坑開挖過程中未出現大面積的滲水漏水情況,施工質量得到了保證,該法在這個工程的套用充分證實了工法的實用性和可行性。
掏挖法地連牆施工工法
掏挖法地連牆分幅及鋼筋分段示意圖

榮譽表彰

2008年1月31日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》,《掏挖法地連牆施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。

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