上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法
【专利摘要】本发明提供了一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，该方法具体步骤：第一步、成槽区域钻孔取芯，确定岩面性状；第二步、测量放样标定导墙位置；第三步、导墙施工，确定冲孔孔位分布；第四步、钻设导孔，安装导杆；第五步、重锤冲岩，成槽机抓取碎岩；第六步、方锤刷壁，连孔成槽；第七步、清理槽底，成槽施工完成。本发明的施工方法克服了不安全和不稳定因素及施工进度缓慢、成槽质量较差等缺点和不足，实现微风化石灰岩中的有效、低成本、高精度成槽施工；本发明施工效果好、成槽速度快、施工工序简便、工程周期大大缩减。
【专利说明】上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑、水利、交通、环境等地下工程领域中的施工技术，具体地，涉及一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着我国城市建设的不断深入，地下铁道的修建在各大城市展开。由于各城市所处的地理环境与地层分布的不同，需要在各种地质条件下修筑地下连续墙。地下连续墙施工工艺在我国砂土、粘性土、冲填土等软土地层中得到了全面发展与广泛应用。然而在上覆砂土微风化岩这种上软下硬地层中修建地下连续墙，仍然存在着多方面的技术困难与不足。
[0003]传统的成槽机具在上软下硬的复杂岩土层中适应性差，施工速度极为缓慢，成槽质量难以保证，施工过程呈现效率低、造价高的不利局面；且由于下伏微风化岩层的岩面起伏变化，利用传统施工方法成槽时，垂直精度无法保证。即使配备最先进的成槽机具，施工过程中成槽机也会沿岩面的倾斜方向发生滑移，影响成槽施工的顺利进行，难以保证地下连续墙的施工质量。
[0004]对现有的技术文献进行检索后发现，专利申请号为200910095733.7，发明名称:嵌岩地下连续墙冲孔槽段施工方法，以及专利申请号为201210054985.7，发明名称:用于上软下硬土层的超深T形槽壁桩及其成槽施工方法，这些文献虽然提到了类似地层结构中成槽施工的一些改进措施，如通过“钻抓结合”成槽和采用水下注浆技术保证墙体防水性等优化方法；但是均未能提出成槽机具遭遇倾斜岩面后产生滑移的有效解决方案，也无法保证较高的成槽垂直精度。这些问题的存在，给上覆砂土微风化石灰岩中的成槽施工带来了极大的麻烦，严重影响到了地下连续墙工程的施工质量与工期。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，该方法克服了上述技术背景中存在的不安全和不稳定因素及施工进度缓慢、成槽质量较差等缺点和不足，实现微风化岩中的有效低成本高精度成槽施工。
[0006]为实现以上目的，本发明提供一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，所述施工方法包含如下步骤:
[0007]第一步、成槽区域钻孔取芯，确定岩面性状；
[0008]优选地，所述钻孔取芯是根据待成槽区域大小布设测试孔位，分别钻探至成槽施工所需的深度取出岩芯，并根据成槽区域大小和规范确定钻孔的数量和间距，测试孔位沿地下连续墙中轴线的两侧交错布置。
[0009]优选地，所述岩面性状是通过钻孔取芯确定成槽施工区域的岩面深度与待挖厚度，确定岩石结构面与钻孔弯曲方向或地球磁北方向之间关系，测得钻孔弯曲参数即顶角、方位角，然后利用矿物微区测试技术，根据受应力作用岩石的组构类型或干涉色对比和产生的应力矿物特征，推测出结构面的应力性质，确定岩石结构面产状和岩石强度范围。
[0010]所述顶角是钻孔在其各测点处倾斜方向的垂直平面上偏离铅垂线的角度，其测量是利用地球重力场，以铅垂线为基准，采用液面水平、悬锤的方法测定。
[0011]所述方位角即钻孔水平投影偏离磁北方向的角度，水平面上的钻孔轴线上某点切线方向与地球磁北方向的夹角，其测量原理是利用地球磁场，以地球磁子午线为定向基准，用磁罗盘测量。
[0012]所述岩石结构面是具有一定形态而且普遍存在的地质构造迹象的岩石平面或曲面，其按力学性质不同分为挤压面、张裂面、扭裂面、压扭面、张扭面五种结构面性状。
[0013]所述矿物微区测试是在矿物微小区域内即数微米以下直接分析研究应力矿物及其物理和化学性质改变、矿物表面形态、结构特征的一类专门技术，目前普遍使用电离子探针、激光探针、扫描电子显微镜、分析电子显微镜等仪器来进行矿物微区测试。本发明采用离子探针法对取出岩芯进行微量元素和同位素测试分析岩体的矿物组成，从而得到岩层的类别、温度、应力状态和结构面产状。
[0014]所述岩石强度范围是石灰岩的抗压强度范围，由于石灰岩为脆性材料，其强度检测以抗压强度为主，抗剪强度由抗压强度除以sin45°换算得到。
[0015]第二步、测量放样标定导墙位置:平整场地，清除地面障碍物，然后在待施工导墙两端位置布设平面与高程控制点，根据施工设计图纸、场地加密控制点间距及导墙外放情况，计算确定导墙中线坐标；再利用全站仪的坐标外放功能现场打标志桩拉通，标定导墙中线和开挖边线实际位置，在开挖边线处撒白石灰成线，导墙测量放样完成。
[0016]优选地，所述标志桩为桩身长Im的楔形尖木桩，采用普通桩锤在指定位置人工锤击至入土深度为400mm左右。
[0017]第三步、导墙施工，确定冲孔孔位分布:施工导墙，导墙验收合格后，测定地下连续墙平行于导墙的中轴线，按地下连续墙厚度确定冲孔直径d，划分主冲孔孔位，圆心沿地下连续墙的中轴线分布，相邻主孔位的圆心距设为1.5d ;然后以相邻主孔位中心连线的中点为圆心，划分副冲孔孔位。
[0018]优选地，所述导墙施工，具体包括:开挖导墙沟槽，钢筋笼绑扎并下放，然后树立模板，待钢筋笼与模板验收合格后浇捣混凝土 ；所述导墙施工分段进行，分段长度根据模板长度和规范确定控制在30?50m范围内。
[0019]第四步、钻设导孔，安装导杆:采用旋挖钻机在主冲孔孔心处施工竖向导孔，钻入钢导杆，作为主引导杆；随后在副冲孔孔心处施工安装副引导杆，施工方法与主引导杆相同。
[0020]优选地，所述导孔的初始钻孔深度即为初始设计孔深，随后随着冲岩进度，钻孔深度逐步下移；导孔的直径大于引导杆直径，直径增量大小以保证引导杆能够顺利插入且不致滑脱；所述初始设计孔深即为上覆土层厚度加上导杆入岩深度的总和。
[0021]优选地，所述引导杆为分节式钢导杆，单根导杆间用螺纹连接，引导杆直径由稳定性验算确定；地下连续墙表面以上的引导杆长度大于重锤提升高度；引导杆的底端埋入待冲击岩面以下，并随着冲岩进度逐步下移，保持引导杆入岩深度在安全范围以内。
[0022]更优选地，所述稳定性验算，按如下公式计算引导杆最小直径dmin:
【权利要求】
1.一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，所述施工方法包含如下步骤: 第一步，成槽区域钻孔取芯，确定岩面性状； 第二步、测量放样标定导墙位置:平整场地，清除地面障碍物，然后在待施工导墙两端位置布设平面与高程控制点，根据施工设计图纸、场地加密控制点间距及导墙外放情况，计算确定导墙中线坐标；再利用全站仪的坐标外放功能现场打标志桩拉通，标定导墙中线和开挖边线实际位置，在开挖边线处撒白石灰成线，导墙测量放样完成； 第三步、导墙施工，确定冲孔孔位分布:施工导墙，导墙验收合格后，测定地下连续墙平行于导墙的中轴线，按地下连续墙厚度确定冲孔直径d，划分主冲孔孔位，圆心沿地下连续墙的中轴线分布，相邻主孔位的圆心距设为1.5d ;然后以相邻主孔位中心连线的中点为圆心，划分副冲孔孔位； 第四步、钻设导孔，安装导杆:采用旋挖钻机在主冲孔孔心处施工竖向导孔，钻入钢导杆，作为主引导杆；随后在副冲孔孔心处施工安装副引导杆，施工方法与主引导杆相同；第五步、重锤冲岩，成槽机抓取碎岩:提升重锤，依据所确定的冲孔孔位，将重锤轴心孔对准引导杆穿入，随后沿引导杆方向用重锤锤击岩面，每一锤击进尺施工完成后立即用成槽机挖出碎岩；本步骤施工顺序为由两侧向中间、先主冲孔后副冲孔； 第六步、方锤刷壁，连孔成槽:在主副冲孔中心连线的中点处，用方锤清扫主副冲孔交界处的槽壁残余突出岩梗，连孔成槽； 第七步、清理槽底，成槽施工完成。
2.根据权利要求1所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第一步中: 所述钻孔取芯是根据待成槽区域大小布设测试孔位，分别钻探至成槽施工所需的深度取出岩芯，并根据成槽区域大小和规范确定钻孔的数量和间距，测试孔位沿地下连续墙中轴线的两侧交错布置； 所述岩面性状是通过钻孔取芯确定成槽施工区域的岩面深度与待挖厚度，确定岩石结构面与钻孔弯曲方向或地球磁北方向之间关系，测得钻孔弯曲参数即顶角、方位角，然后利用矿物微区测试技术，根据受应力作用岩石的组构类型或干涉色对比和产生的应力矿物特征，推测出结构面的应力性质，确定岩石结构面产状和岩石强度范围。
3.根据权利要求2所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于: 所述顶角即钻孔在其各测点处倾斜方向的垂直平面上偏离铅垂线的角度，其测量是利用地球重力场，以铅垂线为基准，采用液面水平、悬锤的方法测定； 所述方位角即钻孔水平投影偏离磁北方向的角度，水平面上的钻孔轴线上某点切线方向与地球磁北方向的夹角，其测量原理是利用地球磁场，以地球磁子午线为定向基准，用磁罗盘测量； 所述矿物微区测试是采用离子探针法对取出岩芯进行微量元素和同位素测试分析岩体的矿物组成，从而得到岩层的类别、温度、应力状态和结构面产状； 所述岩石强度范围是石灰岩的抗压强度范围，石灰岩为脆性材料，其强度检测以抗压强度为主，抗剪强度由抗压强度除以sin45°换算得到。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第二步中:所述标志桩为桩身长Im的楔形尖木桩，采用普通桩锤在指定位置人工锤击至入土深度为400_。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第三步中:所述导墙施工具体包括:开挖导墙沟槽，钢筋笼绑扎并下放，然后树立模板，待钢筋笼与模板验收合格后浇捣混凝土 ；所述导墙施工分段进行，分段长度根据模板长度和规范确定控制在30?50m范围内。
6.根据权利要求1所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第四步中: 所述导孔的初始钻孔深度即为初始设计孔深，随后随着冲岩进度，钻孔深度逐步下移；导孔的直径大于引导杆直径，直径增量大小以保证引导杆能够顺利插入且不致滑脱；所述初始设计孔深即为上覆土层厚度加上导杆入岩深度的总和。
7.根据权利要求1或6所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第四步中: 所述引导杆为分节式钢导杆，单根导杆间用螺纹连接，引导杆直径由稳定性验算确定；地下连续墙表面以上的引导杆长度大于重锤提升高度；引导杆的底端埋入待冲击岩面以下，并随着冲岩进度逐步下移，保持引导杆入岩深度在安全范围以内。
8.根据权利要求7所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，所述稳定性验算，按如下公式计算引导杆最小直径dmin:
9.根据权利要求7所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，所述引导杆入岩深度由结构计算确定，依据第一步中所测得岩石强度，并结合引导杆及重锤质量，确保可固定引导杆不致歪斜或滑脱。
10.根据权利要求1所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，第五步中:所述重锤的质量m通过对岩层强度做冲切验算确定；所述重锤的锤底直径即为冲孔孔径；所述重锤的轴心处中空构造，轴心孔孔径大于引导杆直径，用来插入引导杆以保证其垂直度。
11.根据权利要求1或10所述的一种上覆砂土微风化石灰岩中地下连续墙的有效成槽施工方法，其特征在于，所述重锤的锤身为十字圆台体，所述重锤的锤底设置合金齿，所述合金齿按十字雪花状分布。
【文档编号】E02D5/18GK103437341SQ201310322485
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】郭银波, 朱小藻, 高宪民, 李辉, 沈水龙, 许烨霜, 吴双武, 范志高, 周洪东, 李晓亮, 刘锐, 苏周勃, 孙国辉, 刘启政, 顾长明, 吴玮 申请人:中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司, 上海交通大学