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《渠式切割水泥土连续墙技术规程》条文说明

TRD工法 2018年9月12日 项敏 196

中华人民共和国行业标准

渠式切割水泥土连续墙技术规程

JGJ/T 303-2013

条文说明

制订说明

    《渠式切割水泥土连续墙技术规程》JGJ/T 303-2013经住房和城乡建设部2013年7月26日以第87号公告批准、发布。
    本规程编制过程中,编制组进行了广泛的调查研究,总结了我国工程建设中渠式切割水泥土连续墙的实践经验,同时参考了国外先进技术法规、技术标准,通过工程实测和室内外试验取得了渠式切割水泥土连续墙设计施工的重要技术参数。
    为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定,《渠式切割水泥土连续墙技术规程》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是,本条文说明不具备与规程正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握规程规定的参考。



1 总 则

1.0.1 渠式切割水泥土连续墙技术是从日本引进,经国内消化、改进后发展起来。该技术通过链状刀具的横向移动、刀具链条上刀头对地基土的切割开挖,同时垂直方向上进行固化液与切割地基土的混合与搅拌,形成墙壁状的固化体地下连续墙。与三轴水泥土搅拌桩和混凝土地下连续墙技术相比,主要具有如下的优点:
    1 施工设备稳定性好。通过低重心设计,机械设备高度控制在10m左右,施工安全性高。
    2 高精度施工。自身携带多段式测斜系统,可以在水平方向和垂直方向进行高精度的施工。
    3 突出的开挖能力和经济性。对于坚硬地基(砂砾、泥岩、软岩等)具有较高的切割能力,可以大大缩短工期、减少工程造价。
    4 垂直方向均匀的质量。在垂直方向进行整体的混合与搅拌,即使对于性质存在差异的成层地基也能够在深度方向形成强度较高的均质墙体。
    5 墙体的连续性。墙体整体性好,连续性强,施工缝少,止水性能优异。
    6 墙体芯材间距可任意设定。由于墙体等厚,芯材可以以任意间距插入。
    7 施工过程的噪声、振动小,环境影响小。
    为使渠式切割水泥土连续墙技术的设计、施工与质量检验规范化,做到安全可靠、经济合理、确保质量、保护环境,促进建筑业新技术应用,制定本规程。

1.0.2 渠式切割水泥土连续墙技术普遍应用于建筑或市政基坑工程中的挡土结构和截水帷幕;用于挡土结构时,需要在成墙施工过程同时插入芯材,以保证墙体抗弯、抗剪性能满足要求。

1.0.4 本规程仅涉及渠式切割水泥土连续墙的相关技术要求,与之相配套的其他分项工程技术要求应按相应的国家、行业标准执行。



3  基本规定

3.0.1 在国内应用渠式切割水泥土连续墙的工程中,涉及的土层包括杂填土、流塑的淤泥质黏土、粉质黏土、粉土、N值平均72击的粉细砂层。 

    该技术曾成功应用于切割混有直径800mm砾石的卵石层,以及单轴抗压强度约5MPa左右的基岩,但是在这些情况下,施工速度变得极其缓慢,并且刀头磨损严重。因此,在实施前应进行试验施工,以便对施工速度和刀头磨损进行确认。
    对于在冰点下寒冷地区施工的情况,当水泥土暴露在外界时,冻融会导致水泥土表面崩解。该现象在白天温度上升、夜间降温到冰点以下的部位易产生,因此,需要在水泥土表面覆盖养护。
    当遇到地下障碍物较多时,应充分了解障碍物的分布、特性以及对施工的影响,区分对待。

3.0.2 由于成墙深度大、地层适应性强、连续性及均匀性好等特点,渠式切割水泥土连续墙具有优异的防渗、止水性能。在国内外的实践中,常用来作为基坑的截水帷幕和水利大坝的防渗墙,部分工程利用渠式切割水泥土连续墙阻隔深层承压水,取得较好的效果。 
    由于水泥土强度低,抗弯及抗剪性能差,因此用于支护结构时,需要在墙体内插入芯材,并结合内支撑或锚杆等措施改善支护结构的受力性能。

3.0.3 渠式切割水泥土连续墙用于支护结构时,其设计计算方法及安全度要求与其他类似形式的支护结构相同,应满足现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的相关规定。
    由于墙厚及水泥土强度限制,渠式切割水泥土连续墙内插型钢后形成的围护体刚度主要取决于内插型钢,渠式切割型钢水泥土连续墙适用的基坑开挖深度在很大程度上取决于型钢刚度。为增加渠式切割型钢水泥土连续墙的应用范围,可对现有的H型钢进行改进,使H型钢能连续紧密的排列,相邻桩之间以特定的企口相连,形成连续的箱形结构,在增大结构刚度的同时,进一步改善了墙体止水性能。国外已有类似的实践,并在部分工程实施了“两墙合一”,即利用改进后的渠式切割型钢水泥土连续墙直接作为永久结构的地下室外墙。
    当渠式切割水泥土连续墙仅用于截水帷幕时,适用的开挖深 度往往取决于选用的支护结构刚度。
    表1给出了国内渠式切割水泥土连续墙应用的几个典型工程案例。

表1 渠式切割水泥土连续墙应用典型工程案例
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3.0.4 芯材采用型钢时一般考虑回收后重复利用,当施工工期长或回收有困难时,采用混凝土预制构件作为芯材的技术经济优势较为明显。

3.0.5 由于地基土层及地下水存在较大的不确定性,切割液、固化液的配合比及应用效果应经试成墙验证和改进。对环境复杂、场地紧张、地面荷载大的工程,开放长度的确定也应通过试成墙,以确保施工过程槽壁的稳定和周边环境的安全。
    试成墙的主要目的包括以下3个方面:
    1 确定施工机械。在一些特殊地层,如深厚卵石层、风化岩层等,水泥土连续墙的质量控制在很大程度上取决于渠式切割机性能能否满足要求。 
    2 确定施工工艺。施工工艺应根据地层条件合理采用,如在黏性土地层,刀具链条旋转、刀头切割搅拌土体过程中,黏土容易依附刀头表面,影响土体的切割和搅拌效果,影响施工速度。因此,应采取措施减少或避免黏土依附。在较硬地层,切割搅拌过程中链状刀具较易产生偏位,可通过试成墙,确定切割的方式和步进速度。 
    3 确定施工参数。根据土层情况,通过试成墙确定水泥土的配合比、水泥用量。如在地下水位高、渗透性能强且地下水流急的地层中,合理确定膨润土的用量等。

3.0.7 渠式切割水泥土连续墙有在周边环境条件特别复杂的条件下应用成功的实例,由于周边建筑物保护要求高,施工全过程进行了监测,并根据监测结果及时调整施工部署和施工参数,最终达到了周边建筑物的沉降几乎没有发展的目的,成功地保证了周边环境安全和正常使用。因此,施工过程的监测非常重要。


4 设  计

4.1 一般规定

4.1.2 渠式切割机就位后,在直线段连续施工的效率较高,质量也容易控制;在转角位置,一般需要拔起并拆除刀具,转向后重新就位,费时费力;当转角很多,或圆弧段的曲率半径小于60m时,建议采用其他工法。

4.1.3 目前渠式切割机主要有三种类型: Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。不同机型的成墙深度和墙体厚度可按表2选取。

表2 不同机型的成墙深度和墙体厚度

机型 深度(m) 墙体厚度(mm)
Ⅰ型 20 450~550 
Ⅱ型 35 550~700 
Ⅲ型 50 550~850 

    目前工程中Ⅲ型使用最为普遍,Ⅰ型基本不用。实际工程中施工50m深度以上的墙体时,难度大、质量控制难、机械损耗严重,因此本规程建议成墙深度不宜超过50m,当超过50m时,应采用性能优异的机械和由经验丰富的施工班组施工,且通过试验确定施工工艺、施工参数。 
    工程中常用的墙体厚度为550mm、700mm和850mm,当工程中需要采用其他规格的墙体厚度时,应在550mm~850mm之间按50mm的模数选取。

4.1.4 水泥土的技术要求主要包括下列两个方面:
    1 水泥土配比的常规技术要求如下:
        (1)合理确定水泥浆水灰比,水灰比可根据土层条件取1.0~2.0,对含水量较高的淤泥和淤泥质土,水灰比宜取较低值;当渠式切割水泥土连续墙仅用作截水帷幕时,水灰比取值宜适当降低。
        (2)水泥土28d的无侧限抗压强度需满足设计要求。
        (3)当需要插入型钢时,在确保水泥土强度的同时,尽量使型钢靠自重插入,或略微借助外力,就能使型钢顺利插入到位,水灰比可根据土层条件取1.5~2.0,常取1.5;型钢需要回收时,水泥土与涂有减摩剂的型钢之间应具有良好的握裹力,确保整体受力性能满足要求,并创造良好的型钢回收条件,使型钢拔除时,水泥土能够自立不坍塌,便于充填空隙。
    我国的应用实践表明,软土地基上的水泥掺量可适当加大,土体的有机质含量较高时,可掺加针对有机质的外加剂,以保证水泥土的强度满足要求;对黏性土地基,可适量掺加促进流动性、缓和胶状化的外加剂(流动化剂);当需要延迟固化液混合泥浆的凝结,减少废泥土的产生时,可适量掺加延迟硬化、降低胶状化体强度的外加剂(缓凝剂)。
    2 水泥土的强度影响因素主要有:土质条件、水泥掺入量、水泥强度等级、龄期、外加剂等。
        (1)土质条件
        在水泥掺量相同的情况下,软土地基中形成的水泥土强度低,粉土地基中形成的水泥土强度高。
        根据国内现有工程的统计资料,渠式切割水泥土连续墙28d龄期的最低强度指标约0.8MPa;粉土地基现场取芯的水泥土强度普遍较高,但离散性较大,水泥土28d龄期的强度一般在0.98MPa~2.37MPa。 
        (2)水泥掺入比 
        水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大,当水泥掺量低于5%时,水泥与土的化学反应微弱,土的强度改善不明显。由于渠式切割水泥连续墙一般用于重要的深大基坑工程,为确保质量,水泥掺量不宜小于20%。当墙体深度深、水文地质条件复杂时,水泥掺量应适当加大;在已完成的工程项目中,部分工程的水泥掺量达到25%~27%。实际应用中的具体水泥掺量应通过试成墙确定。
        (3)水泥强度等级
        当水泥土配比相同时,水泥土的强度随水泥强度等级的提高而增大。
        (4)龄期
        水泥土的强度随着龄期增大而增大,在龄期超过28d后,强度仍有明显的增加,一般以90d的强度作为水泥土的标准强度。
        (5)其他
        水泥土的强度还与外加剂的掺量、养护条件、地基土的含水量等有关。

4.1.5 渠式切割水泥土连续墙的重要功能之一是截水帷幕,因此抗渗性能是检验的重要指标。实际工程中影响水泥土渗透性能的因素主要包括: 
    1 切割液及固化液的合理配比;
    2 切割及搅拌的充分性和均匀性;
    3 基坑开挖过程中,合理控制基坑变形,保证水泥土在工作状态下的截水效果。


4.2 设计计算

Ⅰ 渠式切割型钢水泥土连续墙

4.2.1 渠式切割型钢水泥土连续墙结合内支撑或预应力锚索(锚杆)支护时的设计计算内容与一般支挡式结构的内容基本一致。根据其特点,主要增加了型钢之间的水泥土应力分析和型钢起拔计算等内容。

4.2.2 型钢的插入深度应满足基坑的稳定及变形要求,并应分析型钢回收的施工可行性;抗管涌稳定性分析应按水泥土连续墙的深度进行。
    型钢的插入深度计算时不应计入型钢端部以下水泥土连续墙的作用。因为型钢端部的水泥土强度低,不能起嵌固作用,插入深度应按型钢的实际插入深度计算;型钢的长度确定时也要综合考虑现有的施工水平,包括渠式切割水泥土连续墙的施工能力及回收装置的起拔能力等。

4.2.4 型钢的最大间距控制主要是保证型钢之间水泥土的拱效应成立,避免水泥土出现拉应力,此时只需要验算中间土的抗压和抗剪性能。 

4.2.5 试验及理论分析结果表明,水泥土对型钢的约束作用对型钢水泥土连续墙的刚度及稳定性具有重要作用,基坑变形较小、水泥土质量比较有保证时,水泥土对型钢水泥土连续墙整体刚度的贡献更为明显。计算分析时,作用在型钢水泥土连续墙的弯矩全部由型钢承担,而不考虑水泥土的作用,主要是基于下列因素考虑:
    1 我国已经完成的渠式切割型钢水泥土连续墙项目中,型钢基本按回收利用考虑。为满足型钢回收需要,型钢表而需要涂刷减摩剂以降低型钢与水泥土之间的黏结力,这对型钢与水泥土的共同作用有不利影响。 
    2 工程实践表明,基坑开挖时,型钢迎坑面的水泥土难以保留,型钢表面常常处于直接暴露状态;在承载能力极限状态下,水泥土将出现开裂、破坏等现象,刚度明显下降。
    3 由于型钢的弹性模量远远大于水泥土,尽管水泥土的截面积较大,型钢的抗弯刚度与水泥土的抗弯刚度仍然相差很大,可以不计水泥土的作用。

4.2.7 应合理控制内插型钢的应力水平,根据已有的工程经验,型钢应力不宜超过其强度设计值的70%。这条规定主要是基于如下考虑:
    1 基坑开挖时如渠式切割型钢水泥土连续墙中内插型钢的应力水平过高,水泥土将进入开裂状态,裂缝深度的大小取决于型钢的应力水平,因此应合理控制内插型钢的应力水平,使水泥土开裂后的有效厚度满足抗渗要求(图1);

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图1 某工程型钢水泥土连续墙墙身弯矩与裂缝深度的关系(墙厚850mm) 

W1-裂缝深度(m);M-弯矩(kN·m/m)

    2 工程应用实践表明,当型钢应力水平过高及周边水泥土约束不强时,型钢翼缘及腹板产生局部屈曲,影响整体承载性能; 
    3 便于型钢回收和重复利用。

4.2.9 通过型钢起拔力计算可以评估型钢的回收难度,为回收施工技术措施的确定提供依据。经对我国多个实际工程的试算及反分析,得到了附录A提供的起拔力计算公式及经验参数,实际应用时应结合工程经验、工程特点及型钢状况对计算结果合理修正。

Ⅱ 截水帷幕

4.2.10 当采用钻孔灌注桩等其他桩型作为围护桩,渠式切割水泥土连续墙作为截水帷幕时,应采取措施保证二者的协同作用。以围护桩采用钻孔灌注桩为例,宜首先施工渠式切割水泥土连续墙,然后跟进施工钻孔灌注桩,使渠式切割水泥土连续墙紧贴围护桩。此时应合理控制两种桩型施工之间的时间差,避免因水泥 土强度过高而导致钻孔桩施工时桩周介质强度严重不均匀,进而影响钻孔桩的正常施工及施工质量。如果首先施工钻孔灌注桩,由于钻孔灌注桩常存在扩颈、垂直度偏差等现象,渠式切割水泥土连续墙一般需与灌注桩保留100mm~200mm的净距方可施工,此时应采取高压旋喷或注浆等手段加固水泥土连续墙与钻孔桩之间的土体。

4.2.11 渠式切割水泥土连续墙作为截水帷幕在工程应用中存在下列4种情况:
    1 仅用于截断浅层潜水,帷幕底部进入相对不透水层。此时坑内降水基本不影响坑外水位。 
    2 潜水深度大,帷幕没有完全将之截断。此时帷幕首先需要满足坑底土体的抗管涌要求,同时应考虑坑内降水引起的坑外水位下降,通过渗流分析及坑外水位控制要求确定帷幕深度。
    3 用于截断深层承压水,帷幕底部进入承压水层以下的相对不透水层,解决了深层承压水可能引起的坑底土体突涌问题。
    4 帷幕进入承压水层一定深度,但没有截断承压水层。此时应结合坑内减压井的设置和帷幕的实际深度,进行降水分析,完善承压水处理方案,保证坑底土体的抗突涌稳定满足要求。

Ⅲ 其他支护结构 

4.2.13 当型钢插入密度较大,渠式切割型钢水泥土连续墙的刚度有保证时,也可将土钉视为地基加固措施,根据提高后的土性指标按悬臂支护结构分析型钢水泥土连续墙的内力及变形。


4.3 构造要求

4.3.2 基坑转角处设置一根型钢可改善渠式切割型钢水泥土连续墙的整体受力效果,便于腰梁与墙体的连接。对某些空间效应较弱的平面形状变化处,如基坑阳角,通过加大型钢插入密度可有效提高该部位围护体的刚度和强度,改善围护体系整体受力性能。

4.3.3 型钢顶部高出冠梁顶部500mm以上是基于型钢的回收需要;型钢顶部超出地面会影响基坑周边的场地利用,应尽量避免。在出土口范围,型钢顶部应采取可靠的保护措施,避免因重车反复碾压损伤型钢。
    当型钢不考虑回收时,冠梁设计同普通的围护桩顶部冠梁,型钢顶部可直接锚入冠梁一定深度或通过焊接附加钢筋的形式锚入冠梁,冠梁的箍筋如遇到型钢可直接焊接在型钢上。型钢表面不需要涂刷减摩剂,型钢与冠梁之间也不需要设置隔离材料。

4.3.4 渠式切割型钢水泥土连续墙围护体系的造价与施工工期关系较大,工期越长,型钢的租赁费用越高。因此为节省工期,提高施工工效,与钢结构腰梁及支撑配套使用较多。
    钢腰梁的拼接应按照等强度、等刚度连接的原则,根据钢腰梁现场拼接的施工特点,对内外侧拼接处的缀板及焊接等提出具体明确的要求。曾有工程在腰梁施工时,为图方便而没有对各段腰梁交接处进行有效连接,致使支撑体系的整体性差,基坑变形过大而产生险情。
    施工过程中,水泥土连续墙、内插型钢存在定位和垂直度偏差,型钢表面的水泥土保护层也常常剥落,因此腰梁与墙体之间常常存在一定的空隙,如不采用可靠的材料填实,将直接影响围护体系的整体受力性能。

4.3.5 型钢如需回收,为保证型钢的正常回收,型钢与冠梁需采取隔离措施,当竖向斜撑支撑在冠梁上时,如不设置竖向抗剪构件,冠梁可能会在支撑力作用下向上位移,影响支撑的效果,且可能造成内插型钢与冠梁交接处的节点破坏。

4.3.7 对于拟考虑型钢回收的项目,应预先分析型钢回收的场地及环境条件,考虑型钢回收的技术路线、吊车停靠位置等。
    换撑构件如与型钢焊接,型钢侧向受到约束而增加起拔难度,影响型钢的回收,因此换撑构件不应与型钢焊接,并按悬臂构件设计。
    型钢回收起拔时,渠式切割水泥土连续墙的墙体会受到较大影响,防渗截水帷幕的功能难以保证。因此,在渗透性较强的地层中,型钢拔出前应评估型钢拔出后的地下水状态,确保地下室及周边环境的安全和正常使用,有条件时宜在水泥土连续墙内外的水头基本齐平后回收型钢。


5 施  工

5.1 一般规定

5.1.1 施工前应收集如下资料:
    1 施工区域的地形、地质、气象和水文资料;
    2 邻近建筑物、地下管线、轨道交通设施和地下障碍物等相关资料;
    3 测量基线和水准点资料;
    4 环境保护的有关规定。
    以此为基础查明障碍物的种类、分布范围及深度,必要时用小螺钻、原位测试和物探手段查明。对于重要工程,也可针对围护结构的施工范围进行施工勘察。对于浅层障碍物,宜全部清除后回填素土,然后进行渠式切割水泥土连续墙的施工;对于较深障碍物,尽量清障。当场地紧张,周边环境恶劣,障碍物较深、较多不具备清障条件时,强行施工将造成刀具卡链、刀具系统损坏以及埋入,刀具立柱无法上提等现象,严重损伤机械设备并造成经济损失。因此,该种情况下不应采用渠式切割水泥土连续墙。
    进行现场勘察时需整理、核对勘察内容,表3为现场勘察项目实例。

表3 现场勘察项目实例
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5.1.2 施工组织方案除了包括工期、施工设备的配置、主要材料与数量、施工顺序、人员组织、场地布置、质量控制及安全、环保措施外,还应包括下列内容:
    1 渠式切割机的施工操作规定。该规定应根据设备性能、地质条件和施工要求制定,包括:设备操作步骤和要点、主要施工参数的控制方法、步进距离、刀具链条的旋转速度以及应急预案等。
    2 根据基坑的平面形状,确定施工段和施工顺序,明确每一个施工段的起始位置、链状刀具拔出位置以及全部施工完成后刀具的拔出位置。
    3 根据环境保护要求,明确环境保护措施,通过施工方法、切割液、固化液、开放长度和施工速度的合理控制,在确保环境安全基础上,提高施工工效。
    4 信息化施工及应急预案。

5.1.3 施工时必须注意噪声、振动、泥土的飞散和流失、地基沉降等对周边环境的不良影响。大量现场施工过程的测试表明,正常施工时,渠式切割水泥土连续墙施工全过程的噪声一般在85dB以下,对周边的振动影响不明显。施工过程,链状刀具内部的多段式测斜仪能监控墙体的垂直状态,根据监控情况,合理操作,使墙体的垂直度满足要求,同时结合成墙速度和开放长度控制,尽量减少对周边环境的影响,确保周边建筑物及设施的安全和正常使用。

5.1.5 采用三步施工法时,各个施工循环中,需注入切割液与固化液。对于黏土地基,排出的泥土量与注入液的体积基本相当;对于砂、砾地基,切割地基土时排出的泥土量较少,在回行、搭接切割和墙体建造过程中排出的泥土量增多。泥土产生量与以下因素有关:
    1 土质条件;
    2 注入量;
    3 链状刀具的清洗水; 
    4 场地内泥土中离析出的水。
    现场产生的泥土应及时清理,保持现场的文明、整洁。


5.2 施工准备

5.2.1 渠式切割机重量重且机架系统单边悬挂于主机上,距离开挖沟槽越近,沟槽侧壁的负荷越大;同时渠式切割机为连续切割、搅拌作业,成墙长度及时间长,对周边土体将产生扰动。因此,渠式切割机施工作业时,应复核地基表层的承载力是否满足使用要求,防止产生因地基稳定性不足而造成上部沟槽坍塌,对周边环境产生不利影响。
    此外,当施工位置地基软弱,产生沉陷和地基失稳问题时,渠式切割机主机下沉,导致施工中的链状刀具发生异常变形,产生异常应力,使得施工精度与生产效率显著下降,严重时导致设备损坏。
    起重机起吊和拔出刀具立柱时,表层地基的压应力最大,尤其是近沟槽部位,因此通常需要对起重机履带正下方的地基承载力进行复核和处理。
    沟槽边放置定位钢板对其上荷载产生压应力分散作用,一定程度上可提高表层地基的承载力。

5.2.3 导墙具有定位、保证浅层土体稳定、便于机械操作和型钢插入等功能,导墙底部的土体应有一定的承载能力,应根据施工荷载大小及土层条件进行复核,必要时采取浅层地基处理措施,如换填、注浆等。 


5.3 施工设备 

5.3.1 以某一特定工程为例,渠式切割水泥土连续墙施工主要有表4施工机械及设备;图2为渠式切割机示意图。

表4 施工机械及设备构成 
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5.3.2 渠式切割机由主机和刀具系统组成。主机包括底盘系统、动力系统、操作系统、机架系统。主机底盘下设履带,用两条履带板行走;底盘上承载主机设备。动力系统包括液压和电力驱动系统。操作系统包括计算机操作系统、操作传动杆以及各类仪器仪表。机架系统在履带底盘上设置有竖向导向架和横向门型框架。横向门型框架上下设有2条滑轨,下滑轨铰接于主机底盘上,上滑轨由背部的液压装置支撑锁定于垂直位置上。根据待建设墙体的需要,门型框架通过液压杆可在30°~90°范围内旋转,从而进行与水平面最小成30°的斜墙施工。
    渠式切割机的操纵室应设置机械的监控装置,操作人员可以在操纵室内观察机具各部位的工作状态。为防止操纵人员疲劳工作,渠式切割机还应装有自动切削控制系统的附属设备。此外,切削、搅拌较硬土层时,一旦刀具系统产生较大变形,操作人员强行操作出现水平推力超出限值时,渠式切割机械应有自动停机功能,防止设备损坏。

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图2 渠式切割机示意

1-竖向导向架;2-横向门型框架;3-背部斜撑;4-操纵室;5-链状刀具;6-刀具立柱

5.3.3 由刀具立柱、刀具链条、刀头底板和刀头组成的刀具系统统称为链状刀具。刀具立柱设置于渠式切割机机架内,其上安装刀具链条。 
    刀头底板位于刀具链条上,具有不同的规格,宽度为325mm~875mm。渠式切割机通过改变刀头宽度,形成以50mm为一级,宽度变化范围为450mm~850mm的水泥土连续墙。
    刀头底板上安装有数个可拆卸刀头,具体刀头数量由刀头底板的排列方式确定,以保证墙体宽度方向能全断面覆盖有刀头。可拆卸刀头在切削施工中磨损后,可方便地拆卸、更换,有效地降低了维护成本和维护人员的劳动强度,提高了设备的工作效率。

5.3.4 渠式切割水泥土连续墙浆液包括切割液和固化液。浆液制备装置包括水泥筒仓、钢制水槽、计量器具、搅拌机以及泵机等,以上设备型号选择时应保证具有充足的容量与浆液制备能力,满足每日浆液最大需求量。为了保证浆液的质量,浆液制备和注入的各个环节宜采用全自动化设备,不宜采用手工操作。全自动浆液制备装置不仅能够进行原材料、浆液注入量的全自动量测,并且可根据实际施工墙体的体积调整注入量。


5.4 材 料

5.4.1 切割液是指为了使被切割土体流动化,在切割时注入的由水、膨润土和其他混合剂等构成的液体。由于在切割土体和切割液混合构成的泥浆中刀具链条需要转动或者长时间停止,因此必须减小混合泥浆对刀具链条的抵抗作用。切割液的配合比应通过试验确定,表5给出了一般情况下切割液的配合比;遇有含盐类土或土中溶解金属阳离子较多时,膨润土的保水性能将受到影响,必须通过试验配制切割液。添加膨润土后,泥浆中的钙离子会促进固化液产生早期凝结(胶状化),在水泥土墙施工中应予以注意。

表5 切割液的配合比(每1m3土体)

岩土条件 膨润土(kg) 增粘剂(kg)
黏性土  0~5 
粉细砂、粉土 5~15 
中砂、粗砂  15~25(20) 0~1.0 
砾砂、砾石 25~50(30) 0~2.5
卵石、碎石  50~75(40) 0~5.0 

    注:1 切割液的配合比应通过试验确定,本表仅供参考。
        2 括号内的数字是指添加了增粘剂的量。
    表6给出了切割液的配合调整原则。为了保证泥浆具有一定的流动性和浮力,混合泥浆中的细颗粒需具有一定的浓度。因此需要在切割液中加入一定的粒组调整材料,同时添加防止脱水与胶状化的各种添加剂。对于黏土成分较少的碎石土,应保证一定的细颗粒浓度,需要添加粒组调整材料;砂性土地基中大深度施工时,应掺入减少脱水的添加剂。

表6 切割液的配合调整原则
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    注:1 当没有粒组级配数据时,可参考勘察柱状图。特别是当溶解阳离子影响较大时,关于黏土层的成因要特别注意。 
        2 d50为平均粒径,指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占50%,单位mm。

5.4.2 固化液的主要材料为普通硅酸盐水泥,工程中水泥土强度要求提高时,应增加水泥的掺入量或提高水泥的强度等级。
    在黏粒含量较高时可掺加提高固化液混合泥浆流动性的外加剂(流动化剂)。施工中需要延长固化液混合泥浆的凝固时间时,应添加缓凝剂,以防链状刀具在泥浆中抱死,无法启动或损坏设备。
    常用的固化液配比可按表7执行。 

表7 渠式切割水泥土连续墙固化液配比表(qu=800kPa时)
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5.5 施工工艺

5.5.1 渠式切割水泥土连续墙的垂直度高,墙面平整度好,通过链状刀具内安装的多段式倾斜仪可以对墙体进行平面内和平面外实时监测以控制垂直度,从而实现高精度施工。渠式切割水泥土墙体垂直偏差应小于1/250。图3为渠式切割水泥土墙施工顺序示意图。
    1 主机施工装置连接,直至带有随动轮的链状刀具节抵达待建设墙体的底部;
    2 主机沿沟槽方向作横向移动,根据土层性质和刀具各部位的工作状态,选择向上或向下的切割方式;切割过程中由链状刀具底部喷出切割液和固化液;在链状刀具旋转作用下切割土与固化液混合搅拌; 
    3 主机再次向前移动,在移动的过程中,将型钢按设计要求插入已施工完成的墙体中,插入深度用直尺测量;

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图3 施工顺序示意

    4 施工间断而链状刀具不拔出时,须进行刀具养护段的施工;
    5 再次启动后,回行切割和先前的水泥土连续墙进行搭接切割。
    刀具立柱由刀具立柱节组装而成。刀具立柱节、刀具链条、刀头底板和刀头组成链状刀具节。链状刀具安装前,场地的平整度、地基的承载力需满足机架平稳、平正的施工要求。
    图4为链状刀具组装示意图,其顺序如下:
    1 首先将带有随动轮的链状刀具节与主机连接,切割出可以容纳1节链状刀具的沟槽(图4a);
    2 切割结束后,主机将带有随动轮的链状刀具节提升出沟槽,往与施工方向相反的方向移动;移动至一定距离后主机停止,再切割1个沟槽,切割完毕后,将带有随动轮的链状刀具节与主机分解,放入沟槽内,同时用起重机将另一节链状刀具放入预制沟槽内,并加以固定(图4b);
    3 主机向放入预备沟槽内的链状刀具节移动(图4c);
    4 主机与预备沟槽内的链状刀具节相连接,然后将其提升出沟槽(图4d); 
    5 主机带着这一节链状刀具向放在沟槽内带有随动轮的链状刀具节移动(图4e)
    6 主机移动到位后停止,与带有随动轮的链状刀具节连接,同时在原位进行更深的切割(图4f); 
    7 根据设计施工深度的要求,重复图中b~f的顺序,直至完成施工装置的架设。

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图4 链状刀具组装示意 

1-预备沟槽;2-支承台;3-起重机

    链状刀具设置于主机的机架系统内,驱动轮可沿竖向导杆上下移动,用以提升和下放链状刀具。驱动轮的旋转带动刀具链条运动,从而切割、搅拌和混合原状土体。同时竖向导杆和驱动轮也可沿横向架滑轨横向移动,带动链状刀具作水平运动。当驱动轮水平走完一个行程后,解除压力成自由状态。主机向前开动,相应的驱动轮回到横向架的起始位置,开始下一个行程,如此反复直至完成墙体施工。

5.5.2 根据施工机械是否反向施工以及何时喷浆的不同,渠式切割水泥土连续墙施工工法有一步施工法、两步施工法、三步施工法三种。表8列出了三种施工方法的特征。

表8 三种施工方法的特征
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    一步施工法在切割、搅拌土体的过程中同时注入切割液和固化液。三步施工法中第一步横向前行时注入切割液切割,一定距离后切割终止;主机反向回行(第二步),即向相反方向移动;移动过程中链状刀具旋转,使切割土进一步混合搅拌,此工况可根据土层性质选择是否再次注入切割液;主机正向回位(第三步),链状刀具底端注入固化液,使切割土与固化液混合搅拌。两步施工法即第一步横向前行注入切割液切割,然后反向回行并注入固化液。
    两步施工法施工的起点和终点一致,一般仅在起始墙幅、终点墙幅或短施工段采用,实际施工中应用较少。一般多采用一步和三步施工法。三步施工法搅拌时间长,搅拌均匀,可用于深度较深的水泥土墙施工;一步施工法直接注入固化液,易出现链状刀具周边水泥土固化的问题,一般可用于深度较浅的水泥土墙的施工。

5.5.3 开放长度越长,当施工的墙体长度一定时,机械回行搭接切割的次数就越少,效率也越高;但越长对周边环境的影响大。邻近场地周边有待保护的建(构)筑物或其他荷载时,需要对开放长度进行现场试验,必要时进行槽壁稳定分析,分析方法与钢筋混凝土地下连续墙槽壁稳定分析方法相同。

5.5.4 渠式切割水泥土连续墙施工时,应控制成墙速度,即每次切割的前进距离。前进距离过大,容易造成墙体偏位、卡链等现象,不仅影响成墙质量,而且对设备损伤大。

5.5.5~5.5.7 鉴于链状刀具拔出和组装复杂,操作时间长,当无法24h连续施工作业或者夜间施工须停止时,链状刀具可直接停留在专门的养护段中。待第二天施工时再重新启动,继续施工。为此,当天施工完成后,还需再进行链状刀具养护段的施工。此时,养护段注入切割液时可根据养护时间的长短,确定是否掺加适量的外加剂,以防第二天施工时链状刀具抱死,无法正常启动。

5.5.8 机械须反向行走的工况,除停机后再次启动外,还包括三步施工法中的第二步等。上述情况下,后幅墙体与前幅墙体均应进行搭接切割施工,以防出现冷缝,确保渠式切割水泥土连续墙的均匀性、连续性和防渗止水效果。

5.5.9 切割较硬土层时,水平推进力大,刀具系统较易产生变形,此时可采取刀头底板排列加密、刀头加长等措施,以增强每次步进的切割能力。如原刀头底板间距为1200mm,可加密至600mm。
    当墙体深度深且土质较硬时,墙体底端阻力大,链状刀具运行过程中产生较大偏位和变形,墙体底部存在三角土体。强行运动将造成水平推力过大现象,操作不当甚至损害设备。此时,应根据渠式切割机的实时监控和显示系统,机械回行一小段距离,沿导向架上提链状刀具至顶点,驱动轮反转切割搅拌土体并同时向下运动,如此反复,切除底部的三角土体。

5.5.10~5.5.13 一般情况下,在施工完成的墙段端部拔出链状刀具。当需要插入型钢时,为了不影响转角型钢的插入,在场地条件允许的前提下,宜在墙体端部以外继续切割搅拌土体,形成避让段,避让长度不宜小于3m。
    链状刀具拔出作业时,应在墙体施工完成后立即与主机分离。根据链状刀具的长度、起重机的起吊能力以及作业半径,定链状刀具的分段数量。
    链状刀具拔出过程中应防止混合泥浆液面下降,为此,应注入一定量的固化液,固化液填充速度应与链状刀具拔出速度相匹配。拔出速度过快时,固化液填充未及时跟进,混合泥浆液面将大幅下降,导致沟壁上部崩塌,机械下沉无法作业;同时链状刀具底端处形成真空,影响墙体质量。反之,固化液填充速度过快,注入量过多会造成固化液的满溢,产生不必要的浪费。
    一般,链状刀具拔出时的固化液注入量为:

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    式中:V——固化液注入量;
          AP——链状刀具的横截面积;
          Ls——刀具切割深度。
    考虑链状刀具的刚度以及再次施工时组装的需要,拔出后的链状刀具应进一步拆分成各个刀具节。操作人员应仔细检查链状刀具节的每个组件,包括刀具链条、刀具底板、刀头的磨损和损耗,对受损刀具进行保养和维修,损伤部件及时更换。


5.6 型钢加工、插入与回收

5.6.2 减摩剂完全熔化且拌和均匀后,才能涂敷于H型钢的表面,否则涂层不均匀,易剥落。遇雨雪天,型钢表面潮湿,应先用抹布将型钢表面擦干,采用加热措施待型钢干燥后方可涂刷减摩剂;不可以在潮湿表面上直接涂刷,否则将导致涂层剥落。H 型钢表面涂刷完减摩剂后若出现剥落现象,须将其铲除,重新涂刷减摩剂。

5.6.5 一般情况下,固化液配合比适当、型钢插入时间合适时,型钢依靠自重都能在已施工完成的墙体中顺利插入。但在黏性成 分少的砂性土中,墙体底部会产生土颗粒沉积。此时,宜在导向架协助下用静力方式将型钢插入到位。应避免采用自由落体方式下插型钢,该种方式型钢容易发生偏转,垂直度控制差,难以保证型钢插入位置的准确性。采用振动方式下插型钢时,对周边环境的影响大,墙体位置附近有待保护的建筑物和管线时,应慎用。

5.6.6 型钢起拔过程中,将对周边环境产生一定的扰动。为控制起拔速度,尽可能减少对周边环境的影响,需继续进行围护结构和周边环境的监测。

5.6.7 型钢使用过程中,不仅因基坑侧向变位产生挠曲变形,而且起拔也导致型钢产生伸长变形,尤其是在粉土、砂土地层中,型钢起拔的变形量较大。上述变形使型钢截面尺寸减小,韧性降低,脆性增加,型钢强度也有所下降。因此,型钢回收后,不仅应校正其平直度,复核其截面尺寸,而且应复核强度,确保型钢重复利用的安全性。


6 质量检验

6.1 一般规定

6.1.2 切割液与切割土体形成的混合泥浆流动性按135mm≤TF≤240mm标准控制,泌水率应小于3%;固化液混合泥浆流动性按150mm≤TF≤280mm标准控制,泌水率应小于3%,TF值150mm是芯材插入时的最小要求。TF(Table Flow)为跳桌法得到的反映泥浆流动性的参数,在进行芯材插入时的跳桌试验时,应充分考虑从墙体施工完成到芯材插入为止的时间差。


6.2 检 验

6.2.1 严禁使用过期水泥、受潮水泥,对每批水泥进行复试,合格后方可使用。 

6.2.3 现行行业标准《焊接H型钢》YB 3301规定了焊接H型钢梁的型号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、焊接工艺方法等。现行行业标准《焊接H型钢》YB 3301未规定事宜,应按现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661有关规定执行。

6.2.4 需要时可根据28d龄期后钻孔取芯等方法综合判定。取芯检验数量及方法:按一个独立延米墙身取样,数量为墙身总延米的1%,且不应少于3处。每延米取芯数量不应少于5组,且在基坑坑底附近应设取样点。钻取墙芯应采用双管单动取芯钻具。钻取桩芯得到的试块强度,宜根据芯样的情况,乘以1.2~1.3的系数。

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TRD工法

      TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,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,形成一定强度和厚度的墙。


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        TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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