地下连续墙与抓斗法的演进历程

地下连续墙发源于欧洲，施工方法是1938年意大利米兰的C.Veder开发的。于1948年在充满泥浆的长厢中进行了首次试验，这次试验是为了证实建造堤坝的防渗墙的可能性。最早的地下连续墙工程是1950年采用抓斗施工的意大利SamMarciaDam的截水墙。日本于1959年引进抓斗式地下连续墙设备，用于大井川水系中部某水坝围堰截水墙工程。20世纪50年代中期，我国原水利电力部在水库上用冲击钻施工作防渗帷幕墙，施工方法基本上是冲击钻桩排式。地下连续墙最初被应用在水利工程中作防渗墙，在基坑工程中作临时支护，主要承受水平荷载，现已经逐步发展为施工阶段承受水平荷载，竣工后兼作承受垂直荷载的基础，作为工程主体受力结构一部分。现在则在许多重要工程中将其直接作为地下工程的主体结构，如地铁车站，越江隧道，港池工程等。上海隧道工程公司从20世纪60年代开始研究地下连续墙施工技术，70年代初研制了国内第一台导杆式液压抓斗，并用于上海地铁试验段槽宝路矩形隧道工程，取得成功。1990年研制成THL型液压抓斗。该公司应用抓斗法建造的地下连续墙面积已达10万m2，墙体厚度60～120cm，最大墙深42m。近几年来，城市高层建筑发展很快，对地基处理技术要求越来越高，在深基开挖时一般是沿着红线周围设立一道地下连续墙来支护、挡土或防渗等。地下连续墙施工技术的应用迅速增加，它不仅用于深基础围护和各类地下空间的开发工程，而且它已成为保证各类大型水利水电、交通、环境工程顺利施工的重要的前期辅助性工程技术措施之一。

地下连续墙施工工法很多。按照结构来分类，地下连续墙可分为柱列式和壁式两大类。柱列式是通过将固化剂（一般为水泥）浆液与原位土就地混合搅拌形成水泥土桩柱，再将桩柱相互搭接成连续墙体，深搅法、高喷法属于此类；壁式则有水泥浆与原位置土就地搅拌和就地开槽并灌注混凝土连接成墙两类。TRD（Trench-cutting & Remixing Deep wall method）属于水泥浆与原位置土就地搅拌类。该工法由日本（株）神户制钢所与东棉建机（株）联合开发成功，是把插入地层中的链锯式刀具跟主机连接并横向移动，挖槽及灌注凝结剂混合搅拌原位置土成墙。垂直多轴型与水平多轴型回转切削机工法属于就地开槽并灌注混凝土类。垂直多轴型回转切削机由5个电动的垂直牙轮钻头与侧切削刃组成，切削装置通过专用支架或履带起重机用钢丝绳悬吊，切削的土砂通过砂浆泵以反循环方式在地面上排出；水平多轴型回转切削机则是通过两对双轮铣刀的水平轴回转进行土层的切削，用机体内装备的潜水砂浆泵将切削的土砂以反循环方式在地面上排出。在完成槽段开挖后浇筑混凝土成墙。此外，射水法、锯槽法、振动沉模板法等均属于此类，本系列丛书有单篇专门对上述部分工法进行介绍。抓斗法也属于这类成墙工法，而且在地下连续墙施工中应用比例相当高。

需要说明的是，防渗墙在概念上其实是地下连续墙的亚类，它只专注于防止渗漏，一般不要求具有承载的能力。在堤防工程中修建的常常是防渗墙，而不是广泛意义上的地下连续墙。但在施工工法上应该说并无本质区别，只是设计要求不同而已。在本书的叙述中对这两个名词将不作区分。

在施工中可与抓斗配合的机械很多。根据地层地质的不同，可选用合适的机械与工法。大致有“抓铣法”、“钻抓（铣）法”、“钻劈法”、“凿抓（铣）法”等。对于覆盖层采用“抓铣法”和“钻抓（铣）法”，其中抓铣法适用于一字形槽孔，钻抓（铣）法适用于拐角部位的槽孔。对于下伏基岩层采用“钻劈法”和“凿抓（铣）法”。

抓铣法，是直接采用机械式抓斗或液压抓斗抓取槽孔上部的壤土、砂壤土、淤泥质亚粘土等软弱地层，然后换用液压铣槽机开挖槽孔下部的粉细砂、砾砂层和软弱的强风化基岩层。

钻抓（铣）法，是用冲击反循环钻机或回转钻机钻进主孔直至终孔深度，再换用机械式抓斗或液压抓斗开挖槽孔上部土层等软弱地层，再换用液压铣槽机或继续使用抓斗直接进行下部软弱强风化岩层的开挖。(www.xing528.com)

钻劈法，是采用冲击反循环钻机劈打主孔之间的副孔和小墙，直至成槽。

凿抓（铣）法，是先采用冲击反循环钻机沿槽孔轴线钻3～5个主孔，再换用圆形或方形重凿配合液压铣槽机或机械式抓斗进行分层开挖。

抓斗法随着地下连续墙技术的面世而迅速兴起。地下连续墙施工从开始到现在仍然是以抓斗式设备占主流。垂直多头钻在土质条件适合时，其高效率值得关注。但是由于卧式双轮铣成槽机能适用于所有地基，正在逐步取代垂直多头钻。近年来，一些大型地下连续墙工程都使用卧式双轮铣，其特点是能够施工大深度、厚壁地下连续墙，能进行钻进精度控制，钻进效率高，能够钻进硬岩，以及对于粘性土地基也能适用。据日本1994年施工单位注册的地下连续墙成槽设备统计，抓斗式有161台，垂直多头钻有35台，卧式双轮铣有62台。从成槽设备结构看适用的深度，一般抓斗机在60m以下较为经济，特殊设计可达120m；垂直多头钻可达120m；卧式双轮铣最大深度可达170m。如果需要，能够制造钻进能力200～250m的钻机。在壁厚方面，抓斗机一般为0.4～1.2m；垂直多头钻为0.55～1.2m；卧式双轮铣为0.62～3.2m。如果要求薄壁或超厚壁，上述各种类型机械均可特殊设计，以满足施工要求。

目前世界上生产液压抓斗的国家主要有德国、日本、意大利、芬兰等，其中德国的抓斗以其先进的技术、优越的性能、众多的系列规格和品种获得世界各国用户的普遍欢迎。因此，目前国际上的抓斗交易，有80%是德国的产品，甚至在技术高度先进的日本，1991年仍从德国购进约3400万美元的抓斗，其中大部分是液压抓斗。日本近十几年来潜心研究液压抓斗技术获得了很大成功，其产品已从0.3m3的用于抓取氧化铁的液压抓斗发展到超大型的40m3的用于疏浚的液压抓斗，且规格、种类齐全，已成为少数全面掌握液压抓斗生产技术的国家之一。而且日本生产了世界上最大的液压抓斗，其总重量已达200t，用于海港的疏浚。