抓斗法
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1绪论
1．1 工法定义
抓斗法是抓斗成槽造墙施工工法的简称。
主要指在坚硬的土壤与砂砾石透水地基中，依靠双颚板或多颚板的闭合和张开，开挖出一定尺寸的槽口，并在槽中填筑塑性混凝土或其他材料的建造防渗墙的施工技术。
《抓斗法》所说的抓斗，通常指的是蚌(蛤)式抓斗。
根据其结构特点与挖槽特征，抓斗法又分为钢丝绳抓斗法、液压抓斗法、导杆抓斗法和混合式抓斗法等。
1．1．1 钢丝绳抓斗法概念
钢丝绳抓斗法，是用钢丝绳借助斗体自重作用以启闭斗门来进行挖取土体或砂砾石成槽，并在槽中填筑塑性混凝土或其他材料来建造防渗墙的施工方法。
钢丝绳抓斗法在抓斗法中是使用最早的一种挖槽造墙工法。
由于其结构简单、设备耐用、价格低廉，沿用至今不衰。
尤其适宜在含有大量漂石与石块的地基中挖槽。
1．1．2 液压抓斗法概念
液压抓斗法，是指用高压胶管将约30MPa的液压传送到几十米深处的抓斗斗体，以完成抓斗的启闭达到成槽造墙的一种施工方法。
液压抓斗法因其抓斗的闭斗力大、挖槽能力强并设有纠偏装
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置，故成槽效率高、槽口尺寸能得到保证。
该工法是当前几种抓斗法中最常用的一种建造防渗墙的施工技术。
1．1．3 导杆抓斗法概念
导杆抓斗法，是指采用伸缩式方杆来传递动力，以完成抓斗的启闭功能，达到成槽造墙的一种抓斗施工方法。
采用导杆抓斗开挖时，噪音与振动很小，相应在施工中设备对周围地层与环境干扰影响也小，故它是在松散砂层、软粘土或开挖成槽时需严格控制剪切作用的灵敏性土中施工的理想设备。
加之这类抓斗多装有测斜与纠偏装置，故成槽精度较高。
在国内外的建筑工程与岩土工程防渗墙／地下连续墙施工中，导杆抓斗法应用较为普遍。
1．1．4 混合式抓斗法概念
所谓混合式抓斗法，指的是把钢丝绳、导杆与液压三种传递动力的结构方式结合起来而研发的一种新型抓斗进行挖槽造墙的施工方法。
混合式抓斗，有钢丝绳悬吊的导杆抓斗，也有半导杆抓斗之分。
例如意大利土力(SOILMEC)公司的BH—7／12抓斗、迈特(MALT)公司的HRl60抓斗等后液压混合式抓斗；日本真砂MHL80120抓斗属液压绳索混合式抓斗；英国BSP公司的S25抓斗属液压导杆混合式抓斗等。
这类抓斗结构简单，操作方便，比较适合我国当前的施工技术水平。
1．2 适用范围
抓斗法原则上可用于各种地质条件的防渗墙／地下连续墙施工。
包括砂性土层、粒径在50mm以下的砂砾层地基。
适用于建造建筑物的地下室、地下商场、停车场、地下油库、挡土墙；高层建筑的深基础，工业建筑的深池、坑；水资源堤坝工程的堤身与堤基截水防渗、围堰的临时挡水、防渗；地下工程的竖井；
2工法原理
2．1 作用原理
抓斗作为对地层进行切削挖掘并抓取的机械工具，在力学上自然应该具备克服地层物质阻力的能力。
这其中，依靠抓斗本身的重量冲击与抓片底部刀刃或斗齿的切削，克服土层或岩石的垂直阻力应该不是问题。
但当抓片深入到地层一定深度开始闭合以便抓取时，要克服土层或岩石的水平向阻力就成为抓斗设计的主要关键。
这时就要依靠抓斗的额定驱动力矩来克服岩土的阻力矩。
目前，国内仍以原苏联20世纪60年代提出的关于抓取阻力与阻力矩理论计算公式作为抓斗设计的依据。
该理论假定，①岩土阻力是在岩土不发生变形的情况下，水平移动所产生的；②岩土阻力合力的方向是水平的；③当抓斗容积是按原充水体积计算时，装满系数为1。
岩土的阻力可由下式计算：
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有分析表明，上述理论公式虽然不能完全拟合岩土阻力矩的变化规律，但也可为抓斗的设计提供一定的依据。
事实上，在抓片切入岩土层后不断收拢闭合的过程中，原有的静止岩土块在水平方向会互相挤压，当挤压力达到一定值时，原岩土间的相对位置会发生改变，部分岩土被挤出并向抓片上腔移动，因而使抓斗的抓取阻力矩暂时降低。
随着抓片的继续收拢，岩土之间又相互挤压，抓斗的抓取阻力矩又会上升，当挤压力上升到一定值时，又有岩土挤出，抓斗的抓取阻力矩出现瞬间减小，符合傅里叶函数规律。
当松散的岩土料几乎充满了抓片内腔的时候，随着抓片的收拢，抓片的抓尖与岩上层水平面的夹角越来越小，因而在抓片腔内的岩土受到各个方向的挤压。
但在腔内岩土初始松散
3施工材料与设备
3．1 材料
抓斗法建造防渗墙(地下连续墙)所使用的材料主要有两大类：护壁泥浆材料和墙体材料。
3．1．1 护壁泥浆材料
泥浆由土料、水与掺和物组成。
拌制泥浆使用膨润土，细度应为200～250目，膨润率5～10倍，使用前应取样进行泥浆配合比试验。
如采取粘土制浆时，应进行物理、化学分析和矿物鉴定，其粘粒含量应大于50％，塑性指数大于20，含砂率小于5％，二氧化硅与三氧化铝含量的比值宜
为3～4。
掺和物有分散剂、增粘剂(CMC)等。
外加剂的选择和配方需经试验确定，制备泥浆用水应不含杂质，pH值为7～9。
泥浆应具有一定的造膜性、理化稳定性、流动性和适当的密度。
护壁的泥浆种类通常有膨润土泥浆、聚合物泥浆、CMC泥浆和盐水泥浆等。
选择泥浆既要考虑其使用功能，又要考虑其经济性，材料选择应因地制宜。
聚合物泥浆、CMC泥浆及盐水泥浆因成本高等特点，一般用于特殊条件下或特殊用途中。
目前，工程中大量使用的是膨润土泥浆。
膨润土泥浆的主要成分有：膨润土、水及外加剂。
膨润土是一种颗粒状，遇水显著膨胀、粘性和可塑性都很大
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的特殊粘土。
因各地膨润土性质不同，使用前应分析其化学成分，选择合适的膨润土。
水是泥浆制备的主要材料，当使用自来水时不用进行水质检验，否则，应进行拌和试验。
一般不选择钙离子浓度超过100×10^-6或钠离子浓度超过500×10^-6的水。
当水的pH值达到酸性时，泥浆的粘度就会降低并被分解，也不宜选择。
外加剂通常有分散剂、增粘剂、加重剂和防漏剂等。
分散剂有碱类、木质素磺酸盐类、复合磷酸盐类和腐殖酸类，其作用是能防止盐类与水泥对泥浆的污染，提高泥水分离性能。
增粘剂常用CMC，能保护膨润土的胶凝性。
加重剂主要有重晶石、珍珠岩和方铅矿粉末，能增加泥浆比重。
防漏剂主要有锯末、稻草末、有机纤维素聚合物，能防止泥浆在槽段中漏失。
在抓斗法成槽造墙施工中，泥浆的质量决定着成槽造墙的质量。
我国大陆及台湾地区，对泥浆质量控制较为严格。
发达的美国、英国、德国、日本和意大利等国家，同样各自有一套泥浆质量控制的标准(见表3．1)。
3．1．2 墙体材料
因工程性质和设计要求的不同，墙体材料也会相应地有所不同。
如果是通常意义上的钢筋混凝土地下连续墙，所用材料有制作钢筋笼的钢筋与混凝土拌和料。
对堤防工程而言，一般用抓斗法建造的是塑性混凝土防渗墙，墙体材料就只是塑性混凝土拌和料。
对塑性混凝土防渗墙、混凝土／钢筋混凝土刚性的地下连续墙，均存在着一个对其各自的基本材料的要求，主要有以下几个方面。
(1)水泥。
用32．5号或42．5号普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，要求新鲜无结块。
(2)砂。
宜用粒度良好的中、粗砂，含泥率小于5％。
7 施工工艺及流程
一般地说，用抓斗法建造的地下连续墙，特别是兼具承重作用的地下连续墙都采用钢筋混凝土结构，而对于堤防工程用抓斗法建造的防渗墙的墙体材料一般是塑性混凝土。
在地下连续墙或防渗墙的槽段开挖施工中，抓斗只是挖槽工具之一。
在槽段挖好并清孔之后，其后续工序就是浇筑混凝土。
对堤防工程防渗墙而言，就是下导管浇筑混凝土；而如果要浇筑钢筋混凝土，则要制作与下设钢筋笼。
为完整起见，下面将按照建造钢筋混凝土墙的过程叙述施工工序。
如果不是建造钢筋混凝土墙，则省去制作并吊放钢筋笼的工艺过程。
抓斗法地下连续墙的施工过程是：先构筑导墙，抓斗沿导墙壁挖土，在挖槽的同时用泥浆护壁，成槽结束后清孔，最后放人钢筋笼进行水下混凝土浇筑。
图4．1是抓斗法工艺流程图。
抓斗法成槽一般可采用纯抓法和钻抓法。
纯抓法适用于松软或松散地层，多采用两主孔一副孔的三抓成槽。
如地层较密实的，为提高成槽效率，常采用钻抓法，即先用回转钻或冲击钻钻导孔(主孔)，然后用抓斗抓取导孔之间的土体(副fL)，多采用三钻两抓或四钻三抓成槽。
在抓斗法建造防渗墙施工中所采用的液压抓斗一般可分三类：
(1)悬挂式液压抓斗。
利用液压动力驱动抓斗的开启与闭合，并靠抓斗本身的自重对土层进行切削。
然后用悬挂抓斗的履
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带起重机将挖掘料吊起排出。
(2)导杆式液压抓斗。
如BH—8、BH—12、BH—15型(意大利)，BM型(日本)。
用液压动力驱动抓斗上部的多节伸缩钻杆在履带起重机上安装的导向架中进行升降，切削土层的反力由导向架承受。
(3)导板式液压抓斗。
如BH型(意大利)、DHG型(德国)、HSWG型(奥地利)、MHI型(日本)、YZD型(中国)等各国厂家生产的液压抓斗。
导板式液压抓斗机一般配有履带运移行走机构、自动纠偏机构、导向机构、套齿可更换机构等，抓斗购置成本及使用维护费用较高，图4．2是导。
