上海地區超深等厚度水泥土攪拌墻成墻試驗研究

上海廣大基礎工程有限公司 上海 201404

1 工程概況

上海國際金融中心項目位于上海市浦東新區竹園商貿地塊，地址為楊高南路378號。基坑總面積約為48 860 m2，周長950 m（圖1）。地面以上為3 幢獨立的超高層建筑，總建筑面積約40 m×104 m（地上約25 m×104 m）；整體設置5 層地下室，基坑開挖深度26.50～28.06 m。屬一級安全等級基坑工程。

圖1 施工場地總平面

2 地質情況

本工程地層分布較穩定，主要由黏性土、粉性土及砂土組成，基坑開挖范圍內涉及的土層有：①填土；②粉質黏土；③淤泥質粉質黏土；④淤泥質黏土；⑤和⑥為粉質黏土；⑦1-1黏質粉土夾粉質黏土；⑦2灰色粉砂層。基坑開挖時易產生流沙、管涌、塌方等現象。土層深度28 m以下分布巨厚復合承壓水層由⑦1、⑦2和⑨1、⑨2層組成，承壓水水頭埋深6 m，總厚度＞100 m，水量極為豐富，坑底已接近或深入到⑦1-1層，有突涌可能。

3 圍護設計

基坑圍護原設計周邊采用"兩墻合一"地下連續墻作為圍護體，墻深55 m，采用工字鋼接頭；地下連續墻接頭外側設置MJS大直徑高壓旋噴樁止水，Φ2 200 mm，與地下連續墻搭接550 mm，有效長度不小于55 m。

在地下連續墻外側設置墻厚700 mm、入土深度為53 m與地下連續墻間距不小于800 mm的等厚度水泥土攪拌墻替代地下連續墻構造隔水段，形成懸掛帷幕。地下連續墻入土深度由原設計的55 m減少至46 m，接頭由工字鋼接頭調整為圓形鎖口管接頭，同時由TRD等厚度水泥土攪拌墻替代地下連續墻接頭位置的大直徑旋噴樁MJS工法樁（圖2、圖3）。

圖2 原圍護設計平面示意

圖3 調整后圍護設計平面示意

4 試成墻試驗[1-5]

4.1 試成墻概況

本工程等厚度水泥土攪拌墻深度達53 m，且需進入標貫大于50 擊的第⑦2粉砂層11.6 m，施工難度較大。正式墻施工前進行現場非原位試成墻試驗，以驗證TRD施工設備在該地層條件下的施工能力、成墻質量及對周邊環境的影響，通過試成墻試驗確定一整套等厚度水泥土攪拌墻的施工參數，以指導后期等厚度水泥土攪拌墻的施工。

4.2 試成墻參數

等厚度水泥土攪拌墻試成墻厚700 mm，有效長度不小于8 m，深度不小于56 m，墻底進入第⑦2粉砂層不小于14.6 m；采用P.O 42.5水泥，摻量不小于25％，水灰比1.5～2.0；挖掘液采用鈉基膨潤土拌制，被攪土體摻入50～100 kg/m3的膨潤土；垂直度偏差不大于1/250，墻位偏差不大于50 mm，墻深偏差不得大于50 mm，成墻厚度偏差不得大于20 mm；試成墻漿液試塊28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa，鉆孔取芯試塊強度不小于0.8 MPa、墻體抗滲系數10-7cm/s。

4.3 試成墻施工

現場根據設計要求，采用TRD-E型設備進行了非原位試驗墻試驗，試驗段墻幅長度為11.0 m，墻厚700 mm，墻身有效深度達56.73 m；設備掘進過程中每立方米被攪拌土體摻入100 kg的膨潤土作為挖掘液，試驗墻段實際水泥摻量為25％，水灰比為1.5；在試驗墻段養護14 d后，對試驗墻段進行了鉆孔取芯檢測，14 d取芯完成后進行了地下連續墻試成槽施工，地下連續墻成槽檢測完成后對槽段進行回填養護，對TRD試成墻段進行28 d鉆孔取芯。試成墻平面布置如圖4所示。

圖4 TRD試成墻平面布置示意

4.4 試成墻檢測

TRD試成墻分別進行了漿液試塊強度檢測、鉆孔取芯強度檢測與滲透性檢測，實際試成墻鉆孔取芯孔平面布置如圖5所示。

圖5 TRD試成墻鉆孔取芯孔平面布置

4.4.1 漿液試塊強度檢測

14 d和28 d漿液試塊強度均滿足設計要求，且離散性較小，其中14 d漿液試塊無側限抗壓強度達0.55 MPa以上，28 d漿液試塊無側限抗壓強度達0.91 MPa以上。

4.4.2 鉆孔取芯強度檢測

TRD試成墻養護期達到14 d后，對2#、4#、6#、8#孔進行鉆孔取芯，試成墻養護期達到28 d后，對1#、3#、5#、7#、9#孔進行鉆孔取芯，分別進行14 d和28 d鉆孔取芯強度試驗及滲透性試驗。從9 個孔TRD水泥土攪拌墻試成墻鉆孔取芯情況來看，芯樣率較高，完整性較好，水泥土攪拌墻均勻性較好。鉆孔取芯強度滿足設計要求。

4.4.3 鉆孔取芯滲透性檢測

本次在TRD水泥土攪拌墻試成墻14 d及28 d后分別進行了室內滲透試驗和原位滲透試驗，TRD試成墻滲透系數滿足設計要求。通過室內及原位滲透試驗與勘察報告中土層滲透系數相比較，TRD等厚度水泥土攪拌墻實施后對各土層抗滲性均有所提高，其中砂層抗滲性提高較為明顯。

4.5 試成墻監測

等厚度水泥土攪拌墻試成墻過程中，按照設計要求布設了地表沉降監測、深層水平位移監測和深層土體分層沉降監測測點，并進行了相應監測。

TRD試成墻試驗階段，距離TRD墻體外側3 m范圍內的監測點沉降量為6～9 mm，距離墻體外側3～22 m范圍內的監測點沉降量為4～6 mm，距離墻體外側22 m范圍外的監測點沉降量為1～2 mm。TRD試成墻養護階段，距離TRD墻體外側5 m范圍內的監測點沉降量為3～4 mm，且大部分沉降量發生在TRD成墻結束后1 d內，距離TRD墻體外側5 m范圍外的變化1～2 mm。

土體沉降主要集中在距離TRD墻體外側5 m范圍的區域，最大值基本發生在埋深5.68 m的位置，為11 mm；距離墻體外側5～22 m范圍內的各層土體沉降約為5 mm。

在整個TRD試成墻和地下連續墻試成槽試驗過程中，周邊土體變形總體較小，變形區域主要集中在距離TRD墻體或地下連續墻槽段5 m和深度10 m范圍內，即使是在該5 m區域內埋深10 m以下的深層土體變形也沒有突變現象發生。

5 正式施工

正式施工階段，先后組織了日本進口TRD-35型、中外合資TRD-E型與首臺國產TRD-D型3 套不同型號的TRD設備同場競技。TRD-35型正常工效為5～6 m/d ，TRD-E型正常工效為7～9 m/d，TRD-D型正常工效為7～8 m/d，保證了工期節點。施工中嚴格控制技術參數，水泥摻入量為25％，膨潤土摻入量為100 kg/m3，水灰比控制在1.2～1.5，挖掘液混合泥漿流動度為200～240。

6 結語

本項目TRD工法隔水帷幕深度53 m，試成墻深度達56.7 m，進入⑦2粉砂層不少于11.6 m（14.6 m），施工難度大；現場通過試成墻試驗確定了正式施工工藝參數，收集了TRD施工對周邊環境影響的監測資料；通過調整優化施工參數，合理選擇挖掘液配比，控制挖掘液混合泥漿流動度，加快施工效率，確保了施工質量和工程進度。本項目的成功實施，為上海地區乃至全國超深TRD工法設計與施工提供了參考。