陳曉飛

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210093;2.有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京 210007)

地連墻與自凝灰漿防水墻組合防滲新技術(shù)的應(yīng)用及分析

陳曉飛1，2

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210093;2.有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京 210007)

地連墻與自凝灰漿防水墻配套使用是一種新型的深基坑支護(hù)形式，相對(duì)傳統(tǒng)的基坑支護(hù)形式具有經(jīng)濟(jì)節(jié)約和防滲效果佳等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合南京華新城AB地塊深基坑工程應(yīng)用實(shí)例，根據(jù)其復(fù)雜的工程特點(diǎn)，從防滲、力學(xué)性能、造價(jià)等方面論證了地連墻與自凝灰漿防滲墻配套使用的可行性及優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)際對(duì)自凝灰漿防滲墻的施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)做了詳細(xì)的介紹。

地連墻;自凝灰漿;防滲墻;深基坑支護(hù);技術(shù)要點(diǎn)

0 引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷升級(jí)，人們開(kāi)始把目光轉(zhuǎn)向地下尋求城市發(fā)展的空間，不斷孕育出超深超大型基坑。在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件和水文環(huán)境下，致使深大基坑防滲問(wèn)題凸顯。水泥攪拌樁、地下連續(xù)墻等常見(jiàn)基坑防滲工法都因自身缺陷和使用條件限制，只能適應(yīng)部分工程。面對(duì)當(dāng)今工程環(huán)境紛繁復(fù)雜、安全等級(jí)越來(lái)越高的基坑，仍需探索新的防滲工法，而自凝灰漿防滲墻具有獨(dú)特的工程特性，已被成功運(yùn)用于深大基坑止水防滲［1］，以及水壩或圍堰［2］、電站等防滲工程中，本文將結(jié)合典型工程實(shí)例論證自凝灰漿防滲墻和地連墻配套使用在防滲要求高的深基坑中應(yīng)用的可行性，并分析該技術(shù)的特點(diǎn)及工藝。

1 工程背景

1.1 工程規(guī)模較大

華新城AB地塊項(xiàng)目位于江蘇省南京市建鄴區(qū)，3層地下室普遍挖深18 m左右，開(kāi)挖面積近8萬(wàn)m2。

1.2 地質(zhì)條件與水文環(huán)境較差

該工程場(chǎng)地屬長(zhǎng)江漫灘相地貌單元，依據(jù)其工程性質(zhì)地層自上而下可分為:①淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑狀態(tài)為主，局部軟塑，部分地段夾粉砂薄層，層厚40 m;②粉細(xì)砂，飽和，中密狀態(tài)，層厚10 m;③中粗砂混卵礫石，一般粒徑為5～10 cm，中粗砂呈中密狀，層厚20 m;④強(qiáng)風(fēng)化泥巖，層狀結(jié)構(gòu)，巖體組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，層厚70 m以下。

新近沉積的②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土飽含地下水，中粗砂混卵礫石含水層為主要承壓含水層，該類(lèi)型地下水主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給，與長(zhǎng)江水有著密切的水力聯(lián)系，呈互排關(guān)系。

1.3 周邊環(huán)境復(fù)雜

華新城AB地塊基坑工程為南京市政重點(diǎn)工程，市政道路環(huán)繞基坑四周，道路面下布設(shè)各種管線(強(qiáng)弱電、天然氣、雨污水管網(wǎng)、通信、自來(lái)水管網(wǎng)等等)，南京市地鐵1、2號(hào)線緊鄰基坑?xùn)|南沿線，距離地鐵隧道不足60 m，給基坑防滲提出了更高要求。

2 常見(jiàn)止水帷幕方案比選

目前在深基坑中采用的止水帷幕工法主要有:水泥攪拌樁、地下連續(xù)墻和自凝灰漿防滲墻等，這3種止水帷幕的性能參數(shù)如表1所示。

表1 常用止水帷幕參數(shù)對(duì)比

2.1 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁(雙軸、三軸、旋噴)是利用水泥作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)土體。作為深基坑止水帷幕雖然有較好的經(jīng)濟(jì)性，但最大有效防滲深度只能達(dá)30 m左右，形成的止水帷幕往往是半封閉狀態(tài)，長(zhǎng)期基坑降水勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

例如華新城C1地塊基坑設(shè)計(jì)采用的就是三軸深攪樁止水帷幕，該基坑地處南京地鐵2號(hào)線奧體東站與圓通站之間，基坑距離地鐵隧道為61 m，根據(jù)南京地鐵檢測(cè)部門(mén)提供的檢測(cè)報(bào)告顯示，在基坑開(kāi)挖降水期間，地鐵2號(hào)線奧體東站與圓通站之間軌道日沉降數(shù)值增大，隧道網(wǎng)片發(fā)生開(kāi)裂滲水現(xiàn)場(chǎng)。其主要原因就是設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)25 m的三軸深攪樁沒(méi)有阻斷埋深為40 m以下承壓含水層，而基坑減壓降水井是抽排承壓含水層內(nèi)的水以達(dá)到降壓防止基坑突涌的目的，隨著長(zhǎng)期抽排承壓水，降水漏斗半徑不斷擴(kuò)大波及到了地鐵隧道。華新城AB地塊項(xiàng)目與華新城C1地塊相距10 m，基坑地層和周邊環(huán)境都很相似，AB地塊基坑要吸取C1地塊基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，應(yīng)采用有效防滲深度更大的全封閉嵌巖止水帷幕，盡可能減小對(duì)地鐵隧道的影響。

2.2 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是利用各種挖槽機(jī)械，借助于泥漿的護(hù)壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內(nèi)澆注適當(dāng)?shù)幕炷炼纬梢坏谰哂蟹罎B(水)、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。由于墻體剛度較大，在基坑支護(hù)體系中擋土與防滲功能合二為一。華新城AB地塊基坑工程為南京市政重點(diǎn)工程，屬超大型基坑，選擇安全等級(jí)較高和剛性較大的嵌巖地下連續(xù)墻，符合本工程特點(diǎn)要求。同時(shí)，采用“理正深基坑6.0PB1”軟件對(duì)華新城AB地塊基坑支護(hù)的嵌固深度和抗隆起進(jìn)行計(jì)算分析，具體過(guò)程如下。

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)華新城AB地塊工程的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，計(jì)算參數(shù)和基坑參數(shù)分別如表2和表3所示。2.2.2 抗隆起驗(yàn)算

表2 土層參數(shù)

表3 基坑基本信息

根據(jù)理正深基坑6.0PB1軟件對(duì)華新城AB地塊基坑支護(hù)抗隆起驗(yàn)算結(jié)果為:

Ks=22.919≥1.15，滿足規(guī)范要求。

2.2.3 嵌固深度計(jì)算

嵌固深度計(jì)算采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120－99)圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，嵌固深度的計(jì)算參數(shù)如表4所示，計(jì)算結(jié)果如下:

表4 嵌固深度計(jì)算參數(shù)

嵌固深度計(jì)算值h0=22.000 m;

嵌固深度設(shè)計(jì)值hd=αγ0h0=1.100×1.100× 22.000=26.620 m;

嵌固深度采用值hd=23.000 m。

可見(jiàn)，地連墻23 m嵌固深度就能滿足基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)要求，嵌固深度以下至基巖約30 m地連墻僅起嵌巖防滲作用，完全采用地連墻勢(shì)必造成浪費(fèi)。

2.3 自凝灰漿防滲墻

自凝灰漿是用水泥、膨潤(rùn)土、水、添加劑等按一定比例制成的漿體，除具有較為特殊的物理學(xué)特性外，還具有獨(dú)特的工程特性:

(1)自凝灰漿以水、膨潤(rùn)土、水泥、添加劑按一定比例充分?jǐn)嚢柚瞥蓾{液灌入槽內(nèi)，凝固后墻身從上而下物質(zhì)均勻，抗?jié)B無(wú)差異性;

(2)自凝灰漿凝固后墻身塑性指數(shù)高，可承受很大變形而不開(kāi)裂，由于采用沉槽機(jī)械，墻體可嵌入基巖內(nèi)形成全封閉止水帷幕，提高了抗?jié)B效果;

(3)無(wú)論是水泥攪拌樁還是地連墻，他們的連接方式都是剛性連接，連接處抗?jié)B效果較為薄弱，由自凝灰漿凝固成墻實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，大大提高了防滲效果;

(4)自凝灰漿防滲墻與地下連續(xù)墻施工機(jī)械相同，可以同時(shí)施工，不存在施工干擾，大大縮短了工期，部分設(shè)備和施工臨建設(shè)施可以共用，節(jié)約投資;

(5)自凝灰漿是一種觸變性的膠體，不僅是墻體的主要成分，在成槽過(guò)程中也起護(hù)壁作用，這樣就不會(huì)產(chǎn)生大量廢棄泥漿污染環(huán)境;

(6)自凝灰漿防滲墻墻體強(qiáng)度不大，廢除后比較容易拆除;

(7)防滲墻與地連墻配套使用時(shí)，防滲墻施工在基坑內(nèi)側(cè)和基坑外側(cè)防滲效果一樣，因?yàn)榈叵逻B續(xù)墻本身有良好的防滲效果，所以地下連續(xù)墻嵌固深度以上有無(wú)防滲墻不影響防滲，這也是防滲墻與地下連續(xù)墻組合方式的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

(8)自凝灰漿防滲墻的造價(jià)較低，地連墻與自凝灰漿防滲墻在AB地塊中應(yīng)用中工程造價(jià)如表5所示，總造價(jià)達(dá)到1.5234億元，如果為了滿足防滲而完全采用地連墻，總造價(jià)將達(dá)到2.115億元，增加造價(jià)5916萬(wàn)元。

表5 地連墻與自凝灰漿防滲墻在AB地塊中應(yīng)用工程造價(jià)

從自凝灰漿防滲墻的特點(diǎn)分析可知，自凝灰漿防滲墻完全可以代替嵌固深度以下的地連墻，采用地連墻與自凝灰漿防滲墻相配套的新型基坑支護(hù)形式，即嵌固深度以上采用地下連續(xù)墻(擋土、防滲二合一)，嵌固深度以下采用自凝灰漿防滲墻，這樣不僅解決基坑結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了止水帷幕全封閉問(wèn)題，且大大降低了施工成本。該技術(shù)滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等指標(biāo)，是符合本工程自身要求的最優(yōu)方案。該方案如圖1所示。

圖1 自凝灰漿防滲墻和地連墻剖面示意圖

3 自凝灰漿防滲墻施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工工藝

自凝灰漿防滲墻施工流程［4］如圖2所示。

圖2 自凝灰漿防滲墻施工工藝流程圖

從自凝灰漿防滲墻施工流程圖來(lái)看，整個(gè)施工過(guò)程和地下連續(xù)墻施工流程相似，而且相比之下流程更簡(jiǎn)短，縮短了施工周期，根據(jù)華新城C1和AB地塊的施工進(jìn)度資料，將防滲墻、地連墻和混凝土攪拌樁3種工法的施工速度進(jìn)行了比較，如圖3所示。

圖3 各工法施工進(jìn)度

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

(1)自凝灰漿墻體既要達(dá)到抗壓強(qiáng)度要求，又要滿足抗?jié)B系數(shù)要求，故其配合比至關(guān)重要，通過(guò)與南京市水利科學(xué)研究院合作，實(shí)驗(yàn)摸索出最佳經(jīng)濟(jì)性配合比，本工程最佳自凝灰漿配合比及其性能參數(shù)如表6所示。

表6 自凝灰漿最佳配合比及性能參數(shù)

(2)自凝灰漿初凝時(shí)間不小于成槽時(shí)間，在確定配合比試驗(yàn)前要準(zhǔn)確掌握平均成槽時(shí)間，為試驗(yàn)確定初凝時(shí)間提供依據(jù)。實(shí)際工程中，為了防止施工過(guò)程出現(xiàn)不定因素而導(dǎo)致施工短暫停止，往往在平均成槽時(shí)間上延長(zhǎng)10 h后作為自凝灰漿初凝時(shí)間，但初凝時(shí)間不應(yīng)超過(guò)成槽時(shí)間過(guò)多，否則將影響施工進(jìn)度。

(3)自凝灰漿配合比除滿足強(qiáng)度和抗?jié)B系數(shù)外，還要根據(jù)不同工程的地層特點(diǎn)和成槽時(shí)間等因素合理調(diào)節(jié)漿液的粘稠度和初凝時(shí)間，需要試驗(yàn)調(diào)制符合工程要求的自凝灰漿配合比，防止在施工過(guò)程中，因自凝灰漿粘度不夠護(hù)壁性能下降，發(fā)生塌孔掩埋抓斗等質(zhì)量事故。不同地層所需要護(hù)壁液體的粘度不同，因此一套地層中往往選擇護(hù)壁要求高的地層對(duì)應(yīng)的粘度作為試驗(yàn)參數(shù)［5］。

(4)為了做到萬(wàn)無(wú)一失，驗(yàn)證漿液的性能，在大規(guī)模施工前，首先要進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，以驗(yàn)證自凝灰漿在本工程實(shí)施中的可行性，通過(guò)實(shí)地檢測(cè)得出參數(shù)，對(duì)比配合比里的數(shù)據(jù)驗(yàn)證是否有大的差異，同時(shí)為大規(guī)模施工積累施工參數(shù)，以便對(duì)工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

(5)由于工藝的原因，通常槽孔內(nèi)下部漿液密度大于上部漿液密度，為確保墻體材料特性均勻，在成槽結(jié)束后，結(jié)合孔內(nèi)成渣撈取，用抓斗對(duì)槽內(nèi)漿液上下攪動(dòng)20 min，來(lái)保證槽內(nèi)漿液均勻。

(6)優(yōu)先施工地下連續(xù)墻后施工防滲墻。由于防滲墻7天強(qiáng)度較小，如若先施工防滲墻在灌注地連墻混凝土?xí)r，易產(chǎn)生大的側(cè)壓力發(fā)生“穿孔”和擠壓變形從而影響防滲效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)華新城AB地塊自凝灰漿防滲墻與常用止水帷幕的對(duì)比突顯其優(yōu)勢(shì)，為同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒和指導(dǎo)作用。主要結(jié)論如下:

(1)自凝灰漿防滲墻作為全封閉嵌巖止水帷幕應(yīng)用在深基坑支護(hù)中具有成墻深度大、防滲性能好、施工時(shí)間短和經(jīng)濟(jì)節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)。

(2)自凝灰漿防滲墻應(yīng)該根據(jù)不同工程特點(diǎn)采用合適的自凝灰漿配合比，使得防滲墻更可靠、更經(jīng)濟(jì)。

(3)在華新城AB地塊深基坑中自凝灰漿防滲墻最大墻體深度達(dá)76 m，為全封閉嵌巖帷幕，此深度在國(guó)內(nèi)尚屬首例，對(duì)類(lèi)似工程有成功的借鑒價(jià)值，相信該項(xiàng)技術(shù)在深大防滲要求的基坑中會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

［1］阮文軍，黃曉平，牛麗滿.特大深基坑自凝灰漿擋水帷幕技術(shù)［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，5(2).

［2］寇晶.自凝灰漿防滲墻在三峽圍堰中的應(yīng)用及成本分析［J］.西部探礦工程，2004，(3).

［3］孫立寶，方紅.地下連續(xù)墻施工中幾種接頭形式的對(duì)比分析及應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5).

［4］劉永杰，左新明，王建華.地下連續(xù)墻技術(shù)在深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7).

［5］JGJ 94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

Application of a Novel Anti-seepage Technology by Combination of Diagraph Retaining Walls and Cutoff Wall with Self-setting Grout

CHEN Xiao-fei1，2(1.School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing Jiangsu 210093，China;2.East China Mineral Exploration and Development Bureau，Nanjing Jiangsu 210007，China)

The compound use of diaphragm retaining walls and cutoff wall with self-setting grout is a novel supporting technology in deep foundation pit construction，which has good effect in seepage control with low cost.Based on the project example of deep foundation pit of Walsin Lihwa AB site，the application feasibility and the advantages were demonstrated in mechanical behavior，seepage control and the cost.Furthermore，the paper specifically introduces the construction process and technical points.

diaphragm retaining walls;self-set grout;cutoff wall;deep foundation pit support;technical point

TU473+.3

A

1672－7428(2012)08－0050－04

2012－05－07

陳曉飛(1979－)，男(漢族)，安徽和縣人，南京大學(xué)碩士研究生在讀，有色金屬華東地質(zhì)勘查局工程師，構(gòu)造地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，從事巖土工程施工方面的研究工作，江蘇省南京市御道街58－1號(hào)華巖大廈5樓綜合辦，handsomechxf@126.com。