王衛(wèi)東 ，翁其平 ，陳永才

（1.華東建筑設計研究總院 地基基礎與地下工程設計研究中心，上海 200002；2.上?；庸こ汰h(huán)境安全控制工程技術研究中心，上海 200002）

1 引 言

等厚度水泥土攪拌墻技術（TRD 工法）源于日本，21 世紀以來TRD 工法迅速在美國、西歐和東南亞世界各地得到廣泛應用。近年來國內引進了等厚度水泥土攪拌墻施工技術及配套設備（TRD-Ⅲ型設備），并在已上海、南昌、天津、淮安、杭州、蘇州、武漢等地的10 余個基坑工程中成功應用[1-3]。目前采用等厚度水泥土攪拌墻在基坑工程中主要作為隔水帷幕或內插型鋼形成止水擋土結構。實踐證明，由于TRD 工法設備具有較強的切削能力及連續(xù)成墻等特點，其在滲透性強的土層或者隔水帷幕超深、深部地層為密實砂層、軟巖地層中形成的墻體隔水性能可靠，工效較高，取得了顯著的社會經濟效益，具有較好的應用前景[4-5]。

深大基坑工程不斷涌現(xiàn)，對深基坑工程的深層地下水處理技術和隔水技術提出了新的要求。TRD工法技術為上海地區(qū)深基坑工程中深層地下水的控制提供了新的解決方案。本文以上海國際金融中心項目基坑工程為背景，為解決深層承壓水問題，在上海地區(qū)首次開展了56 m 深TRD 工法攪拌墻試成墻試驗研究，為后續(xù)工程墻體施工提供依據(jù)。

2 工程簡介

2.1 工程概況

上海國際金融中心項目位于上海市浦東新區(qū)竹園商貿地塊，張家浜河以北，楊高南路以西?；用娣e約為48 860 m2，開挖深度為26.5～27.9 m，基坑采用順逆結合設計方案。

根據(jù)群井抽水試驗，基坑的降水井深度不小于45 m，為控制抽降承壓水對周邊環(huán)境的影響，基坑外圍懸掛隔水帷幕底部埋深不小于56 m。本工程圍護體采用兩墻合一地下連續(xù)墻，懸掛隔水帷幕有超深地下連續(xù)墻和等厚度水泥土攪拌墻2 個可行的方案。根據(jù)經濟性對比分析，采用短地下連續(xù)墻結合超深等厚度水泥土攪拌墻作為隔水帷幕比全部采用超深地下連續(xù)墻作為圍護結構大大節(jié)省工程造價，最后決定采用短地下連續(xù)墻結合超深等厚度水泥土攪拌墻作為圍護結構?；庸こ唐拭鎴D如圖1 所示。

2.2 工程地質條件

根據(jù)地質資料，淺部土層分布較穩(wěn)定，中下部土層除層⑦2層埋深局部稍有起伏外，一般分布較穩(wěn)定。在135.3 m 深度范圍內地基土屬第四紀濱?！涌谙唷\海相、沼澤相及河口～湖澤相沉積物，主要由黏性土、粉性土及砂土組成，一般具有成層分布特點。淺層分布有較厚的層③淤泥質黏土和層④淤泥質黏土，2 層土都屬高壓縮性、高含水率、流變性的軟土，物理力學性質相對較差。深層為層厚較大，物理力學性質較好，滲透性較好的砂層。各層土計算參數(shù)見表1。

基坑工程涉及到的地下水有潛水、承壓水兩種類型。場地內淺層地下水屬潛水，主要補給來源為大氣降水及地表徑流，地下水埋深約為1.2～1.9 m。場地內承壓水主要為深部第⑦層和第⑨層中的承壓水。由于擬建場地第⑧層黏性土缺失，第⑦層與第⑨層承壓水相對連通，水量補給豐富。承壓水水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m。本場地地下水和土對混凝土結構有微腐蝕性。

圖1 基坑支護剖面圖(單位:mm)Fig.1 Sectional view of the support system(unit:mm)

表1 土層物理力學性質指標Table 1 Parameters of the soil

3 試驗方案

目前TRD 設備的施工能力可滿足56 m 深度需要，但如此大的深度且在標貫大于50 擊的第⑦2粉砂層中成墻，尚無有先例可循，需通過成墻試驗進一步驗證等厚度水泥土攪拌墻施工設備在該地層條件下的施工能力。通過成墻試驗，可以確定超深等厚度水泥土攪拌墻成墻質量、水泥攪拌均勻性、強度、隔水性能以及超深墻體施工對周邊環(huán)境的影響。TRD 工法等厚度水泥土攪拌墻的施工參數(shù)和施工工序的確定也是試驗的主要目的之一，試成墻最終目的是通過成墻試驗確定一整套等厚度水泥土攪拌墻的施工參數(shù)并形成施工導則，以指導后期等厚度水泥土攪拌墻的施工。試驗段長度為8 000 mm，厚度為700 mm。

試成墻的深度不小于56 m，墻底進入第⑦2粉砂層。等厚度水泥土攪拌墻采用3 工序成墻施工工藝，即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌，對地層先行挖掘松動后，再行噴漿攪拌固化成墻。

等厚度水泥土攪拌墻試成墻完成后進行漿液試塊強度試驗、芯樣強度試驗以及滲透性檢測。在等厚度水泥土攪拌墻試成墻過程中，布設地表沉降監(jiān)測點、深層水平位移監(jiān)測點和深層土體分層沉降監(jiān)測點進行相應監(jiān)測。

4 試驗過程及結果分析

4.1 等厚度水泥土攪拌墻試驗

在本工程場地內部進行了等厚度水泥土攪拌墻成墻試驗。通過試驗可確定以下參數(shù)。

（1）設備能力

等厚度水泥土攪拌墻成墻試驗要求深度為56 m，實際施工深度達56.73 m，進入標貫大于50擊的第⑦2粉砂層約15.33 m。此次試驗證明 TRD工法施工設備在本工程深厚密實砂層地質條件下進行56 m 深度隔水帷幕施工的能力是可行的。

切割箱打入至設計深度后，在切割箱體內安裝測斜儀，實時監(jiān)控切割箱面內與面外的偏差情況，并及時通過駕駛員操控調整。試成墻施工墻體垂直度偏差控制在1/250 以內。

（2）施工功效

等厚度水泥土攪拌墻成墻試驗的施工功效統(tǒng)計見表2。由表可知，采用3 工序成墻施工工藝，等厚度水泥土攪拌墻墻體的施工可達6～7 m/d。同時，在工期安排上亦應考慮切割箱打入和拔出所占用的時間。

（3）施工參數(shù)

根據(jù)等厚度水泥土攪拌墻試成墻試驗結果，采用以下施工參數(shù)，可以滿足本工程場地正式墻體施工需要。①挖掘液采用鈉基膨潤土拌制，每立方被攪土體摻入約100 kg 的膨潤土。② 固化液采用P.O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，摻量25%，水灰比為1.36～1.50。③先行挖掘挖掘液水灰比為10～20，挖掘液混合泥漿流動度宜為200～240 mm。

表2 施工功效Table 2 Construction effect

4.2 等厚度水泥土攪拌墻漿液試塊強度

等厚度水泥土攪拌墻施工過程中，在長度方向取2 個位置的漿液制作試塊，取樣點低于有效墻頂下2 m。

漿液試塊進行28 d標準養(yǎng)護后進行無側限抗壓強度試驗，試塊抗壓試驗的結果見表3。由表可知，試塊平均強度為1.03～1.40 MPa，均大于《上海基坑工程技術規(guī)范》[6]關于水泥土攪拌樁強度0.8 MPa的要求，說明本次試驗中所采用的水泥摻量滿足隔水要求。

表3 28 d 漿液試塊抗壓試驗結果Table 3 28 d compressive strength of the soil-cement grout

4.3 等厚度水泥土攪拌墻鉆孔取芯強度

等厚度水泥土攪拌墻成墻完成后進行了鉆孔取芯，并對芯樣進行了無側限抗壓強度試驗，同時對取出的芯樣進行了室內滲透性試驗，并選擇2 個取芯孔進行了原位滲透性試驗。取芯孔平面布置如圖2 所示。

圖2 取芯孔平面布置圖(單位:mm)Fig.2 Plan view of the drilling holes(unit:mm)

在試驗墻體中心線上間隔800 mm 進行一個鉆孔取芯，總共鉆取了9 個孔，鉆孔深度同墻體深度。

通過鉆孔取芯進行無側限抗壓強度試驗，表4為抗壓強度平均值的匯總。由于本工程等厚度水泥土攪拌墻主要是深部砂層中的懸掛隔水，由表4 可知，深部砂層中的強度為0.84～1.38 MPa，亦大于《上?；庸こ碳夹g規(guī)范》[6]關于水泥土攪拌樁強度0.8 MPa 的要求，滿足深厚砂層中承壓水的隔水要求。

表4 芯樣抗壓強度匯總表Table 4 Compressive strength of the soil-cement core samples

圖3為現(xiàn)場取芯的芯樣照片。芯樣自上而下均較為完整，連續(xù)性好，破碎較小，芯樣呈水泥土顏色，并且自上而下顏色較為均勻?？傮w而言，鉆孔取芯芯樣率均較高，完整性較好，水泥土攪拌墻均勻性較好。

圖3 芯樣Fig.3 Core specimens

4.4 等厚度水泥土攪拌墻滲透性

根據(jù)試驗要求，在鉆孔取芯的芯樣中選取有代表性的鉆孔進行室內滲透性試驗和原位滲透性試驗。室內滲透性試驗采用變水頭滲透儀進行測定，原位滲透性試驗采用注水試驗測定。表5為室內和原位滲透試驗的成果。由室內滲透性試驗結果可知，在深部的砂土層中滲透系數(shù)由原土層的10-3cm/s 提高到10-7cm/s。由原位滲透性試驗結果可知，在淤泥質土和黏性土層中滲透系數(shù)由原土層的10-5cm/s提高到10-6cm/s，在深部的砂土層中滲透系數(shù)由原土層的10-3cm/s 提高到10-5cm/s。由表5 可見，無論芯樣是室內或是原位滲透性試驗，滲透系數(shù)均滿足懸掛隔水帷幕要求。通過與勘察報告中原土層滲透系數(shù)對比，等厚度水泥土攪拌墻對各土層特別是砂層抗?jié)B性能提高較為明顯。

表5 滲透試驗成果Table 5 Permeability experiment results conducted

4.5 環(huán)境影響分析

在等厚度水泥土攪拌墻試成墻過程中，布設地表沉降監(jiān)測點、深層水平位移監(jiān)測點和深層土體分層沉降監(jiān)測點進行相應監(jiān)測，如圖4 所示。

圖4 試驗監(jiān)測點剖面布置(單位:mm)Fig.4 Sectional view of the monitoring points in the test(unit:mm)

（1）深層土體側向位移

試驗過程中對深層土體側向位移進行監(jiān)測，圖5為距離試驗墻體1.4、5.0、12.0 m和22.0 m 的各測斜點試驗期間測得的土體測斜曲線。由圖可以看出，土體側向位移隨深度增大大致呈減小的趨勢。距離墻體1.4 m 處，最大側向位移位于頂口，最大側向位移位45 mm，深3 m 處，側向位移減小至11 mm。距離試驗墻體5 m 處，最大變形為10 mm；在距離試驗墻體12 m 處，最大變形約為3 mm；而在距離試驗墻體22 m 處，側向位移幾乎為0。由圖可以看出，TRD 成墻施工時，土體側向位移影響范圍主要是在5 m 遠的范圍之內。

圖5 土體測斜曲線Fig.5 Lateral displacements in soil inclinometers

（2）地表沉降

在試驗過程中對地表沉降也進行了監(jiān)測，圖6為TRD 成墻結束時和成墻養(yǎng)護7 d 時的地表沉降曲線。從圖中可以看出，靠近墻體處地表有一定的沉降，隨距離增大，地表沉降逐漸減小。7 d 養(yǎng)護期間，靠近墻體區(qū)域地表沉降仍有一定程度發(fā)展。成墻結束時最大沉降約為8 mm，距離墻體5 m 以外，地表沉降小于5 mm，成墻的主要影響范圍約5 m。

圖6 地表沉降曲線Fig.6 Curves of the surface settlement

5 結 論

（1）等厚度水泥土攪拌墻在上海地區(qū)標貫大于50 擊的砂層中的施工深度達56.73 m，成墻速度6～7 m/d，驗證了TRD 設備在上海地區(qū)的施工能力，且所采取的參數(shù)亦滿足本工程場地的施工要求。

（2）試成墻鉆孔取芯芯樣率較高，完整性較好，水泥土攪拌墻均勻性較好。漿液試塊強度超過1.0 MPa；砂土層中鉆孔取芯強度達到0.84～1.38 MPa，從強度角度，等厚度水泥土攪拌墻滿足深層隔水要求。

（3）等厚度水泥土攪拌墻對各土層特別是砂層抗?jié)B性能提高 較為顯著，滲透系數(shù)由原土層的10-3cm/s 提高到10-7cm/s。從滲透性角度，等厚度水泥土攪拌墻滿足深層隔水要求。

（4）在TRD 試成墻過程中，周邊土體總體變形較小，對周邊環(huán)境影響較小。TRD 成墻對環(huán)境的影響主要集中在距離TRD 墻體平面為5 m 范圍內。

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