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.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形式，相對傳統(tǒng)的基坑支護形式具有經(jīng)濟節(jié)約和防滲效果佳等優(yōu)點。結(jié)合南京華新城AB地塊深基坑工程應(yīng)用實例，根據(jù)其復(fù)雜的工程特點，從防滲、力學(xué)性能、造價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，并結(jié)合工程實際對自凝灰漿防滲墻的施工工藝和技術(shù)要點做了詳細(xì)的介紹。

地連墻;自凝灰漿;防滲墻;深基坑支護;技術(shù)要點

0 引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷升級，人們開始把目光轉(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題凸顯。水泥攪拌樁、地下連續(xù)墻等常見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。面對當(dāng)今工程環(huán)境紛繁復(fù)雜、安全等級越來越高的基坑，仍需探索新的防滲工法，而自凝灰漿防滲墻具有獨特的工程特性，已被成功運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)的特點及工藝。

1 工程背景

1.1 工程規(guī)模較大

華新城AB地塊項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，開挖面積近8萬m2。

1.2 地質(zhì)條件與水文環(huán)境較差

該工程場地屬長江漫灘相地貌單元，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，該類型地下水主要接受側(cè)向徑流補給，與長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(強弱電、天然氣、雨污水管網(wǎng)、通信、自來水管網(wǎng)等等)，南京市地鐵1、2號線緊鄰基坑?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，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，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)，長期基坑降水勢必會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

例如華新城C1地塊基坑設(shè)計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)南京地鐵檢測部門提供的檢測報告顯示，在基坑開挖降水期間，地鐵2號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)生開裂滲水現(xiàn)場。其主要原因就是設(shè)計樁長25 m的三軸深攪樁沒有阻斷埋深為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，隨著長期抽排承壓水，降水漏斗半徑不斷擴大波及到了地鐵隧道。華新城AB地塊項目與華新城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地塊基坑支護設(shè)計的經(jīng)驗教訓(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械，借助于泥漿的護壁作用，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工程，屬超大型基坑，選擇安全等級較高和剛性較大的嵌巖地下連續(xù)墻，符合本工程特點要求。同時，采用“理正深基坑6.0PB1”軟件對華新城AB地塊基坑支護的嵌固深度和抗隆起進(jìn)行計算分析，具體過程如下。

2.2.1 設(shè)計參數(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軟件對華新城AB地塊基坑支護抗隆起驗算結(jié)果為:

Ks=22.919≥1.15，滿足規(guī)范要求。

2.2.3 嵌固深度計算

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

表4 嵌固深度計算參數(shù)

嵌固深度計算值h0=22.000 m;

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

嵌固深度采用值hd=23.000 m。

可見，地連墻23 m嵌固深度就能滿足基坑支護結(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，完全采用地連墻勢必造成浪費。

2.3 自凝灰漿防滲墻

自凝灰漿是用水泥、膨潤土、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，還具有獨特的工程特性:

(1)自凝灰漿以水、膨潤土、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裂，由于采用沉槽機械，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現(xiàn)無縫連接，大大提高了防滲效果;

(4)自凝灰漿防滲墻與地下連續(xù)墻施工機械相同，可以同時施工，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，在成槽過程中也起護壁作用，這樣就不會產(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，防滲墻施工在基坑內(nèi)側(cè)和基坑外側(cè)防滲效果一樣，因為地下連續(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)墻組合方式的獨特優(yōu)點。

(8)自凝灰漿防滲墻的造價較低，地連墻與自凝灰漿防滲墻在AB地塊中應(yīng)用中工程造價如表5所示，總造價達(dá)到1.5234億元，如果為了滿足防滲而完全采用地連墻，總造價將達(dá)到2.115億元，增加造價5916萬元。

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

從自凝灰漿防滲墻的特點分析可知，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)性問題，也實現(xiàn)了止水帷幕全封閉問題，且大大降低了施工成本。該技術(shù)滿足安全性、經(jīng)濟性、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

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看，整個施工過程和地下連續(xù)墻施工流程相似，而且相比之下流程更簡短，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

(1)自凝灰漿墻體既要達(dá)到抗壓強度要求，又要滿足抗?jié)B系數(shù)要求，故其配合比至關(guān)重要，通過與南京市水利科學(xué)研究院合作，實驗摸索出最佳經(jīng)濟性配合比，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)自凝灰漿初凝時間不小于成槽時間，在確定配合比試驗前要準(zhǔn)確掌握平均成槽時間，為試驗確定初凝時間提供依據(jù)。實際工程中，為了防止施工過程出現(xiàn)不定因素而導(dǎo)致施工短暫停止，往往在平均成槽時間上延長10 h后作為自凝灰漿初凝時間，但初凝時間不應(yīng)超過成槽時間過多，否則將影響施工進(jìn)度。

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

(4)為了做到萬無一失，驗證漿液的性能，在大規(guī)模施工前，首先要進(jìn)行生產(chǎn)性試驗，以驗證自凝灰漿在本工程實施中的可行性，通過實地檢測得出參數(shù)，對比配合比里的數(shù)據(jù)驗證是否有大的差異，同時為大規(guī)模施工積累施工參數(shù)，以便對工藝進(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，用抓斗對槽內(nèi)漿液上下攪動20 min，來保證槽內(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

本文通過對華新城AB地塊自凝灰漿防滲墻與常用止水帷幕的對比突顯其優(yōu)勢，為同類工程的設(shè)計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)用在深基坑支護中具有成墻深度大、防滲性能好、施工時間短和經(jīng)濟節(jié)約等優(yōu)點。

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

(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，此深度在國內(nèi)尚屬首例，對類似工程有成功的借鑒價值，相信該項技術(shù)在深大防滲要求的基坑中會得到廣泛應(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］.長春工程學(xué)院學(xué)報，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號華巖大廈5樓綜合辦，handsomechxf@126.com。