上海地区超深等厚度水泥土搅拌墙成墙试验研究

上海广大基础工程有限公司 上海 201404

1 工程概况

上海国际金融中心项目位于上海市浦东新区竹园商贸地块，地址为杨高南路378号。基坑总面积约为48 860 m2，周长950 m（图1）。地面以上为3 幢独立的超高层建筑，总建筑面积约40 m×104 m（地上约25 m×104 m）；整体设置5 层地下室，基坑开挖深度26.50～28.06 m。属一级安全等级基坑工程。

图1 施工场地总平面

2 地质情况

本工程地层分布较稳定，主要由黏性土、粉性土及砂土组成，基坑开挖范围内涉及的土层有：①填土；②粉质黏土；③淤泥质粉质黏土；④淤泥质黏土；⑤和⑥为粉质黏土；⑦1-1黏质粉土夹粉质黏土；⑦2灰色粉砂层。基坑开挖时易产生流沙、管涌、塌方等现象。土层深度28 m以下分布巨厚复合承压水层由⑦1、⑦2和⑨1、⑨2层组成，承压水水头埋深6 m，总厚度＞100 m，水量极为丰富，坑底已接近或深入到⑦1-1层，有突涌可能。

3 围护设计

基坑围护原设计周边采用"两墙合一"地下连续墙作为围护体，墙深55 m，采用工字钢接头；地下连续墙接头外侧设置MJS大直径高压旋喷桩止水，Φ2 200 mm，与地下连续墙搭接550 mm，有效长度不小于55 m。

在地下连续墙外侧设置墙厚700 mm、入土深度为53 m与地下连续墙间距不小于800 mm的等厚度水泥土搅拌墙替代地下连续墙构造隔水段，形成悬挂帷幕。地下连续墙入土深度由原设计的55 m减少至46 m，接头由工字钢接头调整为圆形锁口管接头，同时由TRD等厚度水泥土搅拌墙替代地下连续墙接头位置的大直径旋喷桩MJS工法桩（图2、图3）。

图2 原围护设计平面示意

图3 调整后围护设计平面示意

4 试成墙试验[1-5]

4.1 试成墙概况

本工程等厚度水泥土搅拌墙深度达53 m，且需进入标贯大于50 击的第⑦2粉砂层11.6 m，施工难度较大。正式墙施工前进行现场非原位试成墙试验，以验证TRD施工设备在该地层条件下的施工能力、成墙质量及对周边环境的影响，通过试成墙试验确定一整套等厚度水泥土搅拌墙的施工参数，以指导后期等厚度水泥土搅拌墙的施工。

4.2 试成墙参数

等厚度水泥土搅拌墙试成墙厚700 mm，有效长度不小于8 m，深度不小于56 m，墙底进入第⑦2粉砂层不小于14.6 m；采用P.O 42.5水泥，掺量不小于25％，水灰比1.5～2.0；挖掘液采用钠基膨润土拌制，被搅土体掺入50～100 kg/m3的膨润土；垂直度偏差不大于1/250，墙位偏差不大于50 mm，墙深偏差不得大于50 mm，成墙厚度偏差不得大于20 mm；试成墙浆液试块28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa，钻孔取芯试块强度不小于0.8 MPa、墙体抗渗系数10-7cm/s。

4.3 试成墙施工

现场根据设计要求，采用TRD-E型设备进行了非原位试验墙试验，试验段墙幅长度为11.0 m，墙厚700 mm，墙身有效深度达56.73 m；设备掘进过程中每立方米被搅拌土体掺入100 kg的膨润土作为挖掘液，试验墙段实际水泥掺量为25％，水灰比为1.5；在试验墙段养护14 d后，对试验墙段进行了钻孔取芯检测，14 d取芯完成后进行了地下连续墙试成槽施工，地下连续墙成槽检测完成后对槽段进行回填养护，对TRD试成墙段进行28 d钻孔取芯。试成墙平面布置如图4所示。

图4 TRD试成墙平面布置示意

4.4 试成墙检测

TRD试成墙分别进行了浆液试块强度检测、钻孔取芯强度检测与渗透性检测，实际试成墙钻孔取芯孔平面布置如图5所示。

图5 TRD试成墙钻孔取芯孔平面布置

4.4.1 浆液试块强度检测

14 d和28 d浆液试块强度均满足设计要求，且离散性较小，其中14 d浆液试块无侧限抗压强度达0.55 MPa以上，28 d浆液试块无侧限抗压强度达0.91 MPa以上。

4.4.2 钻孔取芯强度检测

TRD试成墙养护期达到14 d后，对2#、4#、6#、8#孔进行钻孔取芯，试成墙养护期达到28 d后，对1#、3#、5#、7#、9#孔进行钻孔取芯，分别进行14 d和28 d钻孔取芯强度试验及渗透性试验。从9 个孔TRD水泥土搅拌墙试成墙钻孔取芯情况来看，芯样率较高，完整性较好，水泥土搅拌墙均匀性较好。钻孔取芯强度满足设计要求。

4.4.3 钻孔取芯渗透性检测

本次在TRD水泥土搅拌墙试成墙14 d及28 d后分别进行了室内渗透试验和原位渗透试验，TRD试成墙渗透系数满足设计要求。通过室内及原位渗透试验与勘察报告中土层渗透系数相比较，TRD等厚度水泥土搅拌墙实施后对各土层抗渗性均有所提高，其中砂层抗渗性提高较为明显。

4.5 试成墙监测

等厚度水泥土搅拌墙试成墙过程中，按照设计要求布设了地表沉降监测、深层水平位移监测和深层土体分层沉降监测测点，并进行了相应监测。

TRD试成墙试验阶段，距离TRD墙体外侧3 m范围内的监测点沉降量为6～9 mm，距离墙体外侧3～22 m范围内的监测点沉降量为4～6 mm，距离墙体外侧22 m范围外的监测点沉降量为1～2 mm。TRD试成墙养护阶段，距离TRD墙体外侧5 m范围内的监测点沉降量为3～4 mm，且大部分沉降量发生在TRD成墙结束后1 d内，距离TRD墙体外侧5 m范围外的变化1～2 mm。

土体沉降主要集中在距离TRD墙体外侧5 m范围的区域，最大值基本发生在埋深5.68 m的位置，为11 mm；距离墙体外侧5～22 m范围内的各层土体沉降约为5 mm。

在整个TRD试成墙和地下连续墙试成槽试验过程中，周边土体变形总体较小，变形区域主要集中在距离TRD墙体或地下连续墙槽段5 m和深度10 m范围内，即使是在该5 m区域内埋深10 m以下的深层土体变形也没有突变现象发生。

5 正式施工

正式施工阶段，先后组织了日本进口TRD-35型、中外合资TRD-E型与首台国产TRD-D型3 套不同型号的TRD设备同场竞技。TRD-35型正常工效为5～6 m/d ，TRD-E型正常工效为7～9 m/d，TRD-D型正常工效为7～8 m/d，保证了工期节点。施工中严格控制技术参数，水泥掺入量为25％，膨润土掺入量为100 kg/m³，水灰比控制在1.2～1.5，挖掘液混合泥浆流动度为200～240。

6 结语

本项目TRD工法隔水帷幕深度53 m，试成墙深度达56.7 m，进入⑦2粉砂层不少于11.6 m（14.6 m），施工难度大；现场通过试成墙试验确定了正式施工工艺参数，收集了TRD施工对周边环境影响的监测资料；通过调整优化施工参数，合理选择挖掘液配比，控制挖掘液混合泥浆流动度，加快施工效率，确保了施工质量和工程进度。本项目的成功实施，为上海地区乃至全国超深TRD工法设计与施工提供了参考。