上海地区超深等厚度水泥土搅拌墙成墙试验研究
2014-09-20
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。