深基坑新老地连墙接缝止水方案比选及分析

佘有光

（南京市交通运输综合行政执法监督局，江苏南京 210004）

1 工程背景

1.1 工程概况

南京长江第五大桥夹江隧道江南盾构接收井右线设计起点里程K10+298.984，终点里程K10+334.834。基坑采用明挖逆作法施工，长35.85 m，宽50.285 m，深40.1 m。围护结构采用φ1 200 mm地下连续墙，墙深59.9 m，进入中风化层约4.0 m。接收井东侧紧邻青奥隧道，地连墙与既有青奥隧道地连墙连接，其深度为55.05 m，墙体进入强风化层约1.0 m，如图1所示。

图1 接收井平面布置图Fig.1 Layout plan of receiving well

1.2 工程地质

夹江隧道江南盾构接收井围护结构地连墙地层自上而下依次为杂填土淤1、粉质黏土盂4、粉细砂盂2、粉细砂盂3、粉质黏土盂4、强风化砂质泥岩虞1、中风化砂质泥岩虞2。

2 技术难点

1）江南接收井处于长江漫滩地带，距离夹江不足200 m，地下水系丰富且补给速度快。基坑开挖过程中，随着开挖深度的增加，墙体外侧水压逐渐增大。

2）新老地连墙接头采用直接式接头，此处刷壁难度大且难以清除干净，受力和防渗能力较差，易发生漏水、漏砂等。若不采取有效措施，坑外泥沙有可能大量涌入基坑，直接影响接收井的施工安全。

3）如果大量泥沙涌入基坑，青奥隧道围护结构外侧地层将出现空洞、塌陷等，进而影响青奥隧道的安全。

3 施工方案

根据以往类似工程施工经验及施工现场实际情况[1-2]，初步拟定在新老墙接缝处外侧采用以下3种方案达到封水作用，分别为高压旋喷桩止水[3]、盐水冻结封水[4-5]及咬合桩阻水[6-7]，确保基坑开挖施工的安全[8-10]。

3.1 高压旋喷桩止水

3.1.1 高压旋喷桩的布置

江南接收井新老地连墙接缝止水高压旋喷桩采用三重管双高压施工工艺。紧邻接缝处高压旋喷桩桩体加固深度至岩层，即地面以下55 m，外层桩体加固至基坑底以下4 m，即地面以下43 m。考虑成桩深度较大，加大桩体咬合面积，高压旋喷桩桩径为φ800 mm，咬合400 mm。具体布置见图2。

图2 高压旋喷桩布置图Fig.2 Layout of high-pressure jet grouting pile

3.1.2 旋喷桩施工技术参数

影响高压旋喷止水帷幕结构强度及抗渗性能的主要因素有：地基土性质、水泥用量、喷浆压力、提钻速度、施工深度等。对于特定土质条件，主要是控制好水泥用量及水灰比，确保一定的泵送压力，合理选择下沉与提升速度，使得形成的高压旋喷桩体满足设计所规定的强度和抗渗要求，从而保证基坑开挖过程中的稳定性。高压旋喷桩采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，施工技术参数见表1。

表1 高压旋喷桩技术参数Table 1 Technical parameters of high-pressure jet grouting pile

3.2 盐水冻结封水

盐水冻结法是利用氨压缩调节制冷并通过盐水媒介热传导原理进行冻结。在冷冻设备内盐水达到-25耀-30益后，进入冻结管内使地层土壤冻结，温度升高后，盐水回流到冷冻机再冷却。这样盐水就在热交换过程中循环不息，冻结管周围地层的冻土圆柱体直径不断扩展变大并与相邻冻土圆柱体相交，使接缝外侧土体形成完整的且具有一定厚度和强度的且又能防渗的冻土墙，从而达到封水效果。

3.2.1 冻结孔布置

根据现场实际情况，每处接缝布置6个冻结孔，孔间距0.8 m，深度50 m，沿接缝位置的两个直角边布孔，每处接缝设计测温孔2个，深度50 m，距离边孔0.8 m布置，如图3。设计盐水温度-25耀-30益，冻结管规格φ127 mm伊5 mm。冻结壁设计平均温度-10益，有效厚度2 m。

图3 冻结孔布置图Fig.3 Layout of freezing hole

3.2.2 冻结止水条件

冻结壁厚度逸2 m，冻土平均温度臆-10益，盐水去回温差臆2益。

3.3 咬合桩阻水

咬合桩采用全套管施工法，使用全回转设备施工。该工法利用回转装置使钢套管与土层间的摩阻力大幅度减少，边回转边压入，同时利用液压土斗挖掘取土直至套管下到设计标高为止。本工程全回转钢套管压入到达设计标高后，安装导管，将导管竖立在钻孔中心，最后利用泵车灌注混凝土成桩。

咬合桩布置见图4。接缝处三角形布置3根φ1 200 mm咬合桩YH01—YH03，YH03紧贴新老地连墙，YH01与YH02分别紧贴新老地连墙且与YH03咬合500 mm。

图4 咬合桩布置图Fig.4 Layout of occlusal pile

4 效果分析对比

4.1 高压旋喷桩止水效果分析

4.1.1 成桩情况

高压旋喷止水桩施工完成达到28 d龄期后，进行取芯检测，地面以下35 m芯样成型完整，强度较高，但35耀41 m芯样不成型、不连续，41 m以下无成型芯样。根据基坑设计的开挖深度，高压旋喷桩未能达到止水效果。

4.1.2 原因分析

1）江南接收井地面以下12 m内的地层为杂填土，含有较多的混凝土块、石块等障碍物，桩机的高压水无法对此障碍物切削，导致桩体不连续或不完整，失去止水效果。

2）江南接收井地面以下12~55 m均为粉细砂层，自身稳定性较差，钻杆进入粉细砂后，易塌孔，砂挤压桩机钻杆，堵塞桩机钻杆上浆液喷嘴，压力无法排除，导致钻杆抱死，产生埋钻现象。埋钻后处理难度较大且在此处易产生渗水通道，桩体失去止水效果。

4.2 盐水冻结法封水效果分析

4.2.1 冻结封水效果

1）根据每天设备运行记录显示单孔组盐水流量为8 m3/h，达到要求。

2）施工监测结果显示，冻结7 d盐水温度降至-25益以下，冻结系统正常运转期间，盐水温度降至-25耀-30益之间，且冻结管无盐水漏失，符合设计要求。根据每天盐水温度监测记录，盐水总去回路温差臆2益，符合要求，见表2。

表2 盐水温度记录表Table 2 Brine temperature record

3）测温孔共4个，每个孔内放置了1条测温线，每5 m设置1个测温点，共计10个测温点，测温点深度距离地表面分别为5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m。根据每天测温点温度记录，积极冷冻38 d后，接缝外侧冻土温度未达到-10益以下，继续积极冻结30 d后，温度仍未达到-10益以下，见表3。

表3 测温孔温度记录表Table 1 Temperature record of temperature measuring hole

4.2.2 原因分析

1）两处接缝外侧阴角位置已施工高压旋喷桩，冻结孔周围地层中含有大量水泥，水泥水化热产生大量热量，带走大部分冷量，影响冷冻效果。

2）基坑开挖施工过程中，由于基坑降水，地连墙内外两侧存在水位差，从而使接缝处形成漏水通道，水流带走冷量，影响冷冻效果，达不到预期温度。

4.3 咬合桩阻水效果分析

1）全套管全回转钻机能够有效抓取地层中的障碍物，保证成桩质量及桩体的完整性，没有发生断桩现象，不会产生新的渗漏水通道。

2）全套管全回转钻机能有效保证桩身垂直度，使桩体与墙体密贴，达到了阻水效果，使基坑顺利开挖。

3）采用全套管施工，成桩过程中不会发生塌孔，且对周围地层扰动较小，对既有青奥隧道结构影响较小。

5 结语

通过以上3种方案在实际施工中的效果对比及问题分析，得出如下结论：

1）在深粉细砂地层条件下的超深基坑，地连墙接缝采用高压旋喷桩止水。旋喷桩桩体完整性无法保证，易出现渗流通道，止水效果差。

2）接缝处水流流速较大时，采用冷冻法止水，流水会带走大量冷量，造成土体冻结困难，无法形成有效冻结体。

3）全套管全回转咬合桩明显优于其他两种方案，在对青奥隧道影响最小的前提下，有效地对新老地连墙接缝起到阻水作用，减小了新老地连墙接缝处涌水涌砂的风险，基坑得以顺利开挖。

4）今后类似工况深基坑工程，可优先选用全套管全回转咬合桩止水。