深基坑新老地連墻接縫止水方案比選及分析

佘有光

（南京市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法監(jiān)督局，江蘇南京 210004）

1 工程背景

1.1 工程概況

南京長江第五大橋夾江隧道江南盾構(gòu)接收井右線設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程K10+298.984，終點(diǎn)里程K10+334.834?；硬捎妹魍谀孀鞣ㄊ┕?，長35.85 m，寬50.285 m，深40.1 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 200 mm地下連續(xù)墻，墻深59.9 m，進(jìn)入中風(fēng)化層約4.0 m。接收井東側(cè)緊鄰青奧隧道，地連墻與既有青奧隧道地連墻連接，其深度為55.05 m，墻體進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層約1.0 m，如圖1所示。

圖1 接收井平面布置圖Fig.1 Layout plan of receiving well

1.2 工程地質(zhì)

夾江隧道江南盾構(gòu)接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻地層自上而下依次為雜填土淤1、粉質(zhì)黏土盂4、粉細(xì)砂盂2、粉細(xì)砂盂3、粉質(zhì)黏土盂4、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖虞1、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖虞2。

2 技術(shù)難點(diǎn)

1）江南接收井處于長江漫灘地帶，距離夾江不足200 m，地下水系豐富且補(bǔ)給速度快。基坑開挖過程中，隨著開挖深度的增加，墻體外側(cè)水壓逐漸增大。

2）新老地連墻接頭采用直接式接頭，此處刷壁難度大且難以清除干凈，受力和防滲能力較差，易發(fā)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，直接影響接收井的施工安全。

3）如果大量泥沙涌入基坑，青奧隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地層將出現(xiàn)空洞、塌陷等，進(jìn)而影響青奧隧道的安全。

3 施工方案

根據(jù)以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況[1-2]，初步擬定在新老墻接縫處外側(cè)采用以下3種方案達(dá)到封水作用，分別為高壓旋噴樁止水[3]、鹽水凍結(jié)封水[4-5]及咬合樁阻水[6-7]，確保基坑開挖施工的安全[8-10]。

3.1 高壓旋噴樁止水

3.1.1 高壓旋噴樁的布置

江南接收井新老地連墻接縫止水高壓旋噴樁采用三重管雙高壓施工工藝。緊鄰接縫處高壓旋噴樁樁體加固深度至巖層，即地面以下55 m，外層樁體加固至基坑底以下4 m，即地面以下43 m?？紤]成樁深度較大，加大樁體咬合面積，高壓旋噴樁樁徑為φ800 mm，咬合400 mm。具體布置見圖2。

圖2 高壓旋噴樁布置圖Fig.2 Layout of high-pressure jet grouting pile

3.1.2 旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)

影響高壓旋噴止水帷幕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗?jié)B性能的主要因素有：地基土性質(zhì)、水泥用量、噴漿壓力、提鉆速度、施工深度等。對(duì)于特定土質(zhì)條件，主要是控制好水泥用量及水灰比，確保一定的泵送壓力，合理選擇下沉與提升速度，使得形成的高壓旋噴樁體滿足設(shè)計(jì)所規(guī)定的強(qiáng)度和抗?jié)B要求，從而保證基坑開挖過程中的穩(wěn)定性。高壓旋噴樁采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，施工技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 高壓旋噴樁技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of high-pressure jet grouting pile

3.2 鹽水凍結(jié)封水

鹽水凍結(jié)法是利用氨壓縮調(diào)節(jié)制冷并通過鹽水媒介熱傳導(dǎo)原理進(jìn)行凍結(jié)。在冷凍設(shè)備內(nèi)鹽水達(dá)到-25耀-30益后，進(jìn)入凍結(jié)管內(nèi)使地層土壤凍結(jié)，溫度升高后，鹽水回流到冷凍機(jī)再冷卻。這樣鹽水就在熱交換過程中循環(huán)不息，凍結(jié)管周圍地層的凍土圓柱體直徑不斷擴(kuò)展變大并與相鄰凍土圓柱體相交，使接縫外側(cè)土體形成完整的且具有一定厚度和強(qiáng)度的且又能防滲的凍土墻，從而達(dá)到封水效果。

3.2.1 凍結(jié)孔布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，每處接縫布置6個(gè)凍結(jié)孔，孔間距0.8 m，深度50 m，沿接縫位置的兩個(gè)直角邊布孔，每處接縫設(shè)計(jì)測(cè)溫孔2個(gè)，深度50 m，距離邊孔0.8 m布置，如圖3。設(shè)計(jì)鹽水溫度-25耀-30益，凍結(jié)管規(guī)格φ127 mm伊5 mm。凍結(jié)壁設(shè)計(jì)平均溫度-10益，有效厚度2 m。

圖3 凍結(jié)孔布置圖Fig.3 Layout of freezing hole

3.2.2 凍結(jié)止水條件

凍結(jié)壁厚度逸2 m，凍土平均溫度臆-10益，鹽水去回溫差臆2益。

3.3 咬合樁阻水

咬合樁采用全套管施工法，使用全回轉(zhuǎn)設(shè)備施工。該工法利用回轉(zhuǎn)裝置使鋼套管與土層間的摩阻力大幅度減少，邊回轉(zhuǎn)邊壓入，同時(shí)利用液壓土斗挖掘取土直至套管下到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。本工程全回轉(zhuǎn)鋼套管壓入到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，安裝導(dǎo)管，將導(dǎo)管豎立在鉆孔中心，最后利用泵車灌注混凝土成樁。

咬合樁布置見圖4。接縫處三角形布置3根φ1 200 mm咬合樁YH01—YH03，YH03緊貼新老地連墻，YH01與YH02分別緊貼新老地連墻且與YH03咬合500 mm。

圖4 咬合樁布置圖Fig.4 Layout of occlusal pile

4 效果分析對(duì)比

4.1 高壓旋噴樁止水效果分析

4.1.1 成樁情況

高壓旋噴止水樁施工完成達(dá)到28 d齡期后，進(jìn)行取芯檢測(cè)，地面以下35 m芯樣成型完整，強(qiáng)度較高，但35耀41 m芯樣不成型、不連續(xù)，41 m以下無成型芯樣。根據(jù)基坑設(shè)計(jì)的開挖深度，高壓旋噴樁未能達(dá)到止水效果。

4.1.2 原因分析

1）江南接收井地面以下12 m內(nèi)的地層為雜填土，含有較多的混凝土塊、石塊等障礙物，樁機(jī)的高壓水無法對(duì)此障礙物切削，導(dǎo)致樁體不連續(xù)或不完整，失去止水效果。

2）江南接收井地面以下12~55 m均為粉細(xì)砂層，自身穩(wěn)定性較差，鉆桿進(jìn)入粉細(xì)砂后，易塌孔，砂擠壓樁機(jī)鉆桿，堵塞樁機(jī)鉆桿上漿液噴嘴，壓力無法排除，導(dǎo)致鉆桿抱死，產(chǎn)生埋鉆現(xiàn)象。埋鉆后處理難度較大且在此處易產(chǎn)生滲水通道，樁體失去止水效果。

4.2 鹽水凍結(jié)法封水效果分析

4.2.1 凍結(jié)封水效果

1）根據(jù)每天設(shè)備運(yùn)行記錄顯示單孔組鹽水流量為8 m3/h，達(dá)到要求。

2）施工監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，凍結(jié)7 d鹽水溫度降至-25益以下，凍結(jié)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，鹽水溫度降至-25耀-30益之間，且凍結(jié)管無鹽水漏失，符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)每天鹽水溫度監(jiān)測(cè)記錄，鹽水總?cè)セ芈窚夭钜?益，符合要求，見表2。

表2 鹽水溫度記錄表Table 2 Brine temperature record

3）測(cè)溫孔共4個(gè)，每個(gè)孔內(nèi)放置了1條測(cè)溫線，每5 m設(shè)置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)深度距離地表面分別為5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m。根據(jù)每天測(cè)溫點(diǎn)溫度記錄，積極冷凍38 d后，接縫外側(cè)凍土溫度未達(dá)到-10益以下，繼續(xù)積極凍結(jié)30 d后，溫度仍未達(dá)到-10益以下，見表3。

表3 測(cè)溫孔溫度記錄表Table 1 Temperature record of temperature measuring hole

4.2.2 原因分析

1）兩處接縫外側(cè)陰角位置已施工高壓旋噴樁，凍結(jié)孔周圍地層中含有大量水泥，水泥水化熱產(chǎn)生大量熱量，帶走大部分冷量，影響冷凍效果。

2）基坑開挖施工過程中，由于基坑降水，地連墻內(nèi)外兩側(cè)存在水位差，從而使接縫處形成漏水通道，水流帶走冷量，影響冷凍效果，達(dá)不到預(yù)期溫度。

4.3 咬合樁阻水效果分析

1）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)能夠有效抓取地層中的障礙物，保證成樁質(zhì)量及樁體的完整性，沒有發(fā)生斷樁現(xiàn)象，不會(huì)產(chǎn)生新的滲漏水通道。

2）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)能有效保證樁身垂直度，使樁體與墻體密貼，達(dá)到了阻水效果，使基坑順利開挖。

3）采用全套管施工，成樁過程中不會(huì)發(fā)生塌孔，且對(duì)周圍地層擾動(dòng)較小，對(duì)既有青奧隧道結(jié)構(gòu)影響較小。

5 結(jié)語

通過以上3種方案在實(shí)際施工中的效果對(duì)比及問題分析，得出如下結(jié)論：

1）在深粉細(xì)砂地層條件下的超深基坑，地連墻接縫采用高壓旋噴樁止水。旋噴樁樁體完整性無法保證，易出現(xiàn)滲流通道，止水效果差。

2）接縫處水流流速較大時(shí)，采用冷凍法止水，流水會(huì)帶走大量冷量，造成土體凍結(jié)困難，無法形成有效凍結(jié)體。

3）全套管全回轉(zhuǎn)咬合樁明顯優(yōu)于其他兩種方案，在對(duì)青奧隧道影響最小的前提下，有效地對(duì)新老地連墻接縫起到阻水作用，減小了新老地連墻接縫處涌水涌砂的風(fēng)險(xiǎn)，基坑得以順利開挖。

4）今后類似工況深基坑工程，可優(yōu)先選用全套管全回轉(zhuǎn)咬合樁止水。