TRD工法在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

上海智平基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200060

1 工程概述

武漢長(zhǎng)航中心大廈暨民生路長(zhǎng)航小區(qū)擴(kuò)建工程基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻和TRD工法止水帷幕，基坑開(kāi)挖深度18.9～22 m，局部開(kāi)挖深度28.9 m。TRD工法設(shè)計(jì)深度是目前國(guó)內(nèi)最深（58.6 m），要穿過(guò)厚近20 m的鐵板砂層、厚3～4 m的中細(xì)砂卵礫層、厚逾2 m的強(qiáng)風(fēng)化巖層后，進(jìn)入中風(fēng)化巖層不小于0.2 m，在上述地層的切削過(guò)程中，TRD工法施工效率低、極易使鏈鋸崩裂破壞。

過(guò)改進(jìn)施工工藝及刀排配置，成功完成了該工程TRD工法的施工。

1.1 周邊環(huán)境

擬建場(chǎng)區(qū)位于武漢市江岸區(qū)沿江大道以西、民生路以南、黃陂街以東、南臨長(zhǎng)航大廈等建筑。周邊環(huán)境復(fù)雜。

本工程?hào)|側(cè)地下室結(jié)構(gòu)退紅線8 m，紅線外為沿江大道，沿江大道路寬約40 m，東側(cè)為長(zhǎng)江。本工程地下室邊線距離長(zhǎng)江堤岸最近處僅約60 m，已經(jīng)進(jìn)入堤防保護(hù)線5～6.5 m；

沿江大道下分布有大量的管線，主要為電力、光纖、電信、路燈、給排水等。

紅線內(nèi)場(chǎng)地西北側(cè)分布1 幢14～16 層保留居民樓，距離本工程地下室10～14 m，在基坑1 倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，采用的預(yù)制樁樁端標(biāo)高7.40 m（相對(duì)本工程±0.00為－18.70 m），本工程基坑普遍開(kāi)挖深度－18.30 m，開(kāi)挖面位于其樁端上400 mm。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程坑底以下③1細(xì)砂層開(kāi)始均為承壓水層，含水層厚近40 m，較深的范圍內(nèi)均為細(xì)砂或中細(xì)砂，且與長(zhǎng)江有一定的水力聯(lián)系，水位較高，且隨汛期變化幅度較大。

1.3 本工程的重難點(diǎn)分析

本工程難點(diǎn)一是墻體超深，二是地層復(fù)雜。地質(zhì)報(bào)告揭示第③2層為厚近20 m的鐵板砂、第④層中細(xì)砂夾卵礫石層厚3～4 m，中風(fēng)化泥巖單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)9.5 MPa，故難點(diǎn)是需切割的地層復(fù)雜，施工難度大。

2 設(shè)備選型

根據(jù)設(shè)計(jì)和地質(zhì)勘查情況，選用了TRD-E型工法設(shè)備及成套的BW450供漿泵。

3 TRD止水帷幕施工[1-4]

3.1 試成墻施工及結(jié)果分析

3.1.1 試成墻

本項(xiàng)目試成墻從2013年1月31日14：30開(kāi)始采用出廠原裝鏈鋸和刀頭及其組合形式先行挖掘，至2013年3月8日13：28累計(jì)切削11 m并第一次噴漿6 m，歷時(shí)8 d，平均切割速度約17.36 h/m。切削速度緩慢，期間還發(fā)生過(guò)切割箱連接螺絲斷裂、鏈條脫軌、鏈條定位架掉落。其中因鏈條脫落被迫起拔一次切割箱。

3.1.2 試成墻結(jié)果分析

試成墻檢測(cè)報(bào)告稱，水泥土攪拌墻TRD芯樣抗壓強(qiáng)度介于1.0～1.16 MPa之間，均大于1.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。水泥土攪拌墻TRD芯樣滲透系數(shù)介于6.85×10-8～8.79×10-8cm/s之間，均小于1.0×10-7cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。從鉆孔底鉆取的巖芯判斷，TRD墻已進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層。

從檢測(cè)報(bào)告的結(jié)論中可以看出：由TRD工法施工的防滲墻體抗壓強(qiáng)度在本工程淺層粉質(zhì)黏土中墻身強(qiáng)度超過(guò)1.0 MPa，深層砂性土中墻身強(qiáng)度可達(dá)到2.0 MPa，滲透系數(shù)均達(dá)到10-8。滿足設(shè)計(jì)對(duì)TRD工法防滲性能的要求。

本工程地層含砂量較高，采用TRD工法施工能夠保證墻體攪拌均勻，且抗壓強(qiáng)度由于水泥與砂性土的攪拌形成了類水泥砂漿，比普通的水泥土攪拌樁高出許多。故TRD工法十分適用于砂性較重的土層中。

出廠原配的TRD工法主機(jī)、鏈鋸及刀排雖標(biāo)稱僅可在單軸抗壓強(qiáng)度≤5 MPa的泥巖中進(jìn)行施工，然由于本工程TRD工法超深，故切割箱自重亦較大。憑借著切割箱較大的自重，雖然進(jìn)尺較為困難，磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，但也可以在強(qiáng)度達(dá)到9.5 MPa的泥巖中進(jìn)行施工。

3.1.3 針對(duì)試成墻施工的總結(jié)

（a）本工程雜填土層較厚，TRD工法機(jī)械不僅存在初次下切困難的問(wèn)題，且由于雜填土層的松軟而造成TRD工法機(jī)械在下沉?xí)r，地下的切割箱向面外變形，從而在切割箱上產(chǎn)生異常應(yīng)力，不僅施工精度受到影響，還發(fā)生了鏈條脫落的情況，通過(guò)及時(shí)提拔切割箱才避免了可能的更嚴(yán)重情況的發(fā)生，正式施工前必須采取措施對(duì)雜填土層進(jìn)行合理的加固處理方可避免類似事件再次發(fā)生。

（b）從試成墻的施工結(jié)果來(lái)看，TRD-E工法原裝刀具可以勉強(qiáng)在單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)9.5 MPa的中風(fēng)化泥巖中施工，但施工效率低、施工損耗的加劇及施工意外情況的發(fā)生都較以往在軟巖地層（單軸抗壓強(qiáng)度≤5 MPa）中的施工表現(xiàn)得更為突出。故必須在正式施工前拿出切實(shí)有效的解決方案以保證上述幾點(diǎn)得以在今后的施工過(guò)程中有效地解決。

3.2 擬定的TRD施工方案

3.2.1 淺部雜填土的處理

（a）對(duì)于埋深在1.5 m以內(nèi)的地下障礙物，直接利用挖掘機(jī)開(kāi)挖、清除，并及時(shí)回填素土并分層夯實(shí)。

（b）對(duì)于埋深超過(guò)1.5 m的地下障礙物，擬采用挖掘機(jī)（加長(zhǎng)臂挖掘機(jī)）進(jìn)行簡(jiǎn)易放坡開(kāi)挖、清除；清障結(jié)束后產(chǎn)生較大的空洞，采用10%的水泥摻入素土分層夯實(shí)、整平，以確保地基承載力滿足大型施工機(jī)械穩(wěn)定行走的要求。

（c）TRD工法橫向行走時(shí)在行走機(jī)構(gòu)下方鋪設(shè)走道鋼板，以保證將接地壓力分散到地基土中，確保地基本身的支撐能力。

（d）由于轉(zhuǎn)角處TRD工法設(shè)備須進(jìn)行切割箱整體提拔的作業(yè)，屆時(shí)地基將承載含履帶吊及切割箱整體的質(zhì)量，若地基土不穩(wěn)定，將可能導(dǎo)致履帶吊側(cè)翻釀成事故，故擬對(duì)屆時(shí)切割箱提拔時(shí)履帶吊停泊位置下方采取水泥土攪拌樁加固的措施，加固施工在雜填土換填之后進(jìn)行。

3.2.2 施工方法的改進(jìn)

針對(duì)本工程須切削單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)9.5 MPa的中風(fēng)化泥巖的情況，根據(jù)試成墻的經(jīng)驗(yàn)，我公司在常規(guī)施工方案的基礎(chǔ)上作適當(dāng)改進(jìn)，即將原有施工方法調(diào)整為如下的施工方法（圖1）：

圖1 擬在工程墻施工期間改進(jìn)的施工方法

第一步，憑借TRD工法切割箱的自重，操作設(shè)備以垂直方向成3°角下鉆切割箱至入中風(fēng)化泥巖不小于200 mm；

第二步，提拔切割箱底部至出中風(fēng)化泥巖表面；

第三步，通過(guò)TRD工法水平液壓油缸橫向切削推進(jìn)切割箱一定距離，并保證與已切割區(qū)段必要的搭接寬度。

第四步，憑借TRD工法切割箱的自重，將切割箱底部由中風(fēng)化泥巖表面以垂直方向成3°角下鉆切割箱至入中風(fēng)化泥巖不小于設(shè)計(jì)深度。

第五步，重復(fù)第二步至第四步，直至同一直線區(qū)段的TRD工法墻體施工完成。

3.2.3 刀排配置的改進(jìn)

擬按照3.2.2中所述的改進(jìn)后的施工方法進(jìn)行施工，則切削用刀排加工及排列組合方式亦需進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)。

根據(jù)傳統(tǒng)的巖石破碎理論，當(dāng)?shù)额^附近存在有自由面時(shí)，侵入時(shí)產(chǎn)生側(cè)旁的破碎，將有利于碎巖。TRD工法特制的刀頭和合理的刀頭布置間距相互配合，為創(chuàng)造自由面從而碎巖創(chuàng)造了條件。具體配置如下：

（a）1#刀排的主刀頭由原來(lái)120 mm高度改為170 mm高度，后續(xù)跟進(jìn)刀頭的高度也相應(yīng)增加。主要考慮兩方面的原因：當(dāng)?shù)额^高度增加后，配合刀頭間距的加大，相鄰兩刀頭間的動(dòng)作幅度加大，能夠產(chǎn)生更大的切削沖擊功，從而使沖擊效率提高；加高的1#刀排能夠加大后續(xù)刀排切割時(shí)的自由面，從而一方面加快切削速度，一方面對(duì)減少后續(xù)刀排磨損也是有利的；

（b）刀排與刀排間距的改變。將原有的刀排間距由406.4 mm（2 組鏈齒）調(diào)整為812.8 mm（4 組鏈齒），主要考慮兩方面的原因：當(dāng)?shù)杜砰g距增大后，配合著刀頭高度的增加，能夠產(chǎn)生更大的切削沖擊功。刀排間距加大后相應(yīng)的切割箱上下運(yùn)動(dòng)幅度也加大，從而能提供更大的下壓動(dòng)能，為更快的切削提供保證。

4 結(jié)語(yǔ)

施工實(shí)踐證明，在轉(zhuǎn)角處進(jìn)行了水泥土加固之后，原雜填土區(qū)域的地基承載力大大提高，可承受履帶吊和起吊切割箱的整體受力。

TRD工法在應(yīng)對(duì)類似于本項(xiàng)目墻體須進(jìn)入單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)9.5 MPa的中風(fēng)化泥巖，方可隔斷基坑地下水與長(zhǎng)江水力聯(lián)系的情況下，采取對(duì)刀具的適當(dāng)改進(jìn)和改變刀排間的排列方式，可有效解決其在類似地層中施工進(jìn)尺緩慢且磨損極為嚴(yán)重的情況。

對(duì)于雜填土厚度較厚的情況，除須對(duì)待施工TRD工法區(qū)域的雜填土挖除換填之外，由于履帶吊、TRD工法機(jī)均在坑內(nèi)行走，對(duì)轉(zhuǎn)角處（基坑內(nèi)為陽(yáng)角）的土體變形影響很大，須采用水泥土攪拌樁加固的方式予以加固處理，建議加固深度超過(guò)雜填土層底的深度，且進(jìn)入原狀土不小于1 m。