TRD工法在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

TRD工法(Trench-Cutting Re-mixing Deep Wall Method)是由日本于20世紀(jì)90年代初開發(fā)研制的新型等厚橫移式水泥土地下連續(xù)墻施工工法[1-4]，與傳統(tǒng)的單軸或多軸螺旋鉆孔機(jī)所形成的柱列式水泥土地下連續(xù)墻工法不同，是能在各類土層和砂礫石層中連續(xù)成墻的成套設(shè)備和施工方法。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

海門路55#地塊項(xiàng)目位于上海市虹口區(qū)的中心區(qū)域，由2 幢263 m高的辦公樓和1 座3 層的主題商業(yè)中心組成。裙房地下共6 層，基坑開挖總面積約30 440 m2，屬于一級(jí)安全等級(jí)基坑，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。上海市軌交12號(hào)線提籃橋站（已投入運(yùn)營(yíng)）位于基地北側(cè)，其部分主體及附屬結(jié)構(gòu)位于基地范圍內(nèi)，如圖1所示。

圖1 施工區(qū)域概況及平面布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下室結(jié)構(gòu)外墻兩墻合一，采用厚1.2 m地下連續(xù)墻。

1.2 地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地屬濱海平原地貌類型，地表覆有厚1.0～3.4 m的雜填土。一般地面標(biāo)高在+2.28～+3.23 m。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地80.3 m 深度范圍內(nèi)地層均為第四紀(jì)松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成，具有成層分布特點(diǎn)。

1.3 水文條件

據(jù)上海地區(qū)區(qū)域資料，地下水主要有淺部黏性土層中的潛水，部分地區(qū)淺部粉性土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。淺部土層中的潛水位埋深，離地表面0.3～1.5 m，年平均地下水位離地表面0.5～0.7 m，深部承壓水位、潛水位和承壓水位隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素而有所變化。

2 加固選型

2.1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

（a）擬建場(chǎng)地位于市中心，為一級(jí)安全等級(jí)基坑，施工安全性要求高。

（b）地下工程兩墻合一，地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)也是主體地下室結(jié)構(gòu)外墻，對(duì)側(cè)壁加固體系的質(zhì)量特別是止水性要求高。

（c）兩側(cè)加固有效樁長(zhǎng)41 m，屬超深止水帷幕，為實(shí)現(xiàn)地下連續(xù)墻的順利成墻，止水帷幕垂直度要求不大于1/200。

（d）本項(xiàng)目周邊條件復(fù)雜，且北側(cè)緊鄰軌道交通12號(hào)線提籃橋站，在施工期間需重點(diǎn)保護(hù)。因此，施工時(shí)必須將本工程對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最低，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 方案比選

經(jīng)工程地質(zhì)與水文條件分析，適用于本工程槽壁加固的常用工法為三軸水泥土攪拌樁深層加固。但因本項(xiàng)目緊鄰地鐵站，且為超大、超深基坑，對(duì)加固方案的施工質(zhì)量、安全性、垂直度、防水性、經(jīng)濟(jì)性等方面都提出了更高要求。我們通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的特殊性進(jìn)行研究分析，且借鑒國(guó)內(nèi)外相似案例的成功經(jīng)驗(yàn)，決定引進(jìn)新型的TRD工法設(shè)備（進(jìn)行槽壁加固施工，以便更好地滿足本項(xiàng)目的施工要求。

TRD工法20世紀(jì)90年代初由日本開發(fā)研制，是能在各類土層和砂礫石層中連續(xù)成墻的成套設(shè)備和施工方法。該工法將水泥土攪拌墻的攪拌方式由傳統(tǒng)的垂直軸螺旋鉆桿水平分層攪拌，改變?yōu)樗捷S鋸鏈?zhǔn)角懈钕溲貕ι畲怪闭w攪拌。其工作原理為通過(guò)動(dòng)力箱液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏈鋸式切割箱，分段連接鉆至預(yù)定深度，水平橫向挖掘推進(jìn)，同時(shí)在切割箱底部注入固化液，使其與原位土體強(qiáng)制混合攪拌，形成的等厚度水泥土攪拌墻，也可插入型鋼以增加攪拌墻的剛度和強(qiáng)度[5-8]。傳統(tǒng)三軸水泥土攪拌樁工法與TRD工法成墻截面如圖2所示，性能比較如表1所示。

表1 TRD工法加固與三軸水泥土攪拌樁工法加固主要性能與指標(biāo)對(duì)比

圖2 TDR工法與傳統(tǒng)工法對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析，最終確定本項(xiàng)目基坑側(cè)壁加固選型方案如下：

（a）外圈地下連續(xù)墻外側(cè)采用單排700 mm TRD工法等厚度水泥土攪拌墻加固，加固深度41 m。

（b）其余區(qū)域采用Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁傳統(tǒng)工法進(jìn)行槽壁加固，搭接250 mm，加固深度41 m。

3 工程應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)段施工

為準(zhǔn)確推算TRD工法的推進(jìn)速度與成墻時(shí)間，確定施工參數(shù)與成墻質(zhì)量，并評(píng)估其環(huán)境影響與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，我們先進(jìn)行了一段長(zhǎng)8 m、深41 m、厚800 mm的TRD試驗(yàn)段施工。施工工序如圖3所示。

圖3 TDR工法施工示意

3.2 TRD工效

本試驗(yàn)段TRD工效為切割箱自行打入挖掘工序約需要24 h，水泥土攪拌墻建造工序中，先行挖掘速度為45～60 min/m，回撤挖掘速度為10～15 min/m，成墻攪拌速度為30～35 min/m（水平每延米水泥用量12.9～15.5 t）；切割箱拔出分解工序4～5 h完成。

3.3 施工參數(shù)

（a）切割箱體配置為：1 段3.5 m、1 段1.22 m、10 段3.655 m，總長(zhǎng)為41.27 m，尚有余尺0.27 m。

（b）挖掘液拌制采用鈉基膨潤(rùn)土，每立方米被攪拌土體摻入100 kg膨潤(rùn)土，先行挖掘施工過(guò)程按1 000 kg水、50～150 kg膨潤(rùn)土拌制漿液；養(yǎng)生段挖掘液按1 000 kg水、200～300 kg膨潤(rùn)土拌制漿液。先行挖掘液漿液相對(duì)密度控制在1.02～1.04，養(yǎng)生段挖掘液漿液相對(duì)密度為1.06～1.10。根據(jù)泥漿的流動(dòng)度控制挖掘液配比，從而保持槽壁穩(wěn)定性。

（c）挖掘液混合泥漿流動(dòng)度控制在160～240 mm，固化液混合泥漿流動(dòng)度控制在150 ～280 mm。

（d）固化液拌制采用P.O 42.5水泥，每立方米被攪拌土體摻入25%～30%的水泥，即每立方米土摻入水泥450～540 kg；水灰比1.2，施工過(guò)程每1 000 kg水泥，摻1 200 kg水拌制漿液，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)漿液情況陸續(xù)調(diào)小水灰比，從而加強(qiáng)固化液效果。

樁身垂直度偏差≤1/250，槽壁加固后土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度1.2 MPa。

3.4 質(zhì)量檢測(cè)情況

（a）14 d、40 d取芯結(jié)果顯示，14 d取芯強(qiáng)度普遍大于0.5 MPa，40 d取芯強(qiáng)度普遍大于0.8 MPa，且攪拌均勻性較好，水泥土離散性較低，整體強(qiáng)度較穩(wěn)定。

（b）14 d、40 d的芯樣滲水結(jié)果顯示，14 d、40 d芯樣抗?jié)B系數(shù)普遍在10-6等級(jí)，同時(shí)，40 d的抗?jié)B系數(shù)離散性也較小。

3.5 監(jiān)測(cè)成果

等厚度水泥土攪拌墻試成墻過(guò)程中，布設(shè)了地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和深層土體分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)測(cè)。

3.5.1 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（圖4）分析，成墻施工引起的地表變形規(guī)律與預(yù)期相同，在試驗(yàn)段成槽與成墻階段引起的地表變形量相地表垂直位移變化曲線對(duì)較小，變化幅度在±5.0 mm 內(nèi)。試驗(yàn)段施工過(guò)程中的地表變形具體表現(xiàn)為：從成槽開始至成墻結(jié)束，地面處于小幅上抬中，其中上抬相對(duì)明顯測(cè)點(diǎn)為DB2～DB4（2.2 mm～4.4 mm），上抬最大值為14 日上午DB2（4.4 mm）；成墻結(jié)束后，地面變形處于恢復(fù)下沉中，其中成墻結(jié)束24 h內(nèi)，變形恢復(fù)最快，集體出現(xiàn)由上抬至下沉的轉(zhuǎn)變， 距墻體最近的DB2 變化幅度甚至達(dá)到6.4 mm。成墻結(jié)束36 h后，地面變形雖略有發(fā)展，但隨著時(shí)間推移，基本趨于穩(wěn)定。從地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)與墻體距離分析，試驗(yàn)段主要影響測(cè)點(diǎn)為DB2～DB7，對(duì)應(yīng)平面距離在20 m 左右。

圖4 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移

3.5.2 深層土體測(cè)斜

從土體深層水平位移監(jiān)測(cè)成果分析，成墻施工引起的土體側(cè)移規(guī)律與預(yù)期相同，從成槽開始至成墻結(jié)束，受墻體噴漿擠壓，土體深層水平位移多向遠(yuǎn)離墻體方向位移，離試驗(yàn)墻段距離越近，位移幅度相對(duì)越大；其中14 日下午TX2 位移最大值達(dá)－10.4 mm，對(duì)應(yīng)深度為35 m；由各監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移所處深度分析，不同深度變形相對(duì)明顯測(cè)點(diǎn)為TX2～TX4，位移較大值所處深度在30～50 m 之間，成墻結(jié)束后，深層位移變形轉(zhuǎn)換為趨近試驗(yàn)墻段的位移恢復(fù)中，其中成墻結(jié)束24 h內(nèi)，位移恢復(fù)最快，其中尤以TX2 位移最明顯，單日最大位移達(dá)11.1 mm，對(duì)應(yīng)深度為37 m；土體恢復(fù)變形過(guò)程中，距試驗(yàn)段越近，變形恢復(fù)越大。成墻結(jié)束24 h后，位移速率放緩，變形逐步趨于穩(wěn)定。

3.5.3 土體分層沉降

從土體分層沉降監(jiān)測(cè)成果匯總表和曲線分析，成墻施工引起的土體不同深度垂直位移規(guī)律與預(yù)期相同，土體分層垂直位移在試驗(yàn)段成槽、成墻階段，總體表現(xiàn)為上抬，其中最大值為14 日HT2-10，累積上抬達(dá)7.1 mm；由各測(cè)點(diǎn)位置分布分析，離試驗(yàn)段越近，土體分層上抬相對(duì)明顯。試驗(yàn)段成墻結(jié)束后，各土層總體呈現(xiàn)下沉，其中最大值為16 日HT3-6監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大累積下沉達(dá)10.2 mm；從各測(cè)點(diǎn)恢復(fù)下沉幅度來(lái)看，離基坑越近恢復(fù)下沉幅度越大，反之越小。

3.6 監(jiān)測(cè)成果分析

（a）TRD 施工與常規(guī)攪拌樁施工引起的周圍土體變形規(guī)律一致，均包括兩階段，即擠壓變形和變形恢復(fù)，但該工藝引起的土體變形數(shù)值更小，恢復(fù)更快。

（b）土體各類變形在數(shù)值量級(jí)上均不大，采用TRD工法加固對(duì)周邊環(huán)境安全更有利。

（c）結(jié)構(gòu)松散的表層巨厚雜填土的存在，較大程度上可以消散土體中瞬時(shí)增加的擠壓應(yīng)力，對(duì)控制周邊管線和地表變形有利。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用新型TRD工法進(jìn)行超深超大基坑側(cè)壁加固施工，成功克服了緊鄰軌交施工、周邊環(huán)境復(fù)雜、水文地質(zhì)狀況多變等特殊條件下地下室外墻截水帷幕的施工難題。通過(guò)試驗(yàn)段施工綜合各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該工法安全穩(wěn)定、施工質(zhì)量高、防水性能好，且對(duì)周邊環(huán)境影響小，為地下結(jié)構(gòu)的開挖與施工創(chuàng)造了良好條件。