TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的應(yīng)用

葛永超

（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006）

1 引言

在復(fù)雜地質(zhì)及水文條件下，對(duì)基坑圍護(hù)止水等施工技術(shù)及工法提出了新的要求。在大量工程實(shí)踐中，技術(shù)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，使得新工藝、新方法迭代升級(jí)并不斷涌現(xiàn)[1]。本文以實(shí)際工程為背景，系統(tǒng)介紹了TRD工法的原理及其在深基坑止水帷幕中的應(yīng)用，為其他類似工程提供了設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。

2 工程概況

某污水處理廠一期基坑開挖與支護(hù)工程，一體化箱體和泥區(qū)平面尺寸為368 m×（106～183） m；場(chǎng)地平整標(biāo)高6.0～7.0 m，西高東低，基坑深度6.3～8.6 m。該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樁采用灌注樁與高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁相結(jié)合的方式布置；灌注樁強(qiáng)度等級(jí)不低于C35（水下），水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁身混凝土強(qiáng)度為C80，采用PHC500-AB125-24～28c管樁?；又顾∧徊捎肨RD工法樁和三軸水泥土攪拌樁（直徑850 mm）。

擬建場(chǎng)地位于某市東海域，所在海域?qū)購(gòu)?qiáng)潮海區(qū)，正規(guī)半日潮，場(chǎng)地地貌為海灣灘涂地貌。

地勘表明場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜：①1雜填土、①2素填土、①3填砂、②淤泥、③粉質(zhì)黏土、④粉土、⑤殘積砂質(zhì)黏性土、⑥全風(fēng)化花崗巖、⑦砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑨中風(fēng)化花崗巖。地勘表明，地表雜填土層上部有建筑垃圾和碎磚石，同時(shí)場(chǎng)地有土質(zhì)松軟的暗浜。

3 TRD工法介紹

3.1 工法原理

TRD工法由日本在1993年發(fā)明，是目前世界上最為先進(jìn)的圍護(hù)施工方法之一，2009年引入我國(guó)，在不同工程中得到了成功應(yīng)用，得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可和推廣。

TRD工法是利用液壓主機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈鋸式切割箱，對(duì)土地進(jìn)行豎向切割，切割至設(shè)計(jì)深度后，刀具連同主機(jī)橫向移動(dòng)形成等厚的地下連續(xù)墻[2，3]。成墻機(jī)理主要從高壓噴射注漿和理化反應(yīng)2方面解釋。

1）高壓噴射注漿

利用高壓水噴射流切割原理對(duì)土體進(jìn)行切割，可以加固地基土，提高土體的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，一定程度上是部分地基土體被泥漿置換。

高壓噴射注漿形成固結(jié)體是切割土、攪拌揚(yáng)升、填充擠壓、漿液固結(jié)等共同作用的結(jié)果。切割土作用是指噴射流在高壓作用下，地基土在動(dòng)水壓力、水力劈裂力、脈動(dòng)壓力等共同作用下被破壞；攪拌揚(yáng)升是指空氣作用使泥漿混合液沿孔壁噴射出地面，改變了土層的顆粒級(jí)配；填充擠壓則是噴射泥漿在靜水壓力作用下對(duì)土層的擠壓作用。泥漿固結(jié)是指泥漿向周圍土層擴(kuò)散，提高其強(qiáng)度和抗?jié)B性。

2）理化反應(yīng)

TRD工法注入的固化劑與深層破碎的土之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使原狀土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成完整性、水穩(wěn)性和高強(qiáng)度的水泥土和石灰土。

固化劑目前常用水泥、石灰等材料，在攪拌機(jī)作用下使固化劑與土地進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，?jīng)過(guò)一系列的物化反應(yīng)形成一種強(qiáng)度比天然土體高、整體穩(wěn)定性和抗?jié)B性良好的等厚水泥土抗?jié)B墻體。

3.2 工法特點(diǎn)

1）適用性強(qiáng)：TRDI法在穩(wěn)定性和實(shí)用性上有較大優(yōu)勢(shì)。在施工深度上可以延伸至地下60 m，成墻厚度最大可到850 mm，機(jī)具高度約10 m。

2）適應(yīng)地層廣：在標(biāo)準(zhǔn)貫入度N＜100的軟質(zhì)土層中表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)在硬質(zhì)地層中具有良好的挖掘性能。

3）無(wú)縫連接：施工一次成墻，墻體等厚，可以任意設(shè)置芯材間距。

4）成墻品質(zhì)好：相比傳統(tǒng)工法，在深層土層中攪拌均勻，墻體具有很好的均質(zhì)性和連續(xù)性，成墻強(qiáng)度高、抗?jié)B性好、水平和垂直偏差率低。墻體抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.0 MPa，滲透系數(shù)可達(dá)105mm/s。

4 深坑止水帷幕中的應(yīng)用

4.1 傳統(tǒng)工法的局限性

傳統(tǒng)工法的局限性體現(xiàn)在以下3方面：

1）傳統(tǒng)旋噴樁對(duì)技術(shù)人員的機(jī)械操作水平要求比較高，在復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)中適應(yīng)性差，在較深土層中成樁質(zhì)量得不到保證，成本難以控制；

2）樁與樁之間的咬合度較差，在土層多變的深大基坑中止水效果較差，存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)；

3）施工效率低，機(jī)具對(duì)場(chǎng)地要求高，在城市施工噪聲大，泥漿量較大，對(duì)周圍環(huán)境的污染較為嚴(yán)重，不能做到綠色施工。

4.2 應(yīng)用前景分析

應(yīng)用前景從以下3方面進(jìn)行分析：

1）經(jīng)濟(jì)效益：TRD工法施工工期短、造價(jià)較低、適用范圍廣，成墻可作為建筑物本體，可以起到止水帷幕的作用，節(jié)省大量的混凝土和鋼材。在基坑止水帷幕達(dá)到相同效果的情況下，TRD工法要比傳統(tǒng)工法成墻厚度少0.2～0.5 m，可節(jié)約大量原材料和土地，明顯降低造價(jià)。

2）社會(huì)效益：對(duì)比傳統(tǒng)SMW工法，在深基坑圍護(hù)施工中TRD工法具有明顯優(yōu)勢(shì)。SMW工法施工深基坑圍護(hù)一般＜20 m，在深層攪拌表現(xiàn)較差，樁間搭接效果不能保障。TRD工法在深基坑圍護(hù)施工中可以保證成墻水泥土的連續(xù)性和均勻性。在設(shè)備機(jī)具高度上，TRD工法約11 m，而SMW工法達(dá)到25 m以上，樁架的安全性能得不到保障。TRD工法節(jié)省了施工工藝，集約了社會(huì)成本。

3）環(huán)境效益：TRD工法具有低噪聲、振動(dòng)低、泥漿無(wú)須外運(yùn)、節(jié)水等優(yōu)勢(shì)，具有良好的環(huán)境效益。傳統(tǒng)混凝土連續(xù)墻會(huì)產(chǎn)生大量泥漿，特別是城市地鐵、高層建筑等施工會(huì)產(chǎn)生較大環(huán)境負(fù)擔(dān)。

4.3 TRD工法的具體應(yīng)用

4.3.1 施工應(yīng)用

TRD工法施工應(yīng)用廣泛，起到支護(hù)和止水帷幕雙重作用，特別是在有地下水涌入的地下挖掘工事中，臨江、臨河、臨海地下水位較高的超深基坑中，以及在盾構(gòu)豎井、擋土防滲墻、腐殖地層的地基改良中也有廣泛的應(yīng)用。

在本基坑止水帷幕的施工過(guò)程中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出土情況和實(shí)驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整施工參數(shù)，如適當(dāng)延長(zhǎng)成墻的攪拌時(shí)間，以保證成墻的連續(xù)性和均質(zhì)性。本工程采用TRD-Ⅲ型工法工程鉆機(jī)，搭配切割箱、空壓機(jī)以及測(cè)量裝置進(jìn)行施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，成墻后對(duì)墻體鉆孔取樣，測(cè)量不同齡期墻體的強(qiáng)度和滲透性。檢測(cè)結(jié)果顯示：TRD工法止水帷幕施工在土層多變的基坑中呈現(xiàn)較好的均勻性，滲透性指標(biāo)均勻可靠，較傳統(tǒng)三軸攪拌樁有較大的優(yōu)勢(shì)。

4.3.2 控制措施

1）前置工作

在機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前清除場(chǎng)地障礙物、場(chǎng)地“三通一平”，并鋼板鋪設(shè)、預(yù)留施工便道、測(cè)量定位方向等，針對(duì)不良地質(zhì)適當(dāng)采用清淤、換填等方式進(jìn)行改造。

2）試成墻施工

本工程試成墻施工深度42 m，成墻厚度0.7 m，注漿區(qū)域水平延長(zhǎng)6 m。施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平，同時(shí)處理不良地質(zhì)和地下障礙物，適當(dāng)提高水泥的摻量。試成墻施工完成后需進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)、滲透性檢測(cè)。分析及明確各施工技術(shù)參數(shù)、工藝流程和關(guān)鍵控制步驟，以達(dá)到正確指導(dǎo)施工的目的。

3）垂直精度控制

成墻垂直度要從2方面來(lái)控制：施工前土地壓實(shí)整平，軸線引測(cè)；施工時(shí)保證機(jī)具的水平和導(dǎo)桿的垂直，保證鉆機(jī)正確就位，開鑿前校驗(yàn)立柱導(dǎo)桿的垂直偏差度在1/250以內(nèi)。

4）成墻品質(zhì)

為保證成墻的強(qiáng)度和抗?jié)B透能力，施工前應(yīng)結(jié)合試成墻實(shí)驗(yàn)明確施工速度、水泥摻量等技術(shù)參數(shù)。新舊墻體搭接中要對(duì)每次成墻的終點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，保證先后成墻搭接段≥50 cm，并在搭接部位增加固化液的摻量，保證接縫質(zhì)量。

4.3.3 質(zhì)量測(cè)評(píng)

為保障基坑的長(zhǎng)久穩(wěn)定，在施工完成后一般有原位監(jiān)測(cè)、室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)開挖監(jiān)測(cè)3種測(cè)評(píng)辦法。

1）原位監(jiān)測(cè)

主要監(jiān)測(cè)成墻的完整性和抗?jié)B性能。采用高清鉆孔成像電視配合鉆孔雷達(dá)探測(cè)，可對(duì)成墻的完整性進(jìn)行測(cè)評(píng)；正負(fù)壓水試驗(yàn)測(cè)評(píng)墻體滲透性。

2）室內(nèi)測(cè)試

強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后（成墻28 d后），對(duì)鉆孔取樣的樣品進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)土層分布和墻體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)墻體不同深度進(jìn)行取樣，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)≥5處，取樣應(yīng)≥3組。

3）現(xiàn)場(chǎng)開挖監(jiān)測(cè)

TRD工法成墻完成后，在基坑開挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)物理場(chǎng)的變化，系統(tǒng)地評(píng)估該工法的可靠性，并匯總數(shù)據(jù)分享發(fā)布，為工法改進(jìn)提供參考依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

TRD工法施工深度大、地層地質(zhì)適用性強(qiáng)、防滲性能優(yōu)良、設(shè)備安全可靠，可大大降低深基坑降水的難度，避免我國(guó)地下水資源的浪費(fèi)。由于該工法在深基坑的應(yīng)用中有顯著的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)江蘇、浙江、上海等省市已得到有效驗(yàn)證，具有較好的推廣性與發(fā)展前景，該工法有望在深基坑的止水帷幕中成為主流。