TRD工法等厚水泥土連續(xù)墻在厚砂層中的應(yīng)用

張曉輝

1.河北省保定市地質(zhì)工程勘察院 河北 保定 071051

2.北京市啟力巖土工程有限公司 北京 102208

隨著城市建設(shè)的步伐加快，建筑場地日益緊張，地下空間的拓展亦不斷發(fā)展，基坑工程規(guī)模不斷加大加深，其對高水位地區(qū)地下水處理和隔水要求愈來愈高。TRD 工法作為日本近年來研制的一種新型工法，具有施工深度大、適應(yīng)地層廣和成墻品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，其在滲透性較強(qiáng)的厚砂層中攪拌成墻后隔水性能可靠，強(qiáng)度均勻連續(xù)[1]。

東夏園162地塊項(xiàng)目作為深大基坑，開挖支護(hù)過程中穿過第四系超厚富水砂層，其自穩(wěn)能力差、介質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度低，在開挖擾動及地下水作用下極易失穩(wěn)破壞，誘發(fā)塌方、涌水、涌沙等重大工程事故，TRD工法在本項(xiàng)目首次應(yīng)用，并取得較好的成果[2]。

1 工程概況

擬建工程位于北京通州區(qū)城市副中心，運(yùn)河?xùn)|大街與同濟(jì)路兩條通州區(qū)核心主干道交匯處，運(yùn)河?xùn)|大街以北，通濟(jì)路以西，地塊編號為FZX-0901-0162，地鐵6號線、M102號線（規(guī)劃中）在此交匯，屬于雙地鐵上蓋項(xiàng)目。地塊邊界東至通濟(jì)路，南至運(yùn)河大街，西至創(chuàng)新路，北至勤政東街。

本項(xiàng)目占地面積28000㎡，基坑面積24000㎡，總建筑面積為148137㎡，為商業(yè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目地上7層，檐高43.5m，設(shè)置4層地下室，結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式為平板筏板基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目支護(hù)結(jié)構(gòu)工程屬于超危大工程，且周邊環(huán)境復(fù)雜（四邊臨近道路、臨近既有管廊、既有6號線地鐵）?？缭脚R地鐵50m保護(hù)范圍、管廊30m保護(hù)范圍。

其中室內(nèi)±0.00標(biāo)高為21.35m。地下四層底板墊層底面標(biāo)高0.53m（-20.82m），地下三層結(jié)構(gòu)底板墊層底標(biāo)高4.33m（-17.02m）。場地地面標(biāo)高20.8-21.2m，基坑開挖深度地下四層為20.27m，地下三層為16.47m?；又苓呴L620m。

基坑支護(hù)形式：采用渠式切割水泥土連續(xù)墻截水帷幕（TRD帷幕墻）+支護(hù)排樁+4道預(yù)應(yīng)力錨桿+預(yù)留土臺支護(hù)形式。

為了確保地下工程的施工安全，本項(xiàng)目先后組織了三次專家論證，即組織巖土專家進(jìn)行了超危大工程專家論證、組織地鐵巖土專家進(jìn)行了臨地鐵超危大工程專家論證、組織管廊巖土專家進(jìn)行了臨管廊超危大工程專家論證，三次專家論證結(jié)果均為一次通過。

圖1 基坑TRD平面布置圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

基坑圍護(hù)范圍淺部為人工填土及新近粉質(zhì)黏土，下部全部為砂層，屬于超厚含砂層。

地層簡述如下：

（1）人工填土層

黏質(zhì)粉土素填土①層：黃褐，稍密，稍濕，以黏質(zhì)粉土為主，含少量磚渣、灰渣。

（2）新近沉積層

黏質(zhì)粉土②層：褐黃色，中密～密實(shí)，稍濕，含云母，氧化鐵。局部含粉質(zhì)黏土透鏡體，夾 粉質(zhì)黏土②1層。

細(xì)砂③層：褐黃色～灰黃色，密實(shí)，濕，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

（3）一般第四紀(jì)沉積層

細(xì)砂④層：灰黃色～灰色，密實(shí)，飽和，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

細(xì)砂⑤層：灰色，密實(shí)，飽和，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

粉質(zhì)黏土～黏土⑥層：灰色，可塑，很濕，含云母、氧化鐵。局部含重粉質(zhì)黏土夾層。

細(xì)砂⑦層：灰黃色，密實(shí)，飽和，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

粉質(zhì)黏土～黏土⑧層：灰黃～灰色，可塑，很濕，含云母、氧化鐵。

細(xì)砂⑨層：灰黃～灰色，密實(shí)，飽和，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

粉質(zhì)黏土⑩層：灰色，可塑，很濕，含云母、氧化鐵。

細(xì)砂?層：灰色，密實(shí)，飽和，主要礦物成分為石英、長石，含云母。

（4）粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土：灰色，硬塑，密實(shí)，很濕。本層層厚 3.1-13.0m，層底標(biāo)高-29.48—-19.65m。

（5）細(xì)中砂：灰色，飽和，密實(shí)。

（6）粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土：灰色，可塑，密實(shí)，很濕。

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察鉆探深度范圍內(nèi)觀測到兩層地下水，具體水位觀測情況詳見附表1“地下水位深度標(biāo)高一覽表”。

表1 地下水位深度標(biāo)高一覽表

場地內(nèi)實(shí)測第一層水～潛水主要含水層為細(xì)砂④層，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，主要排泄方式為蒸發(fā)及地下水徑流。

場地內(nèi)第二層水～承壓水主要含水層為細(xì)砂⑦層，主要補(bǔ)給來源為地下徑流，主要排泄方式為側(cè)向徑流。

地下水位自7月份開始上升，9至10月份達(dá)到當(dāng)年最高水位，隨后逐漸下降，至次年的6月份達(dá)到當(dāng)年的最低水位，平均年變幅約1～2m。

近年來南水北調(diào)的水對北京地下水進(jìn)行了大量補(bǔ)充，北京地下水位相對于勘察時間上升明顯，經(jīng)過水文補(bǔ)充勘察，場地穩(wěn)定水位基本在4.5m，加上場地內(nèi)超厚砂層，含水量大，地下水滲透系數(shù)大，對基坑開挖影響很大。

3 基坑地下水控制設(shè)計(jì)概況

（1）TRD墻及疏干井設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程地下水控制設(shè)計(jì)渠式切割水泥土連續(xù)墻截水帷幕（TRD連續(xù)墻）及基坑內(nèi)疏干井疏干，TRD墻厚800mm寬，墻深43m，墻頂標(biāo)高20.6m，墻底標(biāo)高-22.4m（絕對標(biāo)高；坑內(nèi)疏干井：深度 28m，底標(biāo)高-7.25m（絕對標(biāo)高），井間距 25m×25m ,以平面圖為準(zhǔn)。施工前結(jié)合結(jié)構(gòu)底板圖，盡量避免與梁柱位置沖突， 疏干井位置可適當(dāng)調(diào)整，以避開工程樁、局部深坑等。井直徑600mm，井管外徑為400mm的無砂混凝土濾水管，坑內(nèi)疏干井隨土方開挖逐節(jié)摘除。TRD工程量統(tǒng)計(jì)如表2。

表2 工程量統(tǒng)計(jì)

表3 工序工效表

（2）TRD等厚水泥土攪拌墻施工相關(guān)參數(shù)

設(shè)計(jì)43 mTRD等厚水泥土攪拌墻，切割箱配置9 節(jié)，由下至上排列分別是：1 節(jié)4.3m 被動輪＋8 節(jié) 4.88m 切割箱，總長 43.34m，加上動力頭連接余尺 1.34m

（3）切割刀具配置

根據(jù)TRD設(shè)計(jì)深度、等厚水泥墻寬度，切割箱刀具分別配置780mm、580mm、380mm，250mm，依次排列安裝在鏈條上，循環(huán)安裝，切割箱鏈條循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中分層分步切割形成800mm厚的全斷面的墻體寬度。

（4）水泥材料及配比

TRD等厚水泥土攪拌墻水泥材料選取P.O42.5水泥，水灰比1.0-1.1，設(shè)計(jì)摻量25%，攪拌墻體每延米用水泥量約16t。

（5）TRD成墻設(shè)備

自2005年引入國內(nèi)始，設(shè)備逐步國產(chǎn)化，使設(shè)備性能適應(yīng)不同的地層，可以在直徑小于100mm卵石、礫石地層、單軸抗壓強(qiáng)度≤5MPa的極軟巖地層、各類砂土層等。本次施工根據(jù)地層條件TRD水泥土攪拌墻設(shè)備采用TRD-D850、TRD-D型設(shè)備進(jìn)行施工，使用2臺套設(shè)備。

（6）TRD水泥土攪拌墻檢驗(yàn)指標(biāo)

垂直度不大于1/250，墻厚±30mm，墻底標(biāo)高±30mm，墻中心線位置±25mm。

（7）等厚度水泥土攪拌墻28d漿液試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于1.0MPA，墻體滲透系數(shù)不大于10-7·10-4cm/s。

4 施工準(zhǔn)備

4.1 場地準(zhǔn)備

進(jìn)場后，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量定位墻中心線，內(nèi)外墻線，灑白灰線，參照甲方提供的地下管線圖，進(jìn)行分層開挖導(dǎo)溝，破除清理淺部障礙物、渣土、廢棄管線等，采用素土回填壓實(shí)施工場地，二次放線，沿設(shè)計(jì)墻體中心線開挖導(dǎo)溝，做好場地準(zhǔn)備；后臺攪拌系統(tǒng)場地鋪設(shè)鋼板及硬化。

4.2 水電準(zhǔn)備

由于現(xiàn)場網(wǎng)電總?cè)萘啃?，租賃800KVA柴發(fā)，為TRD樁機(jī)供應(yīng)電力，后臺采用網(wǎng)電提供動力，滿足施工要求；場地地下水豐富，攪拌用水量大，采用4口降水井提供攪拌用水。

4.3 后臺攪漿系統(tǒng)布設(shè)

在規(guī)劃好的后臺區(qū)域 配漿系統(tǒng)，配置80t水泥罐三個，100方水箱一個，配料系統(tǒng)一組，上水系統(tǒng)、攪拌機(jī)組1臺，自動控制室，配電室等。

4.4 施工排泥漿處理

為避免污染場地，沿墻體中心線開挖排漿溝，容納部分廢漿，同步在完工區(qū)域堆挖廢漿池，施工時用挖掘機(jī)掏漿到廢漿池，晾曬，固化后土方鋪路使用。

4.5 主要材料

該項(xiàng)目地下水豐富，為保證成墻質(zhì)量，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。采用鈉基膨潤土做護(hù)壁攪漿的原材料。每立方米被攪拌土體摻入100kg 膨潤土。

5 施工方法及質(zhì)量保證措施

5.1 工藝流程

TRD工法，原理是利用鏈鋸式切割箱逐節(jié)豎向打入地層中，然后做水平向切割土層，鏈條攜帶刀具上下回轉(zhuǎn)，加入固化液混合攪拌，形成等強(qiáng)度等厚度的止水墻。

成墻工藝：

施工工藝采用先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌工藝成墻。

5.2 施工要點(diǎn)

5.2.1 測量放線

根據(jù)設(shè)計(jì)院總坐標(biāo)圖，采取TRD帷幕墻中心交點(diǎn)、拐點(diǎn)坐標(biāo)，并編號，用RTK-GPS進(jìn)行定位，隨時校準(zhǔn)，測量放線并驗(yàn)線后施工。

5.2.2 溝槽開挖

清障后再次平整場地，測量放線，打白灰線，沿中心線開挖1.5m*1.0m溝槽，為施工做準(zhǔn)備。沿墻體內(nèi)側(cè)邊線鋪設(shè)鋼板，設(shè)備行走枕木，穩(wěn)固平整方便設(shè)備行走，技術(shù)人員做好墻體中心線平行標(biāo)記標(biāo)樁。

5.2.3 開挖預(yù)埋穴放置預(yù)埋箱

在設(shè)計(jì)起始點(diǎn)左側(cè)5m范圍，利用挖掘機(jī)沿止水帷幕中心線方向，開挖深約 4m、長2.5m、寬 1m 的預(yù)埋穴，用25t吊車將預(yù)埋箱吊放入預(yù)埋穴內(nèi)，放置平穩(wěn)，周邊回填土平衡穩(wěn)固。

5.2.4 主機(jī)對位

在場地北側(cè)確定好起始位置，做好標(biāo)記，由班長指揮樁機(jī)移動，移動前觀察上、下、左、右的情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，對位后樁機(jī)調(diào)整平穩(wěn)，啟動動力頭鉆進(jìn)，第一節(jié)刀箱打入地下，機(jī)組人員分拆動力頭與第一節(jié)刀箱。

5.2.5 切割箱與主機(jī)對位

提前用吊車將第二節(jié)切割箱吊入預(yù)埋穴箱內(nèi)，利用支撐臺固定，班長指揮TRD主機(jī)平移至預(yù)埋穴位置連接切割箱，主機(jī)再返回起始施工位置對接已打入地下的第一節(jié)切割箱，繼續(xù)鉆進(jìn)；依次用吊車將切割箱逐段吊放入預(yù)埋穴循環(huán)8次，直到配置好切割箱全部打入地下，挖掘至設(shè)計(jì)深度。

連接切割箱后，專人檢查，保證連接正確牢固，所有配置好的切割箱連接完畢，保證切割深度滿足設(shè)計(jì)要求。施工過程中勤檢查刀具的磨損程度，提鉆后，及時更換已磨損的刀具，保證切割質(zhì)量。

5.2.6 安裝測斜儀

每連接一節(jié)切割箱，安裝一段測斜儀，通過安裝在切割箱內(nèi)部的多段式測斜儀，可進(jìn)行墻體的垂直精度管理，保證 1/250 的垂直度要求。

5.2.7 TRD工法成墻

切割箱鉆到設(shè)計(jì)要求，檢查測試測斜儀，主機(jī)與切割箱有效安全連接，進(jìn)行三工序等厚度水泥土攪拌墻施工。

第一工序：先行挖掘，后臺注漿系統(tǒng)輸送挖掘液，切割箱沿墻體中心線向前推進(jìn)，挖掘切割地層土，形成成槽段，按圖紙劃分10m為一施工段，需要預(yù)留刀箱位置空間，保證成孔質(zhì)量。

第二工序：回撤挖掘，第一成槽段完成后，切割箱再沿切割成槽中心回撤至切割起始點(diǎn)，隨時補(bǔ)充切割液，回撤速度均勻，護(hù)壁完整，預(yù)防塌孔。

第三工序：成墻攪拌：切割箱回撤至切割起始點(diǎn)后切換注漿液，通過高壓注漿泵均勻注入水泥固化液，切割箱二次向前推進(jìn)，過程中槽內(nèi)挖掘液和固化液在刀具的攪動下均勻拌和，形成等厚水泥土攪拌墻。 按要求預(yù)留拌合土的試塊，用于檢驗(yàn)成墻質(zhì)量。

5.3 拔出切割箱

全部成墻施工結(jié)束，在策劃的切割箱起拔區(qū)域注入同配比的固化液，加入緩凝劑，邊起拔刀箱邊注漿，確保對切割箱占據(jù)空間全部有效充填，切割箱起拔結(jié)束完成TRD墻施工。

5.4 冷縫處理

施工過程中，由于設(shè)備維修和迎接國慶2次停工，形成2處冷縫，冷縫處理措施如下：在遠(yuǎn)離冷縫側(cè)重新下刀箱先行挖掘成孔，向冷縫位置切割不小于500mm，位置要準(zhǔn)確，回撤挖掘成幅，成墻攪拌，本幅水泥摻量增加5%，達(dá)到冷縫交界面的處理效果。

6 質(zhì)量保證措施

6.1 垂直度保證措施

場地平整壓實(shí)，鉆機(jī)行走鋼板鋪設(shè)平整，測量頂面標(biāo)高，各板面標(biāo)高要在允許誤差之內(nèi)。

6.2 水泥土強(qiáng)度和防滲性保證措施

后臺采用自動化計(jì)量設(shè)備，確定好水灰比后，自動計(jì)量自動攪拌，保證水泥摻量、攪拌時間滿足設(shè)計(jì)要求；攪拌成墻掘進(jìn)，保持勻速攪拌，達(dá)到攪拌均勻性、滲透系數(shù)一致。

6.3 轉(zhuǎn)角搭接連續(xù)性保證措施

本工程共設(shè)計(jì)4個拐角，先行施工側(cè)成墻外延1000mm。拐角后，在遠(yuǎn)離拐角處側(cè)重新下刀箱先行挖掘成孔，向已成墻位置切割不小于500mm，位置要準(zhǔn)確，回撤挖掘成幅，再成墻攪拌，本幅水泥摻量增加5%，采用十字搭接保證轉(zhuǎn)角完整性和密封性，達(dá)到轉(zhuǎn)角搭接防水抗?jié)B效果[3]。

7 效果評價(jià)

完成TRD止水墻、護(hù)坡樁等工序，基坑進(jìn)行土方分層開挖，錨桿分層錨固。

根據(jù)TRD施工過程控制及檢測檢驗(yàn)結(jié)果，TRD帷幕止水墻成墻質(zhì)量高，密實(shí)性好，隔水性好，成墻性均勻、完整性好，滲透系數(shù)較大程度的提高?；娱_挖到基底后，迎基坑面樁間土水位線在8.35～6.91m，至槽底標(biāo)高4.33m-0.53m范圍，樁間噴錨面均干燥無水，無滲漏，水泥土攪拌墻墻身隔水效果良好。滿足總包單位基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)施工，效果良好。該工藝可以先行施工，縮短支護(hù)工期。

8 結(jié)束語

（1）本工程TRD施工時，支護(hù)方案在優(yōu)化中，提前施工，優(yōu)化了工期，節(jié)約工程造價(jià)。

（2）厚砂層飽和含水，要達(dá)到防水隔水效果，工藝設(shè)備選擇是關(guān)鍵，其次是水泥摻量控制、水灰比控制和挖掘液的控制。

（3）確定北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)FZX-0901-0162地塊TRD隔水帷幕，施工設(shè)備為TRD-D 、TRD-850型成槽機(jī)、最優(yōu)水泥摻量25%、水灰比1:1、挖掘液采用鈉基膨潤土 。

（4）成墻水泥土試塊檢測結(jié)果表明: 水泥土攪拌墻墻體強(qiáng)度為1.0 ～3.55MPa，滿足≥0. 8MPa 的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到防水隔水的目的。