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复杂地质条件下62m超深T R D止水帷幕关键施工技术

TRD工法 2020年12月2日 项敏 156





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复杂地质条件下62m超深T R D止水帷幕关键施工技术


卫中宁



摘  要


摘  要:近年来,TRD等厚度水泥土搅拌墙施工工艺作为一种基坑围护新技术,应用越来越广泛,但同时遇到的挑战也越来越大,尤其是遇到了复杂地质、超深等情况,该工艺施工难度会大大增加。以南京地区某工地为例,重点介绍了针对62m超深、穿越砾石层的TRD施工工艺和关键施工技术,为今后类似工程施工提供借鉴。


关键词:复杂地质;超深;TRD工法;施工技术


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工程概况


某基坑工程位于南京市浦口区,平面形状总体呈长方形(见图1),基坑长189.5 m,宽89.1 m,普遍挖深15.4 m,基坑面积16 884 m2,3层地下室,基坑支护体系采用准1100@1300钻孔灌注桩+道混凝土支撑。

复杂地质条件下62m超深T R D止水帷幕关键施工技术

本工程地质条件复杂,粉细砂层、含砾中粗砂层富含承压水。为了隔断承压水,采用了800 mm厚渠式切割水泥土连续墙(TRD工法墙)作为止水帷幕,深度62 m,入强风化粉砂质泥岩1m。


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地质条件概况


本工程场地属长江漫滩地貌单元,地下承压水水头变化受附近长江影响比较大。土层分布从上到下分别为:①层素填土、②层淤泥质粉质黏土夹粉土、③-1层粉细砂、③-2层粉细砂、④-1层淤泥质粉质黏土夹粉土、④-2层粉细砂、⑤层含砾中粗砂、⑥-1层强风化粉砂质泥岩、⑥-2层中风化泥质粉砂岩。


本工程TRD水泥土搅拌墙止水帷幕入⑥-1层强风化粉砂质泥岩1m。本工程潜水位埋深0.3~0.6 m,承压含水层主要位于④-2粉细砂层和⑤含砾中粗砂层中,初始水头位于-3.0~-3.5 m左右(相对标高),④-1层为承压水的隔水层。

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施工难点分析


(1)本工程TRD水泥土搅拌墙800 mm宽,最大施工深度达62m,穿越6层土,尤其是穿越④-2层粉细砂(标贯值22.7)、⑤层含砾中粗砂,进入⑥-1层强风化粉砂质泥岩不少于1 m(标贯值69.6)。这一深度为顺利施工带来了很大难度。


第一,TRD在较厚且较密实的含砂层中施工,刀排磨损严重,挖掘液与固化液配置极易受含水层地下水干扰,影响止水效果,成墙质量难度大;


第二,⑤层含砾中粗砂中夹杂有5~8 cm砾石,极易导致TRD设备卡链,对设备影响很大;


第三,入⑥-1层强风化粉砂质泥岩1m,由于上下土层硬度的差异,导致TRD刀盘切割土体时产生的阻力也不同,入岩部分阻力最大,刀盘易发生侧向倾覆。

 

(2)超深TRD施工质量控制难度大,如何保证62m深度TRD的平面偏差不应超过20mm,垂直度偏差不大于1/250。同时在4处转角处必须进行刀盘排的起下工作,如何保证止水帷幕的连续性、冷缝的有效搭接是施工质量控制的关键点。

 

(3)拟建场地周边地下市政管网复杂、周边环境较复杂,施工时地下管线易出现扭曲、剪断等变形破坏,施工中需加强对周边地下管线的保护。

 

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施工工艺及流程介绍


4.1施工流程

测量放线→开挖沟槽→导墙施工→引孔置换→桩机就位→切割箱和主机连接→三工序成墙→转角形成十字搭接→泥浆处理→拔出切割箱。


4.2测量放线

施工前,根据基准点,计算止水帷幕中心线角点坐标,放样并进行复核。


4.3开挖沟槽

用挖掘机沿止水帷幕中心线平行方向开挖工作沟槽,槽宽1.5 m,沟槽深度1.5 m。


4.4导墙施工

采用倒“L”形结构钢筋混凝土导墙(见图2),保证机箱垂直度。

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4.5引孔置换

TRD正式施工前,采用SG70设备成槽,成槽厚度800 mm,深度同TRD。去除坚硬砾石后,将挖出的土方和补充的黄土回填进槽内。


4.6桩机就位

统一指挥桩机就位,检查定位情况并及时纠正,桩机应平稳、平正。


4.7切割箱与主机连接

用吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴,利用支撑台固定;TRD主机移动至预埋穴位置连接切割箱,主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘至设计深度。


4.8三工序成墙(图3)

(1)工序一:先行挖掘。通过压浆泵注入挖掘液,切割箱向前推进,切割回填土一段行程。

(2)工序二:回撤挖掘。根据作业工效,一段行程后,切割箱再回撤至切割起始点。

(3)工序三:成墙搅拌。切割箱回撤至切割起始点后调换浆液,通过压浆泵注入固化液,切割箱向前推进并与固化液混合搅拌,形成等厚水泥土搅拌墙。控制切割箱横向推进速度和切割链转速,合理控制喷浆压力、流量,确保水泥土被均匀搅拌。

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图3 三工序成墙

4.9转角形成十字搭接

施工至转角位置,应做成“十”字形的搭接形式,两侧延伸2m进行搭接施工,转角处的喷浆压力、搅拌速度应做到慢速均匀,确保搭接长度,防止产生冷缝或局部薄弱点。


4.10泥浆处理

将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放,集中处理。


4.11拔出切割箱

成墙搅拌结束后,边起拔边注浆,拔出时间应控制在4h以内,同时在切割箱底部注入等体积的混合泥浆,确保对切割箱占据空洞进行密实填充和有效加固,结束直线段墙体施工。


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关键施工技术


5.1抓切结合的成墙技术

一般的TRD施工技术是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定厚度的墙[1-5]。由于本工程施工深度极深,切割箱刀盘在穿越不同地层时,切割阻力、链锯磨损卡链、垂直度控制难度大,因此,创新采用了先进行成槽机抓土引孔,再进行TRD切割成墙的抓切结合的水泥土搅拌墙施工新技术(见图4)。具体工艺流程见上文所述。

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5.2垂直度控制技术

(1)地基处理:内侧做1 500 mm宽、250 mm厚的C30混凝土内导墙,内配筋为单层双向c12@200×200,沟槽两侧做宽250 mm、深1 500 mm的C30混凝土导墙,内配筋为单层双向c12@200×200,外侧施工12 m宽、250 mm厚的C30混凝土车道。


(2)校正主机导杆垂直度:TRD工法机拼装完成后及移位后,使用经纬仪分别从正面、侧面校正桩机立柱导向架的垂直度。


(3)安装测斜仪:切割箱打入至设计深度后,在切割箱体内安装测斜仪,实时监控切割箱面内与面外的偏差情况,并及时通过驾驶员操控调整,确保TRD等厚度水泥土搅拌墙墙体垂直度满足设计要求。


5.3搭接界面处的成墙质量控制技术

在进行水泥土墙体施工时,为了加快工期,采用了3台机械进行成墙施工(见图6),这种情况下势必会出现先后成型墙体的搭接问题。一旦搭接不好,施工缝位置就会存在渗漏隐患。因此,实际施工过程中采取了正在成型墙体与已成型墙体搭接约40 cm的施工措施;搭接区域应严格控制挖掘速度,使固化液与混合泥浆充分混合、搅拌,搭接施工中须放慢搅拌速度,保证搭接质量。搭接施工示意图如图7所示。


复杂地质条件下62m超深T R D止水帷幕关键施工技术复杂地质条件下62m超深T R D止水帷幕关键施工技术

当机械设备施工至转角处需将切割箱体拔除,然后重新打入后再进行施工,为了保证转角处TRD搭接质量,需两侧延伸2 m进行搭接施工。等厚度水泥土搅拌墙施工至转角,均应做成“十”字形的搭接形式,转角处的喷浆压力、搅拌速度应做到慢速均匀,确保搭接长度,防止产生冷缝或局部薄弱点。施工完成后,立即将主体与切割箱进行分离。根据吊车的起吊能力,一般将切割箱分成2~3节/次起拔。根据现场场地、墙体施工情况选择切割箱的外拔或内拔起拔形式。为确保设计槽段止水帷幕施工质量,采取外拔法,即增加辅助切割搅拌槽段。


5.4施工冷缝处理技术

对于TRD施工中出现的施工冷缝,采用了RJP工艺对该位置进行补强加固,加固深度同TRD深度,加固直径1 800 mm,距TRD墙体外边线400 mm,成半圆形摆喷,与TRD墙体最大交接500 mm。

 

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TRD成墙效果


为了检验TRD成墙的效果,重点从两个方面去检验。


第一,看成墙的取芯强度是否满足设计要求。根据规范要求,最终对水泥土墙取芯7处(见图8、图9),每处采集5~6组试块进行抗压试验,以反映不同深度的TRD墙体强度情况,检测结果显示取芯强度普遍在0.8~1.6 MPa,满足设计强度0.8 MPa的要求,TRD水泥土试块送检102批次;水泥35批,结果全部合格。

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第二,观测TRD外侧的降水井中的水位情

况。通过抽水试验发现,当TRD内降水井降深达到14.4 m时,外侧的承压水观测井平均降深1.13 m,潜水观测井降深1.36 m,说明TRD水泥土搅拌墙的成墙质量和防渗效果比较好,取得了预期的效果。


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结  语


针对复杂地质条件下62 m超深TRD水泥土搅拌墙施工过程中的重难点,本文提出了一整套有关抓切结合的TRD施工工艺流程及关键性施工技术,希望能对同类型其他工程提供一定的借鉴作用。

来源:《城市道桥与防洪》

编辑整理:项 敏

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TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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