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TRD工法在临近地铁深基坑工程中的应用

TRD工法 2019年5月14日 项敏 55

TRD工法作为止水帷幕在杭州某临近地铁车站深基坑工程中的应用


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摘 要

介绍了采用TRD工法的水泥土地下连续墙作为止水帷幕在杭州某临近地铁车站深基坑工程中的应用情况。阐述了TRD工法的施工原理和工艺,并结合工程实践与监测数据,验证了TRD工法在地铁保护深基坑工程的实用性和可靠性。


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工程概况

TRD工法在临近地铁深基坑工程中的应用

1.1 工程简介

某工程位于杭州市江干区, 东临明月桥路、南临鸿泰路、西临环站东路、北临规划源塑路, 东南方向毗邻杭州地铁一号线彭埠站B出口。项目总建筑面积为186 875m2, 地下建筑面积约74 109m2, 整体地下室3层, 最大开挖深度约为-16.800m, 设计柱底最大轴力3 500k N, 本工程采用桩基础。本工程室内±0.000标高6.30m, 室外设计标高6.15m, 室内外高差0.15m。

1.2 工程水文地质条件

根据区域地质资料, 拟建场地上部主要为钱塘江冲海积相沉积;中部为海相沉积的淤泥质土层, 下部为冲积相沉积的粉质黏土夹粉砂和圆砾层;下伏基岩为白垩系凝灰质砂岩。

根据外业勘探、室内土工试验成果、双桥静力触探线型以及场地土成因类型, 场地勘探深度范围内岩土层可划分为8个工程地质层, 细分为13个工程地质亚层, 影响基坑开挖的岩土层从上往下分层及其特性如下: 

(1) 杂填土层厚0.60~4.30m。 

(2) 黏质粉土稍密~中密, 层厚1.80~4.00m。

(3) 砂质粉土湿, 稍密~中密层厚2.80~6.60m。 

(5) 粉砂饱和, 中密, 局部为砂质粉土, 层厚5.50~10.30m。 

(6) 1淤泥质粉质黏土流塑, 底部夹少量薄层状粉土;层厚4.90~9.00m。 (6) 2淤泥质粉质黏土流塑, 层厚4.40~7.60m。 

(6) 3淤泥质黏土流塑, 层厚3.30~5.90m。 

(8) 黏土软塑, 层厚6.30~9.40m。

 (9) 1粉质黏土夹粉砂可塑~硬可塑, 夹粉砂;层厚0.50~2.60m。 

(9) 2圆砾中密, 粒径大于2mm颗粒含量占50%~65%, 成份以石英砂岩、凝灰岩为主, 以中粗砂和少量黏性土充填, 胶结一般;此层在纵向、横向均可能有变化, 局部相变为砾砂、卵石;层顶高程-39.740~-37.280m, 钻探揭露该层最大厚度为16.00m。

拟建场地区域内主要分布3层地下水, 上层地下水性质属潜水, 下层地下水性质属承压水和基岩裂隙水。勘察期间各勘探孔终孔后24h测得的潜水含水层的稳定地下水位一般埋深于地表下1.30~2.00m, 水位年变幅在1.0~2.0m, 该潜水水位升降主要受大气降水、地表水等影响明显, 并随季节性变化。根据钻孔的承压水头试验, 得到9-2层承压含水层顶板埋深为-38.27m, 承压水位高程-2.930m, 承压水头35.44m。本工程场地潜水位埋深较浅, 主要接受大气降水及地下同层侧向径流补给, 经过大气降水常年的淋滤作用。

详细勘察施工时在勘探孔内未发现不良地质作用, 但场地上部 (2) 层黏质粉土、 (3) 层砂质粉土和 (5) 层粉砂, 富含地下水, 在动水压力作用下易产生流沙和管涌现象;场地上部 (1) 层杂填土中含块石和原有旧建筑的老基础, 基础施工开挖时应引起重视, 并预先进行清除。

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工艺介绍

2.1 工艺原理

1) TRD工法 (trench-cutting re-mixing deep wall method, 渠式切割水泥土连续墙施工法) 通过把插入地基中的链锯式切割箱与主机连接, 沿着横向移动、切割及灌注水泥浆, 在槽内形成对流, 进行混合、搅拌、固结原来位置上的泥土, 形成等厚水泥土地下连续墙。该工法可用作止水帷幕, 也可插入型钢以增加地连墙的刚度和强度作为基坑的围护结构。

2) 吊放预埋箱用挖掘机开挖深度约3m、长度约2m、宽度约1m的预埋穴, 并将预埋箱逐段吊放入预埋穴内。切割箱全部打入结束后, 应采取有效的措施回填预埋穴。

3) 桩机就位在施工场地的一侧架设全站仪, 调整桩机的位置。由当班班长统一指挥桩机就位, 移动前看清上、下、左、右各方面的情况, 发现有障碍物应及时清除, 移动结束后检查定位情况并及时纠正, 桩机应平稳、平整。

4) 切割箱与主机连接用指定的履带式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工序。

5) 安装测斜仪切割箱自行打入到设计深度后, 安装测斜仪。通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪, 可进行墙体的垂直精度管理, 通常可确保1/250以内的精度。

6) TRD工法成墙测斜仪安装完毕后, 主机与切割箱连接。在切割箱底部注入挖掘液或固化液, 使其与原位土体强制混合搅拌, 形成等厚水泥土地下连续墙。

7) 置换土处理将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放, 集中处理。

8) 拔出切割箱在当前施工区段施工结束时, 将切割箱拔出, 再重新组装切割箱进行后续作业。切割箱的拔出应选择远离架空线的位置进行。

2.2 施工要点

1) 挖掘液的配比及指标控制挖掘液的主要作用是:改良土体性能, 提高搅拌土体的携渣能力, 使各个土层在垂直方向搅拌均匀;减少掘进过程中的阻力, 加快推进速度, 较少设备磨损。故挖掘液的配置应当因地制宜, 不可照搬其他工程的数据。

2) 转角施工当TRD设备施工至转角处或施工深度发生变化处, 需将切割箱拔出, 再重新组装切割箱进行后续作业, 转角部位成十字交叉形式, 避免出现接缝渗漏。

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基坑围护方案

本工程一共分为Ⅰ区块、Ⅱ-1区块和Ⅱ-2 3个区块。先行施工Ⅰ区块, 再施工Ⅱ-1区块, 最后施工Ⅱ-2区块。基坑围护结构平面布置如图1所示。基坑围护结构采用钻孔灌注桩, 沿着周边及各个区之间临时隔断区域封闭, 外侧结合水泥土连续墙隔水帷幕, 为确隔水可靠性, 在靠近地铁出口的东侧、南侧和西侧采用700mm等厚水泥土地下连续墙 (TRD) 作为止水帷幕。基坑设3道钢筋混凝土支撑。各个区块间施工顺序为如下。

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图1 基坑围护平面布置

1) 从基坑西侧开始施工, 再从基坑南侧西边往东施工, 在从基坑东侧北边往南施工。

2) Ⅰ区块开挖第1道支撑以下土方前, 本基坑所有围护桩 (钻孔灌注桩、水泥土连续墙墙、三轴搅拌桩被动区加固) 须施工完成且达到设计强度。

3) Ⅰ区块开挖第2道支撑以下土方前, Ⅱ区块第1道支撑应施工完成且达到设计强度。

4) Ⅰ区块地下室顶板、传力带施工完成且达到设计强度后, Ⅱ区块方可开挖第1道支撑以下土方。

5) 待Ⅰ区、Ⅱ区地下室施工完成后, 再施工东南侧和东北侧的连接通道。

止水帷幕采用水泥土地下连续墙 (TRD) , 沿基坑西、南、东三侧布置, 厚度700mm, 墙深23m。地下连续墙穿过 (5) 层粉砂微承压含水层, 嵌入到下部 (6) -1层淤泥质黏土隔水层, 隔断基坑内外的潜水和微承压水水力联系。基坑剖面结构如图2所示。


TRD工法在临近地铁深基坑工程中的应用图2 基坑典型剖面


水泥土连续墙采用42.5级普通硅酸盐水泥, 水泥掺量25%, 水灰比1.5。水泥土连续墙施工时, 主机应平稳、平正, 墙体垂直度允许偏差为1/250, 并且根据土质条件、机械的水平推力、箱式刀具各组成部位的工作状态及其整体偏位, 选择向下或向上切割方式。必要时, 可交错使用上述两种切割方式。链状刀具的步进距离宜≤50mm。

本工程采用三步施工法。三步施工法过程中沟槽应预留链状刀具养护的空间, 链状刀具端部和原状土体边缘的距离应≥500mm, 成槽长度宜大于注浆墙幅宽度2m。无法连续作业时, 链状刀具需在沟槽养护段养护, 养护段不得注入固化液。


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工程实施效果

4.1 水泥土连续墙成墙效果

水泥土地下连续墙施工过程顺利, TRD工法设备在本工程地层中功效显著。根据施工后养护28d后取芯检测结果, 墙体在深度方向水泥搅拌均匀, 成形芯样良好, 胶结度良好, 各标高芯样抗压强度满足设计要求。

基坑开挖阶段从开挖暴露面观察, 水泥土连续侧壁干燥, 无渗漏水现象, 墙面平整、水泥土强度较高。等厚度水泥土搅拌墙墙身隔水效果良好, 基坑内疏干降水效果明显, 坑外承压水位观测井无明显水位下降现象。

4.2 监测结果

TRD施工期间, 基坑南侧设有CX1~CX3共3个基坑水平位移监测点, 布置如图3所示。

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图3 监测点位示意

对基坑监测数据进行分析, 具体如图4所示。由该土体侧向位移图可得从基坑开挖至基础底板施工结束, 等厚度水泥土连续墙墙身测斜最大水平位移为4~7mm, 最大值约为7mm。均发生在土体深度1~5m, 在地铁隧道埋置深度 (10~16m) 侧向位移仅1~3mm。基坑本身及周边环境各项监测数据均在合理、可控范围之内。

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图4 基坑不同深度处土体侧向位移曲线


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结语


TRD水泥土搅拌墙由于其施工深度可以达到60m, 除转角外无接缝, 成墙质量高且均匀, 强度、渗透性等能够满足止水帷幕的要求, 是较为良好止水帷幕方式。论文通过详细介绍TRD工法的施工工艺、施工步骤和施工要点, 并结合其作为止水帷幕在杭州地铁保护工程中的成功应用, 对其在解决深基坑施工对地铁的保护问题提供了新的思路和方法。


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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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