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TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的应用

TRD工法 2021年6月11日 项敏 557




污水处理厂TRD工法应用案例














TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的应用



摘  要


结合具体基坑工程案例,总结了 TRD 工法原理及用于深基坑止水帷幕的施工工序、工法特点,探讨了成墙质量控制措施和成墙质量测评,为类似深基坑止水帷幕工程的设计和施工提供参考。


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引  言


在复杂地质及水文条件下,对基坑围护止水等施工技术及工法提出了新的要求。在大量工程实践中,技术人员积累了丰富的经验,使得新工艺、新方法迭代升级并不断涌现 。本文以实际工程为背景,系统介绍了 TRD 工法的原理及其在深基坑止水帷幕中的应用,为其他类似工程提供了设计和施工的依据。


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工程概况


厦门高崎污水处理厂一期基坑开挖与支护工程,一体化箱体 和泥区平面尺寸为 368  m×(106~183)m;场地平整标高 6.0~7.0  m,西高东低,基坑深度 6.3~8.6  m。该项目结构桩采用灌注桩与高强预应力管桩相结合的方式布置;灌注桩强度等级不低于 C35(水下),水泥强度等级为 42.5 级。高强预应力管桩桩身混凝土强度为 C80,采用 PHC500-AB125- 24~28c 管桩。基坑止水帷幕采用 TRD 工法桩和三轴水泥土搅拌桩(直径 850 mm)。


拟建场地位于厦门市东海域,所在海域属强潮海区,正规半日潮,场地地貌为海湾滩涂地貌。


地勘表明场地土层结构复杂:① 1 杂填土、① 2 素填土、① 3 填砂、②淤泥、③粉质黏土、④粉土、⑤残积砂质黏性土、⑥全风化花岗岩、⑦砂砾状强风化花岗岩、⑧碎块状强风化花岗岩、⑨中风化花岗岩。地勘表明,地表杂填土层上部有建筑垃圾和碎砖石,同时场地有土质松软的暗浜。


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TRD工法介绍


1.1 工法原理

TRD 工法由日本在 1993 年发明,是目前世界上最为先进的围护施工方法之一,2009 年引入我国,在不同工程中得到了成功应用,得到业内的认可和推广。


TRD 工法是利用液压主机驱动链锯式切割箱,对土地进行竖向切割,切割至设计深度后,刀具连同主机横向移动形成等厚的地下连续墙。成墙机理主要从高压喷射注浆和理化反应 2 方面解释。


1) 高压喷射注浆

利用高压水喷射流切割原理对土体进行切割,可以加固地基土,提高土体的强度和抗渗性能,一定程度上是部分地基土体被泥浆置换。


高压喷射注浆形成固结体是切割土、搅拌扬升、填充挤压、浆液固结等共同作用的结果。切割土作用是指喷射流在高压作用下,地基土在动水压力、水力劈裂力、脉动压力等共同作用下被破坏;搅拌扬升是指空气作用使泥浆混合液沿孔壁喷射出地面,改变了土层的颗粒级配;填充挤压则是喷射泥浆在静水压力作用下对土层的挤压作用。泥浆固结是指泥浆向周围土层扩散,提高其强度和抗渗性。


2) 理化反应

TRD 工法注入的固化剂与深层破碎的土之间产生一系列物理化学反应,使原状土体的结构发生改变,形成完整性、水稳性和高强度的水泥土和石灰土。


固化剂目前常用水泥、石灰等材料,在搅拌机作用下使固化剂与土地进行充分搅拌,经过一系列的物化反应形成一种强度比天然土体高、整体稳定性和抗渗性良好的等厚水泥土抗渗墙体。


1.2 工法特点

1) 适用性强:TRDI工法法在稳定性和实用性上有较大优势。在施工深度上可以延伸至地下 60  m,成墙厚度最大可到950 mm,机具高度约 10 m。

2) 适应地层广:在标准贯入度 *N*< 50 的软质土层中表现优异,同时在硬质地层中具有良好的挖掘性能。

3) 无缝连接:施工一次成墙,墙体等厚,可以任意设置芯材间距。

4) 成墙品质好:相比传统工法,在深层土层中搅拌均匀,墙体具有很好的均质性和连续性,成墙强度高、抗渗性好、水平和垂直偏差率低。墙体抗压强度可达 2.0 MPa,渗透系数可达 10^5 mm/s 。


TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的应用


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深坑止水帷幕中的应用


4.1 传统工法的局限性

传统工法的局限性体现在以下 3 方面:

1) 传统旋喷桩对技术人员的机械操作水平要求比较高,在复杂地层结构中适应性差,在较深土层中成桩质量得不到保证,成本难以控制;

2) 桩与桩之间的咬合度较差,在土层多变的深大基坑中止水效果较差,存在一定的施工风险;

3) 施工效率低,机具对场地要求高,在城市施工噪声大,泥浆量较大,对周围环境的污染较为严重,不能做到绿色施工。


4.2 应用前景分析

应用前景从以下 3 方面进行分析:


1) 经济效益:TRD 工法施工工期短、造价较低、适用范围广,成墙可作为建筑物本体,可以起到止水帷幕的作用,节省大量的混凝土和钢材。在基坑止水帷幕达到相同效果的情况下,TRD 工法要比传统工法成墙厚度少 0.2~0.5  m,可节约大量原材料和土地,明显降低造价。


2) 社会效益:对比传统 SMW 工法,在深基坑围护施工中 TRD 工法具有明显优势。SMW 工法施工深基坑围护一般< 20 m,在深层搅拌表现较差,桩间搭接效果不能保障。TRD 工法在深基坑围护施工中可以保证成墙水泥土的连续性和均匀性。在设备机具高度上,TRD 工法约 11 m,而 SMW工法达到 25 m 以上,桩架的安全性能得不到保障。TRD 工法节省了施工工艺,集约了社会成本。


3) 环境效益:TRD 工法具有低噪声、振动低、泥浆无须外运、节水等优势,具有良好的环境效益。传统混凝土连续墙会产生大量泥浆,特别是城市地铁、高层建筑等施工会产生较大环境负担。


4.3 TRD工法的具体应用


4.3.1 施工应用

TRD 工法施工应用广泛,起到支护和止水帷幕双重作用,特别是在有地下水涌入的地下挖掘工事中,临江、临河、临海地下水位较高的超深基坑中,以及在盾构竖井、挡土防渗墙、腐殖地层的地基改良中也有广泛的应用。


在本基坑止水帷幕的施工过程中,需要根据现场出土情况和实验结果适当调整施工参数,如适当延长成墙的搅拌时间,以保证成墙的连续性和均质性。本工程采用 TRD工法工程钻机,搭配切割箱、空压机以及测量装置进行施工。


根据设计规范要求,成墙后对墙体钻孔取样,测量不同龄期墙体的强度和渗透性。检测结果显示:TRD 工法止水帷幕施工在土层多变的基坑中呈现较好的均匀性,渗透性指标均匀可靠,较传统三轴搅拌桩有较大的优势。


4.3.1 控制措施

1) 前置工作

在机械设备进场前清除场地障碍物、场地“三通一平”, 并钢板铺设、预留施工便道、测量定位方向等,针对不良地质适当采用清淤、换填等方式进行改造。

2) 试成墙施工

本工程试成墙施工深度 42  m,成墙厚度 0.7  m,注浆区域水平延长 6 m。施工前对场地进行整平,同时处理不良地质和地下障碍物,适当提高水泥的掺量。试成墙施工完成后需进行地表沉降监测、渗透性检测。分析及明确各施工技术参数、工艺流程和关键控制步骤,以达到正确指导施工的目的。

3) 垂直精度控制

成墙垂直度要从 2 方面来控制:施工前土地压实整平,轴线引测;施工时保证机具的水平和导杆的垂直,保证钻机正确就位,开凿前校验立柱导杆的垂直偏差度在 1/250 以内。

4) 成墙品质

为保证成墙的强度和抗渗透能力,施工前应结合试成墙实验明确施工速度、水泥掺量等技术参数。新旧墙体搭接中要对每次成墙的终点进行标记,保证先后成墙搭接段≥ 50 cm,并在搭接部位增加固化液的掺量,保证接缝质量。


4.3.2 质量测评

为保障基坑的长久稳定,在施工完成后一般有原位监测、室内测试和现场开挖监测 3 种测评办法。

1) 原位监测

主要监测成墙的完整性和抗渗性能。采用高清钻孔成像电视配合钻孔雷达探测,可对成墙的完整性进行测评;正负压水试验测评墙体渗透性。

2) 室内测试

强度达到标准后(成墙 28 d 后),对钻孔取样的样品进行室内无侧限抗压强度和抗渗性实验。根据土层分布和墙体结构特点,对墙体不同深度进行取样,主体结构应≥ 5 处,取样应≥ 3 组。

3) 现场开挖监测

TRD 工法成墙完成后,在基坑开挖过程中监测物理场的变化,系统地评估该工法的可靠性,并汇总数据分享发布,为工法改进提供参考依据。



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结  语


TRD 工法施工深度大、地层地质适用性强、防渗性能优良、设备安全可靠,可大大降低深基坑降水的难度,避免我国地下水资源的浪费。由于该工法在深基坑的应用中有显著的优点,在我国江苏、浙江、上海等省市已得到有效验证,具有较好的推广性与发展前景,该工法有望在深基坑的止水帷幕中成为主流 。


TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的应用

来源:《基础工程设计》

编辑整理:项 敏

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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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