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TRD工法在上海地铁砂质粉土地层中的应用

TRD工法 2020年2月13日 项敏 90

TRD工法在上海地铁砂质粉土地层中的应用

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摘  要

[摘要]简述TRD的工法特点,对TRD工法在上海地铁中的施工过程进行介绍,总结了在砂质粉土地层中进行TRD施工的各项质量控制要素,最终达到预期的质量目标。

[关键词]TRD工法;槽壁加固;水泥土连续墙;成槽;止水

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工程概况

上海地铁14号线3标嘉怡路站为地下2层岛式车站,主体外设地下连续墙作为围护结构。地下连续墙的成槽要穿过②3层砂质粉土层,该层土埋深13.9~15.5m,含水量较高,渗透性极强(10-4~10-3cm/s),在一定的动力作用下易产生流砂,在成槽过程中该层土极易造成槽壁的大量塌方。施工场地南侧距离基坑约20m处全部为老式6层砖混居民楼,在主体围护结构影响范围内,施工过程中若地基沉降过大,极易对居民楼产生损害。

为保证地下连续墙的施工质量和周边建筑物的安全,设计采用TRD施工工艺进行地下连续墙两侧槽壁加固,水泥土墙打入⑤1-1不透水层,部分位置穿过⑤1-1不透水层,打入⑤1j层。设计墙宽750mm,设计墙深标准段20m,端头井段22m。

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工法介绍

TRD工法在上海地铁砂质粉土地层中的应用

TRD工法的基本原理是把链锯式刀箱插入地基以后,切割土体并注入水泥浆,进行混合、搅拌、固结原来位置上的泥土,形成等厚度的连续水泥土墙。TRD施工受地层限制较小,可在黏性淤泥、砂、粉砂、黏土、砾石等一般土层及N值超过50的硬质地层,如鹅卵石、砂岩、油母页岩、石灰岩、花岗岩等地层施。成墙质量高,表面平整、厚度一致、强度均衡、成墙连续,防渗效果好。通过切割箱内部安装的测斜仪,保证高精度的成墙垂直度;可以通过调整切割箱角度,完成具有一定倾斜角度的成墙施工。施工工艺灵活多变,组合式切割箱有效降低了设备的高度,减小外界环境的影响。如图1所示。

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砂质粉土TRD成墙技术

3.1 工法要求

1)TRD工法水泥采用等级不低于P·O42.5级普通硅酸盐水泥,材料用量和水灰比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定,且应满足水泥掺量≥20%,单位被搅拌土体中的水泥用量≥360kg/m3

2)TRD工法水泥土墙位偏差≤50mm;墙体的倾斜度≤1/200。


3.2 TRD施工工艺


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3.2.1 施工放样

在TRD墙体中心线两侧0.6m的位置各放样一条平行线作为导向槽开挖线。

施工过程中通过控制成槽机履带行走轨迹来控制墙位偏差,施工所用设备为抚挖重工CMD850型成槽机,实测切割箱中心到成槽机近墙位一侧的履带内边缘距离为3.05m,同时在墙体另一侧放样出一条距墙心线2.0m的施工辅助控制线。如图2所示。

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3.2.2 开挖导向槽

开挖宽度1.2m,为挖掘机抓斗宽度,便于施工过程中清理置换出的泥浆;开挖深度为1.5m,原状地面为沥青混凝土路面,以开挖至下层原状土为宜。


3.2.3 设备安装

TRD有效墙深自原状地面为起点向下计算,墙深偏差0~5cm。现场实测切割箱头长3.5m,切割箱普通段长3.65m,变节段长1.2m。通过控制切割箱插入土体中的长度来控制成墙深度,施工标准段切割箱使用21.75m(3.5m+3.65m×5)搭配形式,最上一节切割箱外露1.75m;施工端头井切割箱使用22.95m(3.5m+3.65m×5+1.2m)搭配形式,最上一节切割箱外露0.95m。

施工前选取合适的位置预先埋设沉箱,履带式起重机将切割箱逐节吊放至沉箱进行与主机连接前的临时存放,同时成槽机与放置在沉箱中的切割箱逐节安装后行走至作业起始位置,进行切割箱的入土下放,往复作业直至到达设计深度。


3.2.4  TRD工法成墙

1)施工工艺的选定

在不同的地质条件下,TRD施工难易程度会有所不同。可采用一步施工法(切喷同时)、两步施工法(一切一喷)和三步施工法(两切一喷),施工方法的选用应综合考虑土质条件、墙体性能、墙体深度和环境保护要求等因素。

当切割土层较硬、成墙较深、墙体防渗要求高时宜采用3步施工法;施工长度较长、环境保护要求较高时不宜采用两步施工法;当土体强度低、墙体较浅时可采用一步施工法

施工过程中暂定为常规的3步施工法,即先行挖掘、回撤挖掘、固化搅拌成墙;后续调整为一步施工法,即边切割边注浆。

2)水灰比的确定

为保证成墙质量,TRD施工形成的混合泥浆的性能应泌水较小,具有适度的流动性和稠度,泥浆过稀会影响墙体强度,过稠导致墙体中存在大量气体,影响墙体强度,同时会降低渗透系数。施工过程中水灰比暂定为1.5。

3)水泥用量的确定

根据水泥土墙宽和墙深计算可得出每米水泥用量,标准段:20m×0.75m×1m×360kg/m3=5 400kg;端头井:22m×0.75m×1m×360kg/m3=5 940kg。

施工每米所用水泥浆液由作业后台的自拌浆系统分6次进行拌制,即标准段施工每桶拌浆水泥用量900kg,端头井施工每桶拌浆水泥用量990kg,现场通过采用两台柱塞式浆泵进行注浆。

4)施工速度的控制

每桶水泥浆液注浆完成后成槽机一次性向前推进约17cm,前进方式有两种,通过履带整体行走和通过主机横向的油缸活塞推动切割箱前进。每桶水泥浆液注浆完成时间为4min左右,平均成墙速度约2.5m/h。

5)墙位偏差控制

成槽机每次移动的过程中,现场作业人员采用钢卷尺对成槽机履带内边缘到施工控制线的距离进行控制,并指挥成槽机调整履带的走行位置,控制墙位偏差在5cm以内。

6)倾斜度控制

切割箱内安装的测斜仪连通至驾驶室。根据驾驶室控制屏显示的监测数据,成槽机司机实时控制大臂的油缸活塞对切割箱的倾斜度进行调整,现场倾斜度控制在1/300。

7)掺入外加剂

施工过程中,水泥土墙体比重相对两侧原状土体要小,故在胫骨过程中会受到两侧失稳的原状土一定程度上的挤压;由于地下水流动的原因,水泥土凝固过程中会有一定量的水泥冲散到周边土体中,降低成墙质量

水泥土强度的影响因素主要有土质条件、水泥掺入量、水泥强度等级、龄期、外加剂等。在注浆过程中,向水泥浆液中按10kg/m3的剂量加入膨润土作为促凝剂,缩减水泥土墙达到稳定所用的时间,同时也有效控制水泥的流失量

8)搭接区域控制

施工过程中需要暂停作业时,应停止喷浆并继续向前切割一段区间做为已完成施工墙体的避让区,距离宜为3m。再次成墙作业时,回撤切割至已完成施工段内300~500mm作为施工接头。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


3.2.5拔切割箱

当前施工区段完成时,主机脱离切割箱,使用履带式起重机逐节拔出留在土体中的切割箱。拔箱体过程中注入施工同比水泥浆液填补箱体拔出后的空间。


3.3 地基沉降控制

在水泥掺量相同的情况下,软土地基中形成的水泥土强度低,粉土地基中形成的水泥土强度高,因此施工过程中尤其重视对地层的沉降观测。在施工区段周围选取合适的位置布设沉降观测点,并进行沉降值的持续跟踪观测。


3.3.1 第1阶段施工

第1阶TRD施工段采用3步施工法,水灰比取值选取1.5,完成S8-9至S8-31幅地下连续墙两侧总长约272m的部分的过程中,由专业测量单位对距离基坑南侧11.5m、埋深1.4m左右的信息管线进行沉降观测,如表1所示。

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3.3.2 试验段施工

为控制地层沉降,在施工时选取S8-1至S8-8幅地下连续墙两侧总长约90m的位置作为试验段,水灰比由1.5调整至1.0,三步施工法改为一步施工法。

在施工前,试验人员采集原状土进行试验,确定配合比1.0~1.5。以20m墙深为例,水灰比选取1.5和1.0(水泥理论相比密度认为3),通过计算有如下对比:


1)水灰比1.5

水泥浆液的理论密度γ=(1.5+1)/(1.5+1/3)=1.364

施工每米注入水泥浆液体积V1=(0.9/1×1.5+0.9/3)×6=9.9m3

施工每米成墙体积V2=20×0.75×1=15m3

施工中注入水泥浆液的体积等同于置换出的废弃泥浆体积,则废弃泥浆中所含原水泥浆液体积V1’=9.9×[9.9/(9.9+15)]=3.936m3

施工每米产生废弃泥浆中水泥含量为=2.147t


2)水灰比1.0

水泥浆液的理论密度γ=(1+1)/(1+1/3)=1.5

施工每米注入水泥浆液体积V1=(0.9/1+0.9/3)×6=7.2m3

施工每米成墙体积V2=20×0.75×1=15m3

施工中注入水泥浆液的体积等同于置换出的废弃泥浆体积,则废弃泥浆中所含原水泥浆液体积V1’=7.2×[7.2/(7.2+15)]=2.335m3;

施工每米产生废弃泥浆中水泥含量为=1.751t


通过上述对比,在条件允许的情况下水灰比的选取宜小不宜大。同时,混合泥浆的水分多、悬浮力小,在混合泥浆中存在的砂粒分离沉降并重新堆积,会影响搅拌均匀性,降低成墙质量

与三步施工法相比,一步施工法减少了对两侧原状土体扰动时间和扰动次数,提高两侧原状土的稳定性。施工前在该段TRD墙体两侧2~3m范围内增设7个加密点进行地表沉降观测,由表2观测数据可以看出,通过调整施工工艺和水灰比相结合的手段,地表沉降得到了明显改善。

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结  语

在砂质粉土地层,TRD前期采用三步施工法、水灰比1.5的施工工艺,施工过程中,管线监测数据显示沉降值过大,前期选取的施工参数需进行优化。在规范允许范围内,试验段施工中有针对性地调整三步施工法为一步施工法,1.5水灰比降为1.0,并添加膨润土做外加剂,施工过程中严格控制水泥用量和施工速度,重视地层沉降的控制,最终达到预期的质量目标。

文章
来源

来源:《施工技术》
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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