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深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

TRD工法 2019年11月28日 项敏 69

深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

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摘  要

[摘要] 随着城市建设的发展,超大、超深基坑已越来越多,基坑变形的控制难度也随之加大,在围护结构的设计和施工中,止水帷幕的选择是关键问题,同时也是影响周边环境变化的重要因素。结合天津仁恒海河广场综合楼项目深基坑止水帷幕的应用,对深基坑TRD工法和SMW工法进行对比分析,从而总结两种止水帷幕的施工工艺特点和优点,取得了良好的施工效果。

[关键词] 地下工程;深基坑;止水帷幕;TRD工法;SMW工法;应用


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工程概况

仁恒海河广场综合楼项目位于天津市南开区,该工程为框架一核心筒结构,筏板基础,整体地下4层,整个地块呈L形,基坑开挖深度约21m,局部电梯井和集水坑处开挖深度达约24m。基坑周边长度约520m,基坑开挖面积约13 O00m。综合楼地上1~5层为商业裙房,写字楼地上27层,总建筑面积114774.88m,建筑高度127m。


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工程地质条件

根据勘察资料,该场地地貌属第四系滨海相冲积、海积地貌单元。场地为旧楼房拆迁场地,地形有一定起伏,勘探孔孔口标高3.980~5.400m。勘察最大钻孔深度为120m,所揭露地层为第四全新统至上更新统沉积物,现按其时代、成因及土质特征的不同分为11个工程地质层,34个工程地质亚层。本工程开挖范围内主要是杂填土、黏土、粉质黏土、粉土。

本工程周边环境复杂,地下管线较多;场地东侧是宗教和文物保护建筑仁慈堂,仁慈堂为2~3层框架结构,浅层管桩基础,对于仁慈堂的保护是本工程的重点;场地南侧紧靠仁恒海河广场II期,与本工程相接处二期施工期间部分灌注桩、水泥搅拌桩等地下构件进入三期施工范围,导致止水帷幕不能连续施工。

本工程在海河沿岸,工程地质和水文地质条件复杂,根据勘察资料,该场地地下水属潜水~微承压水类型,主要受大气降水补给,以蒸发为主要的排泄方式,稳定水位埋深在0.600~2.500m(相当于标高3.300~3.600m)。深部影响范围内存在承压水头较高的6粉砂和7粉砂、7粉砂承压含水层。潜水层与微承压水层之间的相互渗透又进一步增加了地质条件的复杂性。本项目基坑开挖深度深,6粉砂承压含水层对基坑底部突涌产生较大影响。


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围护设计和止水帷幕比选

本工程支护总体采用钢筋混凝土灌注桩支护,设置4道水平支撑体系,大部分位置采用4,1 3 0 0 m m@1500mm钢筋混凝土灌注桩。根据工程要求需设置36m以上的超深止水帷幕,止水帷幕的合理设置和施工质量对基坑成败产生决定性的影响。因此应选择适宜的设备机械,保证36m长止水帷幕的顺利施工,同时应保证止水帷幕的垂直度和质量,不产生渗漏等工程问题。根据目前止水帷幕的长度,可选择的方法主要有接钻杆的三轴止水帷幕(SMW工法)、TRD工法。


3.1 SMW工法止水帷幕

超深SMW工法就是采用加接钻杆的方式或采用先钻孔再接钻杆后造墙的方式,经过3~5次加接钻杆,实现超深水泥搅拌桩墙的施工,其深度可达到50m。

根据本工程特点,采用SMW工法需采用~b850mm@600mm三轴水泥搅拌桩止水帷幕,桩长36m,采用P·042.5普通硅酸盐水泥,水泥掺量按照20%,墙体渗透系数可达到<10~cm/s。三轴水泥搅拌桩采用th850mm三轴搅拌设备施工,采用二喷二搅施工工艺,采用套接一孔法施工,形成水泥土搅拌墙。施工工艺流程为:场地平整一测量放线一开挖沟槽一桩机就位一搅拌和注浆一移机下一根桩。由于三轴搅拌桩的施工工艺只能将土体在水平方向上搅拌,受上下层地质条件不同的限制,导致成桩后桩体在垂直方向上均匀性不好,容易形成分层,质量控制较难。


3.2 TRD工法止水帷幕

TRD工法是将水泥土地下连续墙的搅拌方式从传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌,改变为水平轴锯链式切削箱沿桩深垂直整体搅拌,施工深度最大可达60m。具有适应地层广、截水性好、安全稳定、无缝连接、降低渗漏风险等优点。该工法适宜长距离直线施工,对于转角较多的场地,施工工效低。

根据本工程特点,采用TRD工法厚度为700mm的TRD墙体作为止水帷幕,长度36m,采用三循环水泥土搅拌墙建造工序连续成墙。TRD工法墙采用P·042.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量≥20%。施工工艺流程为:先行挖掘一回撤挖掘一成墙搅拌由于TRD工法一次连续成墙,墙体质量均匀,避免了三轴搅拌桩多次成墙并通过套接或搭接形成止水帷幕而无法避免的“施工缝隐患”,且切割箱可使地下土层均匀搅拌,成墙质量好,垂直方向上水泥均匀性好。

根据本工程特点,综合分析采用TRD工法和三轴搅拌桩组合止水帷幕,在长距离直线施工处采用T R D工法,转角较多处采用三轴搅拌桩帷幕,靠近仁慈堂侧为保证止水帷幕施工质量,采用TRD工法。对基坑西侧、北侧及东侧靠仁慈堂部分采用TRD工法施工与SMW工法施工的造价对比如表1所示。


深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

两种工法相比,造价方面较为接近,但在工期上TRD工法节省14d,且TRD工法施工质量可以较好控制,渗漏率极低,因此采用TRD工法帷幕。

深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

SMW工法和TRD工法对比示意图


两种止水帷幕效果和适用条件比较:

1)施工质量SMW工法接缝较多、垂直深度上水泥搅拌不够均匀,垂直度控制较难;TRD工法成墙连续、垂直深度上水泥均匀度好、垂直度容易保证、节水性能好。

2)安全性SMW工法三轴搅拌桩机架较高(一般30m以内),安全系数低;TRD工法主机机身仅10m,稳定性好,安全系数高。

3)使用条件SMW工法深度可达50m,采用先钻孑L后造墙法适用于30击以上土质,可进行转角施工;TRD工法深度可达60m,适应地层广,不适合转角较多地段。


根据本项目的具体情况,设定基坑西侧、北侧及东侧靠仁慈堂部分采用TRD工法施工,南侧靠近二期处采用三轴水泥搅拌桩施工,可充分体现TRD工法和SMW工法的优势。基坑支护如图1所示。

深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析


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施工部署

本工程施工场地小,周边环境复杂,且基坑支护工程体量大,工期紧。基坑支护施工阶段混凝土灌注桩、TRD工法墙、SMW工法、咬合桩、高压旋喷桩等多种施工机械设备场内同时施工,施工协调难度大。为了减少围护桩施工对周边管线和建筑的影响,避免各种围护桩之间的施工产生不利影响,将施工现场根据施工作业和位置的不同划分为4个施工区域,每个区域设置1个施工员负责该区域协调,生产经理作为总协调的方式管理进行现场管理。灌注桩机止水帷幕施工配置2条作业线,每条作业线配备1套TRD工法设备和1套轴搅拌桩机。

为了满足施工进度要求,避免TRD工法止水帷幕和灌注桩施工的相互影响,围护桩的施工流程采取先施工TRD工法止水帷幕后进行围护排桩的施工步骤。在TRD工法止水帷幕施工完毕7~14d后进行该区域围护排桩施工,以保证TRD工法止水帷幕与围护排桩的施工质量。场地南侧处三轴搅拌桩可同时施工,施工管理同TRD工法止水帷幕。

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施工要点

1)SMW工法和TRD工法在施工前均应进行试成桩(墙),根据实际地质条件确定各项技术参数以及成桩工艺、步骤等,土质差异大的地层,要确定分层技术参数。


2)提前做好施工前的准备工作,包括:清障、修路、铺设钢板(TRD工法机械自重大,对地基承载力要求高)、定位放线,开挖沟槽等。


3)当超深SMW工法遇到易坍塌砂层或TRD工法切割箱先行退避养生挖掘过程时,应注入或掺人膨润土。


4)超深SM W工法在钻杆加接时,桩架移位需重新调整垂直度,确保成桩达到0.5%的垂直度。T R D工法通过切割箱内部的测斜仪,对墙体垂直度进行控制,可达到0.4%的精度。SMW工法和TRD工法施工中的垂直度控制可采用激光经纬仪进行控制,允许偏差±2.5 cm。


5)超深水泥土地下连续墙施工,必须配置备用发电机组,在市电供给不正常的情况下,一旦停电可及时恢复供浆、压气、正常搅拌作业,避免延误时间造成埋钻事故。


6)施工中加强设备的维修保养,在硬质地层作业时,钻具磨耗大,应提前准备各类备用配件,及时更换、镶补,确保正常施工。


7)超深SMW工法要选择合适的加接钻杆的堵头材料,防止钻杆堵塞,造成无谓起下钻,加接钻杆作业时要注意安全,防止因操作不当造成工伤。


8)本工程东南角、西南角部分灌注桩、水泥搅拌桩等地下构件进入三期施工范围,影响止水帷幕的施工,使止水帷幕不连续。在该位置处采取高压旋喷桩封堵止水帷幕的措施,保证止水帷幕连续。


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实施效果

本工程采用TR D工法墙和SMW工法均取得了良好的施工效果,除三轴搅拌桩接缝处有局部细微渗漏外,其他区域未见明显渗漏情况。基坑监测数据显示,周边最大沉降6mm,达到设计要求的使用效果。

深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析
深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析

施工现场照片


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取芯


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结  语

TRD工法和SMW工法作为目前国内比较先进的止水帷幕体系,以其工期短、造价低、环境污染小以及适应地层广、抗渗性能好等被誉为可持续发展,循环经济的绿色工法。本文通过仁恒海河广场综合楼基坑支护的应用实例,对两种工法的适用特点及施工要点等进行对比说明,希望可以对类似工程起到借鉴作用。

文章
来源

来源:《施工技术》

编辑整理:项 敏

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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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原文始发于微信公众号(TRD工法网):深基坑止水帷幕TRD工法与SMW工法应用分析