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天津中钢响螺湾项目超深等厚水泥土地下连续墙施工技术

TRD工法 2019年11月25日 项敏 84

天津中钢响螺湾项目 TRD工法施工

超深45m悬挂式止水帷幕


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摘  要

摘要:天津中钢响螺湾项目基坑超大、超深且地质条件复杂。基坑支护采用悬挂式止水帷幕支护方式。因为粉细砂层土质非常坚硬,引入等厚水泥土地下连续墙技术(TRD 工法)。介绍了 TRD 工法的特点,推进原理及切割箱打入程序。详细阐述了 TRD 工法施工流程,得出其施工浆液技术参数。指出中钢国际广场 TRD 工法施工过程中的关键技术。结果表明,TRD工法有效保证了基坑开挖施工期间止水帷幕的可靠性。

关键词: TRD工法; 深基坑; 止水帷幕


1

工程概况

天津中钢响螺湾项目位于天津滨海新区海河南岸,地处滨河南路、滨河西路、坨场北道、滨河路合围地块内,本项目包含两幢高层建筑:一号塔楼24层,高102. 9m;二号塔 楼82层,高358m。整体设置四层地下室,基坑面积约22900m2,周长585m,裙楼区挖深为20.6m,塔楼区挖深为24. 1m,塔楼区电梯井深坑挖深达27m。

基坑周边道路下市政管线密布,大量市政管线分布在一倍开挖深度范围内,主要有燃 气、给水、电力、通信等管线,与本工程基坑最近市政管线与围护结构净距仅有2m。场地北侧和南侧道路对面分别为在建的碧桂园凤凰酒店和金唐大厦,二者基本与本工程同步建设,且均在本工程基坑施工过程中均完成了地上、地下结构。基坑周边环境条件较复杂,环境保护要求较高。

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地质条件

1)拟建场地位于原塘沽区海河南岸,原为荒地,后成为取土坑,坑深约4m,后规划为响螺湾商务区用地,陆续填垫至现地坪。现拟建场地地势平坦, 仅四周地势略高,地面大沽标高为 2. 04 ~ 1. 25m。

2)拟建场地 30m 深度范围以上主要为粉质黏土层,浅层分布较厚的2b 淤泥质黏土层,30 ~ 60m 主要为粉砂和粉细砂层。

3)表层杂填土分布厚度为1~2.6 m,主要由砖渣、石子、灰渣、废土等组成,其下为素填土层,厚度一般为1.4~5.3m,以软塑状态为主,由粉质黏土夹淤泥质粉质黏土、粉土组成,含少量石子、砖渣、植物根、腐烂植物、有机质等。土质结构性质差,不均匀。

4)浅层2a粉质黏土厚度为3~6m,呈褐灰~灰色,软塑状态,砂性较大,属中压缩性土,局部夹粉土、淤泥质粉土黏土透镜体。

5)2a粉质黏土下分布5.7~9m的2b淤泥质黏土,呈灰色、流塑状态,属高压缩性土,局部夹淤泥质粉质黏土、黏土透镜体。

6)基坑底部以下分布深厚砂层,其埋深为33~57m,厚度22.7~26m,主要由粉砂、细砂组成,呈灰~黄灰色,密实状态,属低压缩性土。该层土中下部分分布有厚度1~3.4m粉质黏土、黏土透镜体,可塑状态,属中压缩性土。


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水文地质条件

1) 场地范围内基坑工程涉及地下水有潜水、微承压水2种。

2) 潜水含水层位于埋深19m以上,主要由黏性土组成,隔水底板为3,4粉质黏土层,勘察期间测得地下水潜水静止水位埋深为0.2~1.0m。

3) 微承压含水层位于埋深24~58m段,主要赋存于5,6粉、细砂层,隔水顶板为4粉质黏土层,隔水底板为7粉质黏土、黏土层。该层土厚度大、补给丰富、水量大。

4) 5,6粉、细砂层微承压含水层稳定水头水位埋深为8~9m。由于微承压含水层顶板已基本接近基坑底部,根据天津市相关规范计算表明,基坑开挖至坑底上覆土重不足以抵抗微承压水浮力,需采取承压水处理措施确保基坑工程的安全。


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基坑支护方案

4.1 总体方案 

采用护坡桩加 4 道混凝土内支撑支护。护坡桩外侧采用45m超深止水帷幕。 

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没有截断承压水层,承压水能通过止水帷幕下口源源不断涌入基坑内,设计思路并不是将承压水截断, 而是靠45m深的止水帷幕来增加坑外层压水进入坑内的绕流路径,增加坑外承压水流入坑内的时间。 


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4.2悬挂式止水帷幕 

本工程采用悬挂式止水帷幕(止水帷幕 45m深,而承压水层位于 24 ~ 58m范围内),即止水帷幕悬挂式止水帷幕对三轴搅拌桩的施工质量提出 较高要求,另外桩长达45m,桩体插入6层粉细砂层约10m以上,该层土质非常坚硬,标准贯入指标算术平均值达72.9击。为此引进TRD工法施工700mm厚墙体233m,三轴搅拌桩施工850mm厚墙体396m(预钻先导孔、接长钻杆)。

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超深等厚度水泥土连续搅拌墙工法

TRD工法(超深等厚水泥土地下连续墙工法)是利用切割链连续施工等厚掺土水泥地下连续墙壁的技术。在一般砂土地基中最大设计施工深度为70m。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。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。


天津中钢响螺湾项目超深等厚水泥土地下连续墙施工技术


1 工法特点

1) 通过低重心设计,与以往工法相比机械高度大幅度降低,可实现安全施工。

2) 可实现优质直线性、垂直性的高精度施工。

3) 对硬质地基(砂砾、泥岩、软岩等)的挖掘能力很强,工期缩短,可降低成本。

4) 由于在垂直方向上全层同时混合、搅拌,即便是原地基土质和强度有所不同的土层地基,在深度方向上也可形成强度偏差微乎其微、均匀的墙体。

5) 可实现全层无缝隙连续、止水性很强、高质量的墙体。

6) 噪声、振动较小。


TRD工法推进原理是靠驱动部分使插入地下的切割箱两侧附带的链锯进行横向挖掘,所需的横向推动力靠安装在门型框架上的汽缸来传达动力。从切割箱的前端端部注入液体(挖掘液、固化液),随着切割链条的旋转与原位置土进行混合、搅拌。推进原理如下图所示。

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TRD工法推进原理示意


切割箱打入地下的程序是使驱动部分上下移动从而连接下一节切割箱,最终达到设计深度的要求,具体步骤为:连接准备→开始连接,切割箱旋转于预备穴→移动→连接后将切割箱提起→移动→连接后向下切割,预备穴放置下一切割箱→使切割箱达到所定深度。


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切割箱自行打入挖掘工序图


2 施工工艺流程


TRD水泥搅拌墙采用三步法施工:第一步横向前行时注入切割液切割,一定距离后切割终止;主机反向回切(第二步),即向相反方向移动;移动过程中链式刀具旋转,使切割土进一步混合搅拌,此工况可根据土层性质选择是否再次注入切割液;主机正向回位(第三步),箱式刀具底端注入固化液,使切割土与固化液混合搅拌。


天津中钢响螺湾项目超深等厚水泥土地下连续墙施工技术TRD水泥搅拌墙三步法施工工艺流程图


3 施工工序


(1)测量放线

施工前,根据设计图纸或甲方提供的坐标基准点,精确计算出TRD墙体中心线坐标,利用测量仪器进行放样,并进行坐标数据复核,同时做好护桩。并通知总包单位、监理单位进行复核确认并及时完成测量报验。

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TRD墙体中心线放样及桩机停放示意图

(2)开挖沟槽

止水帷幕中心线放样后,对施工场地进行铺设钢板等加固处理措施,确保施工场地满足机械设备对地基承载力的要求,确保桩机的稳定性。用挖掘机沿止水帷幕中心线平行方向开挖工作沟槽,槽宽约1.4m,沟槽深度约1.0m。

(3)吊放预埋箱

利用挖掘机沿止水帷幕中心线开挖深约5m、长约2m、宽约1m的预埋穴之后,用吊车将预埋箱吊放入预埋穴内。

(4)桩机就位

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、平正。

(5)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。

(6)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。 

(7)TRD工法成墙 

测斜仪安装完毕后,主机与切割箱连接,进行三工序等厚度水泥土搅拌墙施工。

步序1——先行挖掘:通过压浆泵注入挖掘液,切割箱向前推进,挖掘松动原土层、切割成槽一段行程。

步序2——回撤挖掘:根据作业功效,一段行程的成槽完成后,切割箱再回撤至切割起始点。

步序3——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挖掘液混合泥浆混合搅拌,形成等厚水泥土搅拌墙。

(8)泥浆测试

止水帷幕施工过程中对浆液及混合泥浆进行泥浆测试,包括挖掘液比重、挖掘液混合泥浆流动度,固化液比重、固化液混合泥浆比重等。

(9)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。

(10)拔出切割箱

成墙搅拌结束后,在拟定切割箱起拔区域注入同配比的固化液,边起拔边注浆,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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技术参数

1) 挖掘液膨润土掺量为25kg/m3,浓度为5%,每桶浆按1000kg水、50kg(1袋)膨润土配制。

2) 固化液水泥掺量为1m3土质量的25%,即单位土水泥掺量450kg/m3;水灰比1.5∶1配制。

3) 增黏剂使用当使用膨润土不能满足混合泥浆的流动性要求时,或为应对急剧变化的土层情况,防止切割箱停留在砂性土层发生抱死的现象时,才加入增黏剂。增黏剂的调配比例为单位土体一般3砂质土类1.0kg/m。


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关键施工技术

1) 结合TRD工法试桩施工情况,水平每延米理论水泥用量约14.175t,试桩5m理论水泥用量为70.875t;实际施工5m水泥用量为76t。施工过程中后台拌浆人员严格按照设计参数拌制水泥浆液,并详细记录实际拌浆桶数,后台拌浆系统为计算机自动控制,只需提前根据所需水泥量输入相关参数即可达到水泥掺量要求。施工过程中通过控制挖掘速度,满足理论水泥用量要求。


2) 对于影响TRD工法成桩质量的不良地质和地下障碍物,应事先处理后再进行施工;同时应适当提高搅拌桩水泥掺量。


3) 每天对浆液的各项指标:泥浆流动度TF值、湿润密度实时监测,必要时对挖掘液和固化液的级配进行调整。挖掘液135mm≤TF≤240mm。固化液150mm≤TF≤280mm。


4) TRD施工时应保持桩机底盘的水平和导杆的垂直,桩机拼装后用经纬仪校验导杆的垂直度偏差<1/250。


5) 拔出切割箱时不能使孔内产生负压而造成周边地基沉降。注浆泵的工作流量应根据实际挖掘速度的变化进行调整。


6) 桩体垂直度偏差≤1/200,桩位偏差≤50mm,桩深偏差≤50mm,成墙厚度偏差≤50mm。


7) TRD工法成墙的桩身强度试块试验数量及方法为:每天制作水泥土试块2组(6块),采用水中-7-6养护,墙体抗渗系数为1.0×10~1.0×10 cm/s,成型墙体28d无侧限抗压强度标准值≥0.8MPa。


8)TRD工法桩身强度应采用试块试验并结合28d后钻孔取芯综合判定。钻取桩芯宜采用110mm钻头,连续钻取全桩长范围内桩芯,取出的桩芯不得长时间暴露在空气中,应及时蜡封,立即送检。


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现场照片

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结  语

天津中钢响螺湾项目钻孔灌注桩外侧止水帷幕标高-2.200~-47.200m,桩长45m,其中233m采用TRD止水帷幕,墙厚700mm,其余396m采用超深三轴水泥土搅拌桩(预钻先导孔、接长钻杆)。本基坑工程止水帷幕桩长较长,且需穿越深厚密、实、坚硬的砂层。TRD工法可以进行超大深度施工,对硬质地层具有良好的挖掘能力,加快了施工进度,降低成本;在墙体深度方向上,可保证均匀的水泥土质量,强度提高,离散性小,截水性能好。


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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