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地铁沿线建筑深基坑TRD连续墙支护技术研究

TRD工法 2021年4月25日 项敏 50





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地铁沿线建筑深基坑TRD连续墙支护技术研究


作者:郑夕玉



摘  要


摘要:在社会经济良好发展的背景下,为满足生产、生活的空间需求,建筑工程的建设规模日益扩大,其中不乏有部分地铁沿线建筑工程。深基坑为基础施工内容,在其施工技术体系中,TRD工法得到广泛的应用,兼具施工便捷、高效止水等多重特点。鉴于此,文章结合工程实例,探讨TRD连续墙支护技术在建筑深基坑中的应用要点。


关键词:深基坑工程;TRD连续墙支护;施工技术



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工程概况


南京某项目,位于南京奥体中心南部,拟建住宅采用装配整体式剪力墙结构,基坑开挖面积约为32000m2,平均开挖深度约为9.0 m~10.8 m,围护结构周长约为650m。拟建地块南侧有1条在建地铁线,距离项目最近处41m,为了防止因项目开挖引起地铁线盾构区沉降和收敛变形过大,确保地铁线路安全,基于长江周边地质条件复杂性,经专家论证,拟采取TRD地下连续墙进行地铁一侧基坑支护,连续墙埋深约65m。


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TRD工法概述


2.1 TRD工法的应用优势


TRD工法是一种新型的地下连续墙工法,相较于传统的柱列式水泥土地下连续墙工法而言,其施工工艺得以升级,实际施工效果得到改善。在TRD工法应用过程中,将链锯型切削刀插入地基内,按照要求组织掘削作业,直至到达墙体设计深度为止,向其中注入固化剂,实现该部分材料与现状土体的充分混合,并在该状态下持续横向掘进与搅拌,通过固化剂的作用,联结土体,经过固化后,共同组成完整且稳定的水泥土搅拌连续墙。


根据现阶段的技术应用现状,TRD工法可以有效地满足深基坑的施工需求,最大深度可达70m,在绝大部分地层中都具有可行性,例如软土地层、强风化基岩等。通过TRD工法的应用,连续墙的支护作用良好,墙体的质量均匀、强度高、完整性好(几乎不存在明显的接缝);同时,在信息技术等相关配套技术良好发展的背景下,多类高精度的检测仪器可以被应用于成墙质量检查工作中,例如激光经纬仪可满足墙体直线度的检测与控制要求,由此解决人工检查精度低、工作量大的问题,全方位保证成墙的质量。


2.2 TRD工法的原理


TRD工法施工设备方面,配套的是链锯式切割箱,分段有序向地层内钻进,水平横向挖掘。切割箱底部有足量的固化剂,该材料被注入土体后,通过搅拌作用,能够形成具有等厚度特性的水泥搅拌墙,此外也可根据需求插入型钢,以达到提高墙体的刚度和强度的效果。TRD工法所适配的搅拌方法较为先进,即沿墙深垂直搅拌,各高度位置的墙体质量均较为良好,无局部薄弱的情况。


2.3 TRD工法机的运行特性分析


2.3.1 大功率驱动,高效便捷

TRD工法机为关键施工装置,得益于大功率驱动马达的应用,能够提供较强的切割柱提升力和切割力,以便适应各类土质条件下的切割作业需求。TRD工法机的动力途径包含两种,一是电动机驱动,特点在于可节约油耗,运行期间无明显的污染物排放问题;二是柴油机驱动,其能够摆脱作业现场无电力供应的局限性,也可避免因电力供应异常而导致施工中断的问题。


2.3.2 底盘安全可靠,灵活性高

TRD工法机配套的履带式底盘综合应用效果较佳:一是适应性强,即便在深硬地层施工环境中也能够正常使用;二是行走便捷,可精准控制整机装置的直线度,以保证墙体成型后的直线特性;三是受力合理,在横向切割过程中,底盘可提供足够的摩擦力,由此加大横向的切割力,推动工作的顺利开展。


2.3.3 智能化控制,准确可靠

通过高精度传感器的应用,能够实时监测包含直线度、垂直度在内的各项质量控制参数,该部分数据可通过显示屏呈现,以便操作者对实际施工情况作出判断。此外,依托于智能化的控制机制,当出现偏差后,可自动调控油缸,达到纠偏的效果。


2.3.4 切割箱规格多样,零部件组成合理

TRD工法的显著特征在于墙体高度方向的质量具有均匀性,其主要与开挖和混合工艺的先进性有关,而实现该项技术的关键装置在于切割箱。现阶段,切割箱的尺寸主要有3.65 m、2.42 m及1.22 m,各自的适用场景各异,可以根据现场地质条件以及成墙深度要求合理选择。切割箱内部的零部件组成方式合理,例如测斜仪可以满足成墙角度的控制要求,润滑油则可以提高切割箱内的润滑水平。


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TRD工法施工的关键要点


3.1 施工准备

全面清理施工现场的杂物,并采取平整处理措施,保证施工场地路基具有平整性与稳定性,以便150 t起重机可稳定运行。根据设计要求,合理规划TRD工法机的运行路线,分析其行走轨迹内是否存在已敷设的管线、电网等市政管线,若有则合理调整,采取改迁、防护等措施,保证TRD工法机运行期间不受到阻隔,同时也可避免管线受损的情况。


3.2 测量放线

以甲方提供的坐标基准点为准,结合设计图纸,由技术人员组织放样定位和高程引测工作,在指定位置设置标志(具体包含临时标记和永久标记两类),加强防护。此后,生成测量技术复核单,通过验收后,可进入正式施工阶段。


3.3 开挖沟槽

以前期测放的基坑围护内边控制线为基准,利用挖土机开挖沟槽,保证沟槽尺寸的合理性,并清理开挖期间产生的渣土等杂物。


3.4 工艺流程

TRD工法的应用流程可分为三个阶段,即切割箱挖掘下沉、切割成墙及切割箱拔出。桩机就位后,按照图纸连接水平链锯式切割箱,将其下放至桩底标高处,若无误则组织水平横向挖掘作业,此过程中向切割箱底部注入挖掘液,在此基础上水平挖掘施工,经过该流程后,可以保证土体的均匀性,最后再水平推进注入固化液,经过充分的搅拌后,实现与原土体的混合,随着时间的延长而固化,由此形成水泥土搅拌连续墙。


3.5 转角处理

施工期间遇到多处拐角,而成墙应具有完整性与均匀性,为顺利完成拐角处的施工作业,需预留转角施工空间,在精准确定各拐角后,各退避1 m,留2个地连墙外放口,该部分在后续利用高压旋喷桩处理。此外,墙体内侧不外推,较适宜的是向内回退3m拔出,随着施工作业的持续开展,到达下施工直线面时,再次下放切割箱,由此达到高效成槽的施工效果。


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紧邻地铁区域专项施工工艺


4.1 技术要求


1) 应投入两台成槽机,可以满足0.8 m厚度槽段施工,施工深度均能达到设计要求,这样就能保证在施工地铁段槽段时,若设备损坏可立即投入另外一台替换施工,避免槽段等待太长时间。


2) 泥浆护壁是保护槽段不坍塌的主要形式,因此需要依据施工组织设计要求,严格保证泥浆质量,同时选择优秀高质量泥浆制备原料,确保泥浆护壁效果。


3) 制作导墙时,必须确保底部所有障碍物完全清理干净,所有导墙开挖必须将全部杂填土清理到,再使用好的粘土回填压实,之后再制作导墙。


4.2 基坑降水

科学的基坑降水方法对于基坑外环境的变形控制有至关重要的作用。常用基坑降水采用“分块降水、分阶段降水、按需降水”三大原则。

1)分块降水:由于基坑工程面积大,不同分区土方开挖,开启对应区域的降水井,利用抽水试验成果,合理安排降水井数量及位置;

2)分阶段降水:不同阶段的土方开挖,基坑降水也同样根据土方开挖分不同阶段,利用抽水试验成果,合理安排降水井数量及位置;

3)按需降水:每块土方开挖,水位降至相应开挖面标高1 m~2 m以下,然后维持此水位标高,根据需要降水,满足土方开挖、支撑施工即可。


4.3 坑外回灌

根据抽水试验结果,采用坑外的观测井做为回灌井,以保证坑外地下水位基本不变,减小坑内降水对周边环境的影响,以达到对周边环境,特别是地铁的保护目的。在基坑降水过程中,如果坑外水位下降超过1.0 m,即开启回灌,同时回灌过程对坑内外水位密切监控,监测频率12 h/次。


4.4 基坑监测

根据设计要求,结合地铁周边地质情况进行监测,同时作为仪器监测的补充,本基坑工程整个施工期内,将作巡视检查。巡视内容包括:


1) 支护结构:支护结构成型质量,墙后土体有无裂缝、沉陷与滑移;基坑有无涌土、流沙、管涌。


2) 施工工况:开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异;基坑开挖分层高度、开挖分段长度是否与设计工况一致,有无超深、超长开挖;基坑场地地表水、地下水排放状况是否正常,基坑降水设施是否正常运转;基坑周围地面堆载是否有超载情况。


3) 周边环境:地下管线有无泄漏,电缆有无破损;邻近基坑及建(构)筑物施工工况;基坑周边建(构)筑物、地下设施、道路及地表有无裂缝出现。


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施工质量控制措施


5.1 桩机定位及垂直度修正

TRD工法机在运行期间需具有稳定性,不可出现局部下陷等问题,因此施工前先预铺3 cm厚的钢板,首层沿墙体轴向铺设,二层与轴线呈垂直的关系。施工期间,TRD工法机沿定位线移动(此部分提前用全站仪测放在钢板上)。为保证TRD工法机移动的安全性和准确性,需由专员指挥,保证各方向的偏差均被控制在许可范围内,且经过移动后,需详细检查全新的定位情况,若存在偏差则及时调整。TRD工法机全程均要具有稳定性,可利用经纬仪观测,以免出现垂直度误差;配套水准仪,利用该装置精准测量高程,从而给控制工作的开展提供参考。通常,定位偏差不宜超过±20 mm、标高偏差不宜超过100mm。


5.2 切割箱的安装及纠偏

定位后,启动回旋刀链锯,利用该装置切割土体,再根据设计要求拼接刀具,直至其能够下钻到设计桩底标高处为止。在本次施工中,采用的是1.7 m宽的切割箱。施工期间,利用切割箱内的测斜仪检测,根据所得数据反馈切削箱的垂直度,若存在倾斜现象,则调整机身斜支撑和门架支撑,以达到修正切割箱的效果。具体而言,斜支架具备调整前后向垂直度的能力,门架则具备调整左右向垂直度的能力,直至成墙的垂直度在1/250以内为止。


5.3 固化液和挖掘液的拌制

固化液以PO42.5级普通硅酸盐水泥为基础材料拌制而成,水灰比1.5,水泥掺量30%;掘进液的主要质量要求为黏度32.5 s、滤失量14.2 cm3,筛余3.5%,屈服值2.7。浆液的拌制利用自动拌浆设备完成,出厂后及时投入使用,期间的停止时间不宜超过2 h,否则易出现浆液离析现象,导致其与土体的混合效果大打折扣。施工期间,用流动度测试仪检测,以便及时掌握泥浆的流动情况,切实提高浆液的携渣能力,使成型后的墙体具有良好的胶结度。


5.4 水泥土墙体成墙施工

先行挖掘速度稳定在1 m·h-1以内,成墙搅拌速度在2 m·h-1以内。桩机就位后,按照设计图纸拼装水平链锯式切割箱,持续向下钻进,直至到达桩底标高位置为止,此后开始水平向挖掘前进,向箱底内注入挖掘液,再转为水平挖掘的方式,有序回撤至起始点,再推进注入固化液,实现与原土体的充分搅拌,在浆液与土体的共同作用下,构成水泥土搅拌连续墙。墙体搭接量控制在30 cm~50 cm,并在搭接过程中放慢掘进速度,全面保证搭接质量,形成完整、连续的墙体。施工期间加强对水泥土搅拌墙成型质量的检查,及时发现问题并处理,以免对后续的施工造成不良影响。


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TRD工法施工中的突发问题及应对措施


6.1 停电

TRD施工设备执行的是后台用电运行机制,考虑到停电而导致施工中断的情况,前台主机和动力头均借助柴油发电机驱动。施工期间,若存在突发性的停电,则将后台送浆泵内尚未注入的浆液排出,全方位清理储浆桶,并且TRD主机不可完全停机,应每隔0.5 h空转5 min,此举的目的在于避免泥浆凝固现象。


6.2 机械损坏

现场施工环境复杂,机械设备在长时间运行后易出现质量问题。对此,配备2名专业的修理工,并准备足量的备用件,以便在出现问题后可及时处理,尽可能缩短维修时间,恢复至正常施工状态。


6.3 堵管

管道堵塞时,需随即停泵,由专员深入现场检查送浆管,掌握堵塞问题的实际情况以及成因,采取疏通或是更换措施,尽可能缩短中途间隔时间。待堵管问题得到有效的解决后,启动搅拌钻,空转1 min后开始注浆,经过40 s~60 s的注浆作业后,便可进入横向搅拌切割环节。


6.4 切割箱倾斜

若切割箱在运行期间出现大幅度倾斜的情况(地质条件为主导因素,例如在上部土层较软、下部土层较硬的条件下,则容易导致切割箱倾斜)。对于此问题,桩机应重新回撤,适当调整切割箱的位置,使其满足垂直的要求,并再次切割该段,同时在切割机工作时需要适当地上下提升。


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结  语


综上所述,TRD工法在建筑深基坑工程中具有举足轻重的地位,综合应用效果显著,能够给日常工作的开展提供可靠的技术支撑。因此,在文章中,则重点对TRD连续墙支护技术展开探讨,阐述施工期间的具体要点,希望可作为类似工程的参考。

来源:《产业科技创新》

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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