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TRD工艺在深大基坑事故抢险施工中的应用

TRD工法 2022年5月16日 项敏 210


摘 要


摘要:城市的快速发展,使得基坑工程的项目由浅小基坑逐渐向深大基坑发展。在实际施工中,由于止水帷幕质量缺陷造成开挖漏水时,土颗粒将随渗流水被带出形成流砂,对基坑安全造成极大威胁,而现阶段在抢险处理上的经验较少。依托基坑工程实例,介绍了TRD工艺在止水帷幕失效情况下的应用,为类似的抢险处理提供施工经验。


关键词:TRD工法;抢险;刀具改进;成槽机引孔


前 言


南京某基坑支护工程,采取钻孔灌注桩和混凝土支撑支护,支护桩外采用单排三轴深搅桩挡水,钻孔桩设置在地下结构外墙外1 300 mm,由于三轴搅拌桩止水施工质量问题,导致止水帷幕失效,造成基坑开挖漏水。为解决该问题,建议施工现场采用如下方案:


方案1:地下连续墙与TRD结合。


1)由于南侧土体已扰动,若采用地下连续墙施工,埋斗、坍孔风险极高,建议采用TRD施工,南侧共计212 m。


2)东、北、西三侧止水帷幕采用地下连续墙工艺(素混凝土),止水帷幕穿过承压水层进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm,普遍深度62~64 m(实际深度按照地质状况而定),厚800 mm,东侧距离原围护体系外轮廓8 m,北侧距离原围护体系外轮廓10 m,西侧距离原围护体系外轮廓4 m,共计444 m。


3)地下连续墙接缝处理:③2粉细砂层以下至墙底采用φ2 400 mm的MJS,长度38.30 m。


方案2:采用TRD工艺。


1)止水帷幕穿过承压水层进入⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm,普遍深度60 m以上(实际深度按照地质状况而定),厚800 mm,南侧距离原围护体系外轮廓15 m,东侧距离原围护体系外轮廓8 m,北侧距离原围护体系外轮廓10 m,西侧距离原围护体系外轮廓4 m,共计660 m。


2)止水帷幕穿过承压水层进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm,普遍深度62 m以上(实际深度按照地质状况而定)。


根据项目施工情况,采用方案2,TRD施工深度根据试成墙结果而定。


1 工程概况


1.1一般概况

本项目地点位于南京市浦口区,采取钻孔灌注桩和混凝土支撑支护,支护桩外采用单排三轴深搅桩挡水,钻孔桩设置在地下结构外墙外1 300 mm,基坑开挖深度15.4~16.3 m。


1.2工程重难点分析

1)墙体超深,一般施工深度均在50 m以内,施工深度超过60 m范围在国内外均少见,因深度较大,一般设备能力有限,TRD在含砂层中施工容易埋钻。


2)地层复杂。TRD穿过⑥1强风化粉砂质泥岩(厚度2~2.8 m),进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm,TRD设备在⑥1层到⑥2层之间施工速度慢,埋钻风险增加,设备的滑轮栓、滑动支架、前支架栓、大船支撑油缸内压等部位易出现承载力不足问题,存在较大风险,需通过试成墙确定最合适的施工技术参数和切割刀具。


3)基坑南侧地层可能存在空洞。根据本工程前期施工情况,TRD施工时基坑南侧地层可能存在既有裂隙空洞,给施工带来影响。


4)800 mm厚TRD穿过标贯值大于20的④2粉细砂、⑤含砾中粗砂层,进入标贯值近70的⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm,进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm。⑤层卵砾石大小8 cm,常规卵砾石大小为2~5 cm,根据以往经验,TRD在穿过本工程⑤层含砾中粗砂层时易出现卡链条风险,且在厚实砂层中施工时链条磨损严重甚至破坏,铣削困难,一旦切割箱被埋,处理耗时较长,严重影响施工速度。


2 施工设备改进


针对该项目,本公司与设备供应商日本KGF公司共同探讨了在超过60 m深度挖掘时,施工设备的适应性问题。由于前端切割箱沿着地基移动,大深度时切割箱受到很大的力。因此TRD施工超过60 m深度会增加挖掘部和切割箱法兰面破坏的可能性。设备的滑轮栓、滑动支架、前支架栓、大船支撑油缸内压等部位易出现承载力不足的问题(图1)。

TRD工艺在深大基坑事故抢险施工中的应用


根据本工程地质特点,施工设备采用铣削能力强、施工精度高的日本进口TRD-E型工法设备施工,并在此基础上对设备切割箱、链条进行改进(图2)。

TRD工艺在深大基坑事故抢险施工中的应用


3 试成墙施工


3.1  试成墙施工参数

1)正式施工前在场地西南角、东北角进行试成墙施工,累计切削11 m并第1次喷浆6 m,历时7d,工艺技术要求如下:

①采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,建议水泥掺量不小于35%,建议水灰比为1.2~2.0。

②建议掺入50~100kg膨润土在每立方被搅土体挖掘液中。

③TRD采用三工序成墙施工工艺。


2)在距离试成墙2、3、5 m位置布设3个地表沉降监测点、6个土体测斜监测点、6个深层土体分层沉降监测点,监测点应处于试成墙中心,且垂直于墙体。监测点平面布置如图3所示。

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3)引孔措施。

①根据工程实际情况,为保证工程能够按时完工,试成墙采用GPS-18以上机型或旋挖钻机(TRD方案1采用BG25C钻机、TRD方案2采用BG26或金泰360钻机)成孔,引孔的孔径为800 mm,间距2~3 m,深度与TRD深度相同。


②成槽机挖槽引孔,成槽长度每次约2.9 m,深度与TRD深度相同。引孔完成对槽内进行回填后再进行TRD施工。


通过引孔,对原砂层、岩层整体强度进行削减,同时有利于TRD切割箱“吃入”岩层,确保了TRD顺利施工。


3.2试成墙施工结果分析

1)从试成墙的施工结果来看,TRD需穿过含砾中粗砂等硬质土层,TRD切割箱在该层中下沉阻力大,工效下降显著。与GPS-18钻机相比,成槽机、旋挖机在引孔的同时可以取出⑤层中部分卵砾石,避免石块卡入TRD链条。成槽机与TRD施工保持的距离过长,会导致表层的障碍物塌落沟槽中,影响TRD施工。因此,在正式施工时,TRD与成槽机施工应保持相对的距离(一般控制在TRD单日完成量1.5倍左右),反之将影响TRD切割效果或引起沟槽塌方,不利于TRD施工。


2)试成墙三循环工序。

①先行挖掘。下沉过程切割箱的油泵压力在150~250 kN之间,当切割箱下沉至强风化岩层顶面,开始水平挖掘,速度90~100 min/m,当切割箱下沉至中风化岩层顶面,几乎无法继续下沉。为了使切割箱继续切割,采用加密刀排间距的方式,增加1倍的刀排,水平挖掘速度150~165 min/m。根据当地土层特性,每1 m3掺入100kg钠基膨润土的挖掘液来确保槽壁稳定性,流动度控制在17 s左右。


②回撤挖掘。回撤挖掘在水平掘进段满足设计要求长度后进行,TRD入⑥1强风化粉砂质泥岩回撤速度为10~15 min/m,TRD入⑥2中风化粉砂质泥岩回撤速度为50~60 min/m。


③成墙施工。成墙搅拌水灰比为1.5,水泥浆相对密度1.35。TRD入⑥1强风化粉砂质泥岩成墙施工平均前进速度70~75 min/m。TRD入⑥2中风化粉砂质泥岩平均前进速度80~85 min/m。从施工风险及设备能力角度考虑,TRD施工入⑥2中风化粉砂质泥岩风险较大,施工工效极慢,费用更高。


3)由地表沉降变动曲线(图4)可知,从2019年6月5日成墙开始至2019年6月8日上午成墙完毕,地表处于向上变形中,其中DB1、DB2测点变形比较明显,成槽结束后的24h内地面变形复原最快,36 h内地面变形不大,随后逐渐稳定。

TRD工艺在深大基坑事故抢险施工中的应用


由土体测斜监测成果可知,CX1、CX4测点深度在35~60 m的位移较大,由此可说明距离槽段越近,变形幅度会越大,成墙结束24h内,恢复最快变形发生在CX1测点深度43 m的位置,最大位移达10.2 mm;成墙完毕24h后,位移逐步趋于稳定。


由土体分层沉降监测曲线(图5)可知,土体分层沉降在成槽阶段为向上变形,变形显著位置为离槽段较近处,其中FC1-6累计向上变形达7.1 mm。试成墙完毕后,FC1-3监测点最大累计下沉达8.5 mm。

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4 TRD施工


4.1施工方案的确定

通过分析试成墙结果,对正式施工拟定了如下方案:

1)重型设施对场地承载力要求比较高,在施工场地铺设钢板等措施,确保机械的稳定性。

2)TRD施工入⑥2中风化粉砂质泥岩风险较大,施工工效极慢,费用高,从经济性、适用性考虑,TRD施工入⑥1强风化粉砂质泥岩可满足项目施工要求。

3)根据试成墙结果,采用成槽机引孔。


4.2施工参数的确定

1)墙厚800 mm,墙深为入⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm,大于60 m。

2)水泥掺量35%,即每立方米被搅拌土体掺入630kg水泥,水灰比1.5。

3)挖掘液配比:水1 000 kg,设计膨润土掺量50~100 kg/m3,实际膨润土掺量100 kg/m3,1.03≤相对密度≤1.17。

4)固化液配比:水1 000 kg,水泥1 500 kg(水泥掺量35%),相对密度1.35,水灰比1.5。


5 成墙质量分析


1)钻孔取芯强度检测。TRD施工完成后,根据规范要求进行钻孔取芯,沿TRD中心线共取7处,每个取芯孔从上到下分别取5组试块,结果从芯样上看,色泽均匀一致,连续性好,较为完整。等厚度水泥土搅拌墙在硬质土层中的强度为0.95~1.02 MPa,满足28d无侧限抗压强度标准值不小于0.8 MPa的设计要求。


2)渗透性检测。取4#、6#取芯孔,每个孔自上而下每个土层取3组芯样,处理后芯样达到饱和状态,进行28d室内渗透性试验,整个试验测得的渗透系数都在一个数量级内,均满足墙体渗透系数不大于10-7 cm/s的设计要求,墙体整体渗透性良好,具有一定的止水效果。


3)水位下降情况。经过现场抽水试验,在原围护结构外围增加一圈TRD后,外侧的承压水观测井和潜水观测井平均降深达到1 m,确保了基坑的整体安全,说明TRD的止水效果和施工质量达到了预期效果。


6 结 语


针对TRD在含砾中粗砂等硬质土层中打入较困难、工效明显下降等问题,可采用工程钻机、旋挖机、成槽机引孔的方式,对原砂层、岩层整体强度进行削减,同时引孔有利于TRD切割箱“吃入”岩层,确保TRD施工顺利进行。与GPS-18钻机相比,成槽机、旋挖机在引孔的同时可以取出⑤层中部分卵砾石,避免石块卡入TRD链条,在含砾中粗砂等硬质土层中,采用成槽机引孔尽管施工成本高、场地要求高,但在复杂地层中适应性更强。实践证明,TRD应与成槽机施工保持相对的距离,一般控制在TRD单日完成量1.5倍左右,因为成槽施工与TRD施工保持的距离过长,会导致表层的障碍物塌落至沟槽中,影响TRD施工。


来源:《地基基础》

作者:赖欣

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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