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TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析

TRD工法 2022年5月14日 项敏 208



摘 要


摘要:为探究适宜城市地区明挖槽壁加固设计及施工方案,文章以温州市域铁路S1线明挖区段为依托,对平直槽壁加固设计及施工方式进行了比选。通过对区段内地质水文条件、机械、施工工艺和造价的综合比较,推荐该明挖区段采用TRD工法进行加固,直接形成表面平整、厚度一致、墙体均匀的加固体,平衡了工期和造价要求,达到了槽壁加固工程设计及施工要求。


关键词: TRD工法;槽壁;加固;技术分析;


随着城市地铁建设的快速发展,地铁深基坑的设计、施工也朝着更加复杂、安全的方向发展,对此,许多学者根据实际工程进行了深入的研究。范正春、姜叶翔等对城市施工中常见基坑支护形式的优缺点进行了对比分析,认为基坑支护需要根据周边环境、地质条件、承受荷载和造价等多个条件来确定;同时,在了解工程实际条件后,数值模拟也能被深入应用到深基坑支护研究中,罗智勇等依托成都锦城广场地下停车场项目,通过基坑施工的全过程数值模拟,论证了深基坑支护方案的可行性。在众多深基坑支护措施中,TRD工法以其施工深度大、适应地层广、成墙质量好和稳定性高的优势在近年来被广泛运用。陈思慧通过引入深度达65 m的TRD工法墙,有效控制了地铁线路施工对临近车站的变形影响;葛永超对TRD工法的原理、特点、工序和应用前景进行了详细的分析,特别是在深基坑止水帷幕中的显著优势;项敏通过对我国TRD工法应用的统计,以及对TRD工法机械设备的研究,认为在高密度城市地区,TRD工法机械国产化将有力推动该工法更加广泛地运用;陈秀鸣等采用数值模拟对TRD工法墙施工引起的周边土体变形数据进行了分析,总体与实测值保持一致;吴蕊综合工期、余土外运、空间受限、止水费用等多个方面,将TRD工法与SMW工法进行技术经济对比分析,细化了两种工法的应用场景。


以上研究对TRD工法在城市深基坑支护应用和发展形成了有力的支撑,在此基础上,本文结合温州市域铁路S1线一期工程实际和地质水文条件,对TRD工法在深基坑槽壁加固中的应用进行分析,并与三轴搅拌桩技术指标的比对,通过对施工原理、机械、工艺和经济性进行分析,推荐适宜的设计及施工方案。


工程概况


温州市域铁路S1线一期工程土建施工SG13标段范围为明挖区间,起止里程为DK39+700~DK41+231.97,全长1 531.97 m。该区段内明挖深度为8~10 m,基坑支护结构主要穿过淤泥层,支撑在淤泥质黏土层中,如图1所示。

TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析


该基坑工程最初设计采用地下连续墙支护工艺,但由于槽段内泥浆压力不足以支撑槽壁,在抓斗上下挖掘的冲击下极易造成槽壁失稳塌孔,造成地下连续墙混凝土超灌,使墙体出现较大的突出,给地下连续墙施工及后续基坑土方开挖带来困难。因此,需要采取措施对地下连续墙两侧土体进行加固处理。


方案比选


在结合现场施工条件、周边环境和水文地质条件分析后,对地下连续墙两侧土体加固提出2种方案:①三轴深层水泥搅拌桩;②TRD工法。下文从施工机械及原理、工艺和造价3个方面对两种方案进行比选,并推荐较优的设计及施工方案,为类似工程提供借鉴。


2.1 施工机械及原理

三轴深层水泥搅拌桩是通过3条螺旋钻孔同时向下施工,在分割土体的同时将水泥浆注入土体,在水泥土混合体未充分硬化前,插入受拉材料进行应力加强,获得复合加固墙体。


TRD工法,又称超深等厚度水泥土地下连续搅拌墙工法,是通过链锯式刀具在地层中进行横向切割,由于链条带动刀具上下同转运动,在搅拌土层的同时灌入水泥浆,从而形成特定厚度的围护墙体,达到加固作用。


两个方案都是利用机械切割土层的同时对地基进行加固,由于切割土层的方式不同,三轴深层水泥搅拌桩利用3条螺旋钻,TRD工法利用链条带动刀箱转动搅拌切削,在同等条件下,在淤泥质地层中,TRD工法更能保证水泥土的连续性和均匀性,也不会导致劈叉错台等现象。


2.2 施工工艺

采用三轴深层水泥搅拌桩进行槽壁加固,设计如图2所示。采用TRD工法进行槽壁加固,施工工艺如图3所示。

TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析


TRD工法施工第一步是开挖沟槽,见图3(a);第二步是回刀切割,开挖到预定深度,放入切割箱,见图3(b);第三步是切割箱与主体连接,利用支撑台固定,见图3(c);第四步是切割、搅拌、插入芯材成墙,见图3(d);第五步是拔出切割箱,见图3(e)。

TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析


对于槽壁加固工程中,三轴深层水泥搅拌桩加固区域本身不平整,现场成桩如图4所示,需要进一步对其表面进行凿除,并在后期防水施工时进行抹面处理。

TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析


对于三轴深层水泥搅拌桩造成的加固表面不平整问题,TRD工法借助其切割刀具连续切割的优势,能直接形成表面平整、厚度一致、墙体均匀的加固体,如图5所示。

TRD工法在平直槽壁加固工程中的技术分析


因此,对于平直槽壁加固而言,TRD工法在施工工艺方面要优于三轴深层水泥搅拌桩。


2.3 施工造价

根据加固深度为8~10 m的加固深度,三轴深层水泥搅拌桩和TRD工法每延米施工报价分别为12 500元和13 000元,差价为500元。但考虑到三轴深层水泥搅拌桩表面不平整引起的凿除费用和混凝土超灌费用分别为每延米400元和150元。TRD工法每延米比三轴深层水泥搅拌桩低50元,并且在凿除搅拌桩形成的表面不平整还会增加施工工期,造成人工成本增加。因此,TRD工法每延米在施工造价方面是更优的选择。


2.4 综合比较

上文分别对三轴深层水泥搅拌桩和TRD工法在槽壁加固时的原理、机械、工艺和造价进行了比较和计算,现分析如下:两种方案的原理相近,均采用机械施工形成水泥土复合地基,适用于城市深基坑处理,TRD工法因其切割刀箱组装而成,能在更小的空间发挥作用;在施工工艺方面,TRD工法能直接形成厚度均匀、表面平直的墙体,避免了后期表面处理,更适于平直槽壁加固;在造价方面,TRD工法虽然每延米施工费用更高,但不会产生混凝土超灌、后期凿除和工期延后费用,也是更优的选择。因此,本次温州市域铁路S1线一期明挖区段采用TRD工法进行槽壁加固。


结论与建议


在城市地区进行明挖槽壁的加固时,其基坑支护的设计及施工方案需要结合多方面进行综合考虑:


(1)区段内的地质水文条件和周围环境是选择施工机械的重要参考,正确选择施工机械是安全和工期的保证;


(2)施工工艺比选对后期加固效果有决定性作用,对于槽壁型的平直加固,TRD工法是较优选择;


(3)施工造价分析,对基坑支护是否合理提供了重要参考。


本文综合以上因素,推荐温州市域铁路S1线一期明挖区段采用TRD工法进行槽壁加固,精简了槽壁加固的设计及施工方案,可为类似工程提供借鉴。


来源:《施工技术与测量技术》

作者:郑中保

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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