TRD水泥土搅拌墙施工环境影响分析及微变形控制措施

摘要：TRD水泥土搅拌墙在深大基坑工程中的应用逐渐增多。TRD水泥土搅拌墙在施工过程中不可避免会对邻近土体产生扰动，在复杂的城市环境中水泥土搅拌墙施工扰动可能对周边环境产生一定的影响。在上海虹桥商务区一期08地块项目、上海新闸路西斯文理项目和上海国际金融中心项目基坑工程中，超深水泥土搅拌墙试成墙实施期间对邻近土体侧向位移、地表沉降进行了监测，根据监测结果对水泥土搅拌墙施工环境影响作了系统分析。分析结果表明，TRD水泥土搅拌墙施工过程中对周边环境的影响总体较小，邻近地表最大沉降和土体侧向位移均小于10 mm，主要影响范围在10 m之内，并基于敏感环境的保护要求提出了控制墙体施工微变形影响的技术措施。

关键词：基坑；TRD工法；等厚度水泥土搅拌墙；环境影响；微变形

▍0 引 言

TRD水泥土搅拌墙施工通过纵向和横向切削土体，使土体与水泥浆液充分搅拌混合形成等厚度墙体，施工过程对墙体范围内的原状土体进行了破坏，并且TRD水泥土搅拌墙的深度一般较深，施工过程中不可避免地会对邻近的土体产生扰动，在复杂的城市环境中，这种土体扰动可能对周边环境产生一定的影响。

根据TRD水泥土搅拌墙在日本工程中的实践，搅拌成墙施工对周边环境的影响较小，均处于可控范围内。但是国内地质条件和城市环境条件更加复杂，TRD水泥土搅拌墙的深度更大，因此开展对TRD水泥土搅拌墙施工期间的环境影响研究对于进一步完善搅拌墙施工工艺和基坑工程变形控制以及推广该工法的应用均有重要意义。

笔者在上海国际金融中心项目中进行了TRD水泥土搅拌墙对周边环境影响的实测研究，研究表明TRD水泥土搅拌墙施工过程中对周边环境的影响均为毫米级[5]。为系统的研究TRD水泥土搅拌墙在不同的土层以及施工深度条件下对周边环境影响，笔者结合上海虹桥商务区一期08地块项目、上海新闸路西斯文理项目基坑工程TRD水泥土搅拌墙试成墙实施期间的环境影响监测，对水泥土搅拌墙施工的环境影响进行了综合分析，并提出了敏感环境下控制墙体施工微变形影响的技术措施。

▍1 TRD水泥土搅拌墙成墙试验

1.1上海虹桥商务区一期08地块

（1）工程概况

上海虹桥商务区一期08地块基坑面积约为4.6×104 m2，挖深约17.05 m，基坑总体支护设计方案为：板式围护结构结合三道钢筋混凝土临时支撑的顺作法设计方案。采用Φ1250~1300 mm灌注桩围护体，采用“桩墙合一”技术[6]。灌注桩外侧设置800 mm厚TRD水泥土搅拌墙作为悬挂隔水帷幕，悬挂隔水帷幕搅拌桩插入地面以下52 m，水泥掺量不小于25%。

本工程基底处于第④层灰色淤泥质黏土层中，在开挖深度范围的土层中有②层、③层、④层土。场地分布有⑤2层、⑦层和⑧2层承压含水层土，是上海地区微承压含水层和承压含水层。本场地大部分区域⑤2层、⑦层与⑧2层承压水连通，勘察期间测得承压水头为5.0~6.0 m。

为确定TRD水泥土搅拌墙的施工参数，在正式墙体施工前进行了非原位试成墙试验。试成墙深度52 m，长度8 m，厚度800 mm，墙底进入第⑦砂质粉土层。TRD水泥土搅拌墙采用三工序成墙施工工艺（即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌），对地层先行挖掘松动后，再行喷浆搅拌固化成墙。在TRD水泥土搅拌墙试成墙过程中，布设地表沉降监测点和深层水平位移监测点进行相应监测。监测点布置图如图1所示。

（2）深层土体侧向位移

图2为水泥土搅拌墙试成墙养护2天距离试验墙体2，4，7，11，16 m的测斜点测得的土体侧向位移曲线。从图中可以看出，土体侧向位移主要朝向成墙侧，类似于悬臂结构的变形形态，顶部位移相对较大，随着深度增加，侧向位移逐渐变小；距离成墙越近，土体侧向位移相对越大，最大侧向位移约8 mm，TX5测点距离试成墙较远，成墙施工的影响较小，土体侧向位移平面影响范围主要在距墙体约7 m的范围内。总体而言，在距离试成墙7 m范围内，深层土体侧向位移由近及远逐步减小。

（3）地表沉降

图3为试成墙施工期间邻近地表沉降分布曲线。从图中可以看出，距离试成墙越近，地表沉降相对越大，最大沉降约4 mm；随距离增大，地表沉降逐渐减小。试成墙施工对地表沉降的主要影响范围约5 m，最大沉降为4 mm，影响程度属于毫米级。

1.2上海新闸路西斯文理成墙试验

（1）工程概况

上海新闸路西斯文理地下室设3~4层，基坑围护面积约1.0×104 m2，基坑开挖深度15.75~18.65 m，基坑总体支护设计采用分区顺作方案。为减小承压水降水对紧邻地铁隧道及建筑物等环境的影响，本工程在已施工围护地墙外侧设置等厚度水泥土搅拌墙，以隔断⑦层承压含水层。

场地属滨海平原地貌，场地内较为平坦，本工程基底处于第③层灰色淤泥质粉质黏土层中，在开挖深度范围的土层中有②层、③层土。场地分布有⑦1层和⑦2层承压含水层，是上海地区微承压含水层和承压含水层。勘察期间测得承压水头为8.1~8.5 m。

为确定TRD水泥土搅拌墙的施工参数，在正式墙体施工前在原位进行了试成墙试验。试成墙深度50 m，长度12 m，厚度700 mm，墙底进入⑧层黏土层不小于3 m。TRD水泥土搅拌墙同样采用三工序成墙施工工艺，对地层先行挖掘松动后，再行喷浆搅拌固化成墙。

在TRD水泥土搅拌墙试成墙过程中，布设地表沉降监测点和深层水平位移监测点进行相应监测。监测点布置图如图4所示。

（2）深层土体侧向位移

图5为水泥土搅拌墙试成墙施工期间土体侧向位移分布曲线。从图中可以看出，试成墙施工过程中引起的土体侧向位移方向朝向墙体位置，类似于悬臂结构的变形形态，顶部位移相对较大，随着深度增加，侧向位移逐渐变小；距离墙体越近，土体侧向位移相对越大，最大侧向位移约3 mm，位于约8 m深度，TX3测点距离试成墙较远，成墙施工的影响较小。总体而言，试成墙施工期间引起的邻近土体的侧向位移较小。

（3）地表沉降

图6为试成墙施工期间邻近地表沉降分布曲线。从图中可以看出，距离试成墙越近，地表沉降相对越大，最大沉降约2.7 mm；随距离增大，地表沉降逐渐减小。总体而言，TRD工法墙体施工期间，引起的邻近土体的变形较小。

1.3上海国际金融中心项目

上海国际金融中心项目试成墙环境影响分析详见文献。试验时深层土体侧向位移监测表明，试成墙施工过程中引起的土体侧向位移方向朝向墙体位置，类似于悬臂结构的变形形态，土体侧向位移随深度增大大致呈减小的趋势；距离墙体越近，土体侧向位移相对越大，距离墙体1.4 m处，除顶口位置存在异常外，侧向位移最大约11 mm，在距离试验墙体22 m处，侧向位移几乎为0。TRD成墙施工时，土体侧向位移影响范围主要是在5m远的范围之内。

地表沉降监测表明，靠近墙体处地表有一定的沉降，随距离增大，地表沉降逐渐减小。最大沉降约为8 mm，距离墙体5 m以外，地表沉降小于5 mm，TRD成墙施工时，成墙的主要影响范围约5 m。

▍2 TRD水泥土搅拌墙施工环境影响分析

根据上述3个基坑工程案例的深层土体侧向位移监测分析表明，TRD水泥土搅拌墙试成墙过程中，邻近土体产生朝向成槽方向的侧向变形，土体侧向位移随深度增大大致呈减小的趋势；随距墙体距离的增大，成墙影响逐渐减小，成墙对周边土体的影响范围主要集中在距墙体约10 m内；土体侧向变形量较小，最大变形不超过10 mm。

根据上述3个基坑工程案例的地表沉降监测分析表明，靠近墙体处地表有一定的沉降，随距离增大，地表沉降逐渐减小。最大沉降约为4~8 mm，距离墙体5 m以外，地表沉降小于5 mm，TRD成墙施工时，地表沉降主要分布在5 m范围内。TRD水泥土搅拌墙施工引起的最大地表沉降量与成墙深度的比值约0.15%。

▍3 控制成墙施工微变形影响的技术措施

上述实测分析表明，TRD水泥土搅拌墙施工对周边环境的影响总体较小。但对于邻近更加敏感环境的深基坑工程，从环境影响微变形控制角度，可进一步采取如下技术措施，减小对周边环境影响：

（1）通过试成墙试验确定合理施工参数

TRD水泥土搅拌墙施工对周边环境影响与地层条件关系密切，首先需根据工程经验并结合环境变形控制要求初步确定合理的施工参数。正式施工前应进行现场试成墙试验对施工参数及保护措施进行验证和修正。在试成墙施工前应布设土体测斜、地面沉降及土体分层沉降等监测点，在试成墙各个工序中进行跟踪监测，以掌握TRD水泥土搅拌墙施工各阶段的土体及环境变形规律，为制定合理、可行的施工参数提供依据。

（2）控制先行挖掘单次掘进长度和喷浆成墙时间

由于TRD水泥土搅拌墙先行挖掘时采用泥浆护壁，结合已有工程实测数据，先行挖掘至喷浆成墙前的阶段深层土体及地表沉降最大，且墙体越深、单次掘进长度越长、静置时间越长影响越大。因此，为控制先行挖掘成槽阶段对周边环境的影响，在墙体深度一定的情况下，控制单次挖掘长度、缩短喷浆成墙时间是减小对周边环境影响的关键。

（3）控制先行挖掘掘进速度，提高挖掘液泥浆持壁性能

先行挖掘过程中随着切割箱掘进要及时向槽内补充挖掘液，防止槽内液面过低造成坍槽。先行挖掘过程中掘进速度不宜过快，宜控制在60～90min/m，一方面可以降低挖掘液补充不及时的风险，另一方面可以防止掘进速度过快引起坍塌。

挖掘液的持壁性能直接关系到槽壁稳定性，为了增强槽壁稳定性，挖掘液宜采用具有一定黏度和流动度的膨润土浆液，对砂层较厚的地层条件，在挖掘液配置不宜采用钙基土膨润土，应采用性能更稳定的钠基土膨润土，同时应适当加大膨润土泥浆比重，以增加挖掘液的持壁性能，确保槽壁稳定性。

（4）施工作业范围采取应力扩散措施

结合工程实践，地表浅层土体承载力较低、土性较差时，可在TRD工法机施工范围内采用铺设钢筋混凝土路面和施工钢筋混凝土导墙的方案，以扩散设备的基底压力，确保地基承载力和槽壁稳定满足要求。混凝土路面及导墙有效避免了设备行走及切割过程中路面塌陷、槽壁坍塌问题，有利于确保槽壁稳定性，在保证设备安全施工的同时，可有效减小由于槽壁变形、槽壁坍塌对周边环境的影响。

▍4 结 论

本文基于上海虹桥商务区一期08地块、上海新闸路西斯文理、上海国际金融中心项目基坑工程深度50~56 m的水泥土搅拌墙成墙实施期间对邻近土体侧向位移、地表沉降的监测结果，分析了超深TRD水泥土搅拌墙施工对周边环境的影响，并从施工角度提出了敏感环境下控制搅拌成墙微变形影响的技术措施，主要结论如下：

（1）超深TRD水泥土搅拌墙一般采用“三工序”成墙施工，在墙体先行挖掘和回撤挖掘阶段，由于开槽区域土体应力释放，挖掘稳定液未完全补偿释放的应力，使得槽壁向槽内产生变形，同时地表产生一定沉降。

(2)TRD水泥土搅拌墙成墙过程中，邻近土体产生朝向成槽方向的侧向变形，土体侧向位移随深度增大大致呈减小的趋势；随距墙体距离的增大，成墙影响逐渐减小，成墙对周边土体的影响范围主要集中在距墙体约10 m内；土体侧向变形量较小，最大变形约10 mm。在TRD成墙过程中，周边土体总体变形较小，对周边环境影响较小。

（3）超深TRD水泥土搅拌墙施工对周边环境影响总体较小，针对敏感环境下的基坑工程，可采取控制墙体施工微变形影响的技术措施有：通过试成墙试验确定合理施工参数；减小单次掘进长度，控制喷浆成墙时间；控制先行掘进速度，提高挖掘液泥浆持壁性能；施工作业范围采取应力扩散措施。