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TRD工法施工地下水泥连续墙在富水粉细沙砾地层中的应用

TRD工法 2023年9月3日 项敏 285
摘  要

摘要:基于TRD工法地下水泥连续墙在呼和浩特地铁2号线一期工程土建施工7标段的使用,介绍了TRD地下水泥连续墙的施工工法和施工参数,并进行了TRD工法地下水泥连续墙无侧限耐压性能测试、渗透率实验、基坑内降水测试、坑外水位监测等实验。实验结果表明,TRD工法地下水泥连续墙成墙较为均匀,其渗透系数的数量级能够在全深度范围内有效降为10-7 cm/s,其取芯强度大于设计值1.0 MPa,但沿深度方向存在一定程度的不均匀性;TRD工法地下水泥连续墙能较好地切断基坑内外的水力联系,隔水效果良好,为工程实践提供了借鉴。


关键词:TRD工法;地下水泥连续墙;富水粉细沙砾;渗透系数


前 言


随着中国城市化步伐加快,城市地面交通可以规划的空间越来越小,这直接促进了城市地下空间利用率的提高,越来越多的地下空间被开发出来,形成了一条条地下轨道交通路线。为了满足城市交通发展需求,基坑的深度和广度都在不断拓展,在这个背景之下,等厚度水泥土地下连续墙工法(trench cutting re-mix deep wall method,TRD)以其稳定性高、精度高、施工能力强等优点得到了普遍认可和广泛应用。TRD工法可以确保承压水层和深基坑间的水力联络按照预期被拦截,这样就能够有效控制因为地基降水而导致的地基过量下沉问题,此外,也可以更好维护深基坑与周围环境之间的安全。


目前,围绕TRD工法的研究数量并不少,形成了部分研究成果。郑中保等在进行分析的过程中主要是对比阐述了TRD工法与SMW工法的差异,以及各自的优缺点,结论显示,TRD工法的挡土效果更加显著;谢恒、宾斌等整理了相关的项目案例,在此基础上归纳了TRD工法的成功经验和做法,除此之外,他们还阐述了该工法在基坑围护结构的承载变形、施工技术等方面的一系列内容。通过整理相关研究成果可以发现,部分研究人员围绕TRD工法止水效果与挡土效果均展开了不同角度的研究,主要集中在定性分析上,然而,关于TRD隔水效果在贯穿承压水层条件下的研究却非常不足,没有进行充分的监测数据评价。基于此,以呼和浩特市轨道交通2号线一期工程TRD工法地下水泥连续墙作为分析对象,借助于取芯强度检测等方法,分析和阐述了TRD地下水泥连续墙的施工效果。


1 工程实例


1.1工程概况

呼和浩特市火车站(图1)地处锡林郭勒北路与汽车站前东西大街的交叉口,沿锡林郭勒路北布设,东北侧为中国邮政大楼,东南侧为私人停车场,西北侧为呼和浩特市长途汽车站,西南侧为国贸商城。车站的东西街采用东西向设置,原计划道路的红线长度为30 m,设置为双面六机动车道,现状交流量为锡林郭勒北路按南北向布局,工程设计的道路红线宽度为50 m,设双向八车道,现状交通流量大。

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1.2工程地质条件

对项目地质资料进行汇总了解到,本基坑主要为土质材料,地层大多以软土为主,呈现出来流塑状态,孔系比相对来说较高,有着非常显著的渗透性。表1为该地层分布详情,表2为物理参数的具体情况。

 

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基于勘探发现的地层特征,本基坑的地下水为潜水性质。钻孔中量测的最大稳定水平为埋深9.1~9.8 m,相应高程为1 049.646~1 050.737 m,高差1.091 m,水位年变幅1.5~3 m,现场实测水位埋深6~7 m,与地勘水位相符。


1.3 TRD工法地下水泥连续墙结构参数

本基坑方案防止地下水出现涌出的现象,提升开挖面,提高稳定程度,TRD工法地下水泥连续采用墙钻孔灌注桩+TRD进行围护,外侧围挡采用≥700 mm厚TRD等厚帷幕。TRD工法的地下水泥连续墙深度大于30 m,不渗透4-4晶粉的细砂层,承压水面不会被截断。经由地下水泥连续墙底部,承压水虽然能够最终被排入到坑内,然而,坑外承压水流向坑内的绕流途径,却会被4米高的止水帷幕增强,此外,水流向坑内的持续时间也更久一些。图2为具体的结构。

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2 TRD工法介绍及施工参数


2.1 TRD工法介绍

TRD工法主要采取先行开挖、折回式开挖、成墙后混凝土3步成墙的方法(表3)。施工中,先将链锯型剪切箱嵌入混凝土地表下,竖向剪切混凝土体,再逐段利用刀具箱到达预定的深度,之后朝着侧向进行移动、剪切之后和混凝土体进行混合,将水泥浆融入其中,水泥浆和混凝土体搅拌在一起,且开始实现融合,组成等厚的混凝土搅拌墙。因为全层在上下同时混合、搅拌,因此保障了地基土在竖向上的连续墙体更加均匀,强度偏差微小,机械重心可控,能够达到精度要求,且稳定性强。

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2.2 TRD工法参数

1)为适应29.8 m墙厚条件,选用了4节剪切箱,它们是:1节4.35 m被动轮+4节4.88 m剪切箱,全长23.19 m,余尺0.89 m。墙厚850 mm,选用450~850 mm宽的刀具,并采取菱形布局,以保证全截面切割土层;

2)固化液拌制选择的材料是普通硅酸盐混凝土,规格为P.O 42.5级,约25%的水泥和每立方被拌和土体进行混合,因此,水灰比为1.0~2.0。相应的注浆控制参数见表3;

3)挖掘液拌制的材料为钠基膨润土,水灰比W/B为3.3~20,按1 000 kg水泥、50~300 kg膨润土的混合方法浆液;

4)水泥土搅拌墙深偏差控制值为±30 mm,墙体定位偏差控制值为±25 mm,墙厚偏差控制值为±30 mm,墙体垂直度控制在1/250以内;

5)增黏剂的调配比例为1.0 kg/m3。


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3 TRD工法效果评价


3.1地下水泥连续墙取芯检测

成墙28天后,可以开展地下水泥连续墙取芯检测。为此,先按照随机原则,挑出3根全孔芯样并进行编号,分别为1、2、3号,继而根据要求对它们开展无侧限抗压强度试验。按照不同的土层分布,每根全孔芯样分别取10组,最终选取出24个试件完成客观的分段评价,在全部检测结束后,获得抗压强度试验平均值:1号孔1.133 MPa,2号孔1.26 MPa,3号孔1.260 MPa。总体而言,TRD工法的成墙效果和设计预期比较一致,但是,需要注意抗压强度平均值的变化性,这说明地下水泥连续墙在垂直方向并不是非常均匀,地下水泥连续墙抗压强度为1.37~1.74 MPa。


通过检测可知,粉质黏土层的孔隙并不大,且颗粒之间的距离不大,所以,从某种程度上来说水泥浆液和黏土颗粒之间没有实现完全融合,这样地下水泥连续墙的整体性有所下降。一般而言,TRD工法设备大部分情况下还会因施工和机械性能被限制,注入压力一样的浆液时,一般没有办法确保地层和水泥能够均匀的混合在一起,这种状况的存在使得个别地层中地下水泥连续墙的整体性不是非常理想。


3.2地下水泥连续墙抗渗性能检测

成墙28天后,可以开展地下水泥连续墙抗渗性能检测。为此,先按照随机原则,挑出3根全孔芯样并进行编号,分别为1、2、3号,继而根据要求,制备多组试件开展检测。地下水泥连续墙渗透系数计算公式如下:

TRD工法施工地下水泥连续墙在富水粉细沙砾地层中的应用

公式中:ki所代表的内容是砂浆混凝土墙的渗透系数,单位cm/s;V所代表的内容是经时间区隔t渗出的体积,单位mL;h所代表的内容是试验尺寸,单位cm;P所代表的内容是设计的渗透压强度,单位为MPa;A为实验横截表面,单位cm2;t为试验时间间隔,单位s;γw弧所代表的内容是水的平均重量,单位N/cm3。


检验后的结果显示,全深度处理之后,且效果保持均匀前提下,这些数量级大多保持在10-7 cm/s的水平上,渗透系数犽i通过TRD工法地下水泥连续墙可以被降低,最终导致它的数量级实现10-7 cm/s。从这里能够观察到,采用TRD工法地下水泥连续墙拥有的隔水性能相对来说更好一些。使得本工程的隔水需求能够得到充分满足。


3.3地下水位监测试验

基坑周围环境相对复杂,地处锡林郭勒北道与车站东西大街的交汇处,所以,为了确保项目顺利开展和完工,必须要安排专人实时监测坑外地下水位情况,通过对水位的监测和判断来增强TRD工法地下水泥连续墙的可靠性以及稳定性。采取相关的措施来避免出现坑外地下水向坑内渗漏现象,这样坑外地面不会塌陷,能够得到保护。


设置G1、G2两口观测井,在TRD工法地下水泥连续墙外侧;与此同时,设置J1、J2两口降水井在内测,降水井的深度是45 m,内径为5 m,外径为6 m。开展3次降水试验,在降水井内距地表下40 m处放进抽水泵,通过实验获得的数据来分析和明确TRD工法地下水泥持续墙内外侧的水力联系。降水井内水位和观测井内水位曲线随时间改变的情况见图3。

TRD工法施工地下水泥连续墙在富水粉细沙砾地层中的应用

 

通过分析图3可发现:抽水2.5 h,J1、J2内水位均有所下降,待下降到了37.18 m、37.52 m后,水位不再下降,进入了修复阶段,继而2个降水井的水位恢复到了24.2 m、23.8 m:再次抽水后,降水井水位均有所下降,待下降至地面下37.04 m、36.90 m后,不再降水,J1、J2分别恢复至地面33.21 m、31 m.50 m;最后一阶段的抽水期间,J1、J2均保持在稳定态势,约为36.8 m;在降水井泵送期内,监测井中水位和抽井中水位的变化相同,但是幅度较小。


图3中,两口降水井抽水曲线非常接近,不同阶段在抽水中,可以发现水位存在着不同程度的恢复补充。除此之外,还可以发现G1、G2的24 h水位变化趋势非常接近,没有出现大幅的波动,由此可见,在未贯穿承压水层前提下,TRDT法地下水泥连续墙基坑内外有水力联系。


4 结 论


本文选择呼和浩特市轨道交通2号线一期工程为分析案例,阐述了TRD工法地下水泥连续墙的施工参数以及工法原理等内容。同时,笔者开展了一系列地下水泥连续墙取芯强度检测、降水试验等,获得研究结论如下:


1)TRD工法水泥混凝土墙在纵深上均匀程度不是很高。所以,能够在粉质黏土层中加入一定比例的水泥,按照施工要求放缓搅拌速率,保障搅拌均匀,从而提高成墙效果。


2)水位变化趋势上,观测井与降水井非常相似,且在小范围内波动,因此,本项目基坑内外保持着水力联系,隔水效果良好。



来源:《河北北方学院学报》

作者:孙旋旋

编辑整理:项敏

版权归原作者所有,仅作传播分享知识所用。

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