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新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

TRD工法 2023年10月21日 项敏 430
摘  要

 

摘要:新型水泥土搅拌连续墙工法是一种连续墙施工技术,简称TRD工法,该工法属于锯链式切割箱连续施工模式,与传统的柱列式水泥土搅拌连续墙施工方法相比存在一定差异性。利用TRD工法进行施工时,需要在地基中插入链锯型切削刀具,将墙体掘削至设计深度,采用注入固化剂方式与原位土体进行混合,开展持续的横向掘削、搅拌作业,将作业面进行水平推进,进而构筑高品质水泥土搅拌连续墙。在搅拌方式方面,TRD工法采用水平轴锯链式切割箱沿墙身进行垂直整体搅拌,该方式有别于传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌。通过横向移动连续施工,确保墙体整体连续性;在转角处通过搭接切割和喷浆成墙,冷缝做到很好的封闭搭接,止水效果可靠。

 

关键词:水泥土搅拌连续墙;施工工法;止水帷幕

 

0 引 言


济南遥墙机场二期改扩建工程东飞行区场道工程位于济南遥墙机场,由于机场西北侧临近黄河,下穿通道基坑开挖深度范围内地下水丰富,有效隔水层埋深较深,为保护地下水资源,基坑地下水治理采取止水帷幕隔水措施,基坑止水帷幕设计深度45m,常规的民航专业工程采用的止水帷幕施工工艺在深度、垂直度和止水效果方面达不到设计要求。


新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

 

1 特 点


TRD工法利用TRD工法机施工,设备采用电力驱动,节能环保,施工效率高,质量可靠,施工中具有成墙深度大、地层适应性强、连续性及均匀性好等特点。成型后的新型水泥土搅拌连续墙具有优异的防渗、止水性能。与传统工法相比,TRD工法的特点主要体现为以下几个方面:首先,施工深度大,利用TRD工法进行施工,最大深度可达70m;其次,适应地层广,对硬质地层,如硬土、砂卵砾石等,作业优势尤为明显;第三,成墙品质高,墙体具有良好的截水性能,并且水泥土质量均匀、离散性小、强度高;第四,高安全性,重心低、高稳定性,被广泛用于高度有限制要求的场所;第五,成墙具有连续性,接缝少,墙体厚度均匀;第六,噪音、振动较小。


2 适用范围


TRD工法在地层上适用于人工填土、粘性土、淤泥和淤泥质土、粉土、沙土、碎石土等地层;墙体厚度一般为550mm—850mm,墙深一般不宜大于60m;平面布置一般采用直线布置,减少转角,圆弧段的曲率半径不宜小于12m。

 

在施工作业过程中,需用何种作业工法,需要对土质条件、墙体性能、墙体深度、环境保护等要素指标进行综合分析。


工艺原理


通常地层中存在透水性较好的粉细砂层,也是赋存地下水的地层。目前山东济南地区为保护地下水资源,在基坑开挖过程中,一般不允许采取降水方案。采用TRD工法进行作业时,需要借助动力箱液压马达驱动链锯式切割箱,采用连接分段作业方式,施工至设计位置,实现水平横向推进挖掘作业,利用链锯的上下运动实现对土体的切割与搅拌,同时通过将固化液注入切割箱底部,利用水泥浆等固化液强制混合搅拌原位土体。在水泥胶凝的过程中,搅拌均匀的水、水泥、土拌合物形成具有一定强度和抗渗性能的水泥土连续墙,在基坑外形成一圈封闭的止水帷幕墙,从而截断基坑外地下水。

 

TRD工法采用水平轴锯链式切割箱沿墙深垂直整体搅拌,该工法有别于传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌,通过充分搅拌地下不同地层中的颗粒,实现与水泥浆液混合,搅拌效果更好。


采用新型水泥土搅拌连续墙工法进行作业时,与传统的柱列式水泥土搅拌连续墙工法存在一定差异,这是因为新型水泥土搅拌连续墙工法需要在地基中插入链锯型切削刀具,将墙体掘削至设计深度,实施横向掘削和搅拌作业,并水平推进,进一步构筑高品质水泥土搅拌连续墙。

 

利用TRD工法进行施工时,成墙步骤分三步进行,如图1所示,按照挖掘—回撤挖掘—成墙搅拌的顺序进行作业,即按照预定深度利用锯铤式切割箱实施钻探作业,首先注入挖掘液进行挖掘作业,土层松动一定距离后,进行回撤挖掘作业至原处,然后注入固化液搅拌成墙;通过充分混合地基土,进行松动搅拌处理,再实施固化成墙搅拌作业。利用三步法进行成墙作业时,切割推进速度0.2m/h~2.0m/h,回撤切割推进速度在5m/h~10m/h,成墙搅拌推进速度1.0m/h~3.0m/h。

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法


4 新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕设计

新型水泥土搅拌连续墙作为防渗截水帷幕,隔断一层潜水和两层承压水,为满足坑底土体抗管涌稳定,墙底进入隔水层3m。墙体设计厚度800mm,根据详勘显示的不同部位隔水层标高变化,墙体设计深度为45m。固化剂采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水泥掺入比不少于25%;28d浆液试块无侧限抗压强度标准值不小于0.8MPa、钻孔取芯无侧限抗压强度标准值达到0.8MPa,并且墙体渗透系数不高于10—6cm/sec。施工允许偏差:垂直度不大于1/250,墙厚±30mm,墙底标高30mm,中心线位置±25mm。

 

工艺流程及操作要点


5.1 施工工艺流程

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工艺流程如图2所示

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

 

①测量放线。作业前,按照业主提供的设计图纸、坐标基准点等参数指标,确定围护墙中心线角点坐标,通过放样的方式对坐标数据进行复核处理,同时对护桩做好防护工作,并与相关单位进行放线复核。

②开挖导向沟槽。利用TRD工法开挖导向沟槽,需要考虑该工法用到的相关设备的重量,并对围护墙中心线进行放样,对施工场地通过铺设钢板等方式进行加固,满足施工场地所需的机械设备对地面的要求,确保桩机稳定性能。沿着围护墙中心线平行方向,按照槽宽1.2m、沟槽深度1.0m的标准,用挖掘机开挖工作沟槽。

③吊放预埋箱。按照深度3m、长度2m、宽度1m的标准,预埋穴需要借助挖掘机进行挖掘开挖,并利用吊车将预埋箱吊放到对应的预埋穴。

④桩机就位。作业现场当班班长统一指挥桩机就位工作,移动过程中,确保桩机四周的安全性,桩机四周不存在障碍物,移动作业完成后,及时组织开展纠正、检查定位工作,确保桩机平稳、平正。

⑤切割箱与主机的连接。将切割箱利用吊车放入预埋穴,并进行加固处理;将TRD主机移动至预埋穴位置,并连接切割箱,切割箱进入挖掘作业环节。

⑥安装测斜仪。进入设计深度后的切割箱,需要安装测斜仪。利用安装的多段式测斜仪管理切割箱内部的垂直精度,误差控制在1/250。

⑦成墙。利用TRD工法成墙,安装好测斜仪后,连接主机与切割箱。预先将挖掘液注入切割箱底部,再返回挖掘原处,强制混合搅拌固化液与原位土体,进而形成具有等厚特征的水泥土地下连续墙。

 

5.2 操作要点

①施工前准备。

1)岩土工程勘察报告。

2)环境保护的相关资料,如临建(构)筑物、地上和地下管线等。

3)调查有关地下障碍物的相关资料。

4)整理测量基线、水准点等相关资料。

5)整理工程设计相关的文件资料。

②开始施工作业前,参照设计图纸和坐标基准点,精确计算出连续墙中心线角点坐标,并复核坐标数据。采用新型水泥土搅拌连续墙作为灌注桩排桩的止水帷幕时,应先施工等厚度水泥土搅拌墙,再施工灌注桩排桩。

③施工前,对场地标高进行实测,同时对场地进行平整处理;对于不良地质、地下障碍物等影响TRD工法成墙质量因素,需要事先进行处理,然后利用TRD工法进行止水帷幕施工作业。

④在施工过程中,针对局部土层存在的松软、低洼问题,借助素土回填用挖机分层夯实处理,综合分析TRD工法作业相关设备重量,分别铺设沟槽,全方位、多层次保证施工作业设备对地基的要求。

⑤新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕必要时(地层复杂、帷幕设计深度较深)应进行试验段试验,通过试验确定施工技术参数,通过闭合试验段验证降止水效果。

⑥应根据设计墙深,组合拼装新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕切割箱,在施工过程中,保持TRD工法桩机底盘水平方向和导杆垂直,施工前进行轴线引测,正确就位TRD工法桩机,桩机立柱导向架垂直度误差1/250,通过自重匀速下沉,速度40mm/min~70mm/min。

⑦自行打入切割箱时,确保垂直精度,精确控制挖掘液的注入量,确保混合泥浆的高浓度、高粘度属性。

⑧施工现场,在切割箱体内部安装测斜仪,管理墙体的垂直精度,墙体垂直度误差1/250。

⑨测斜仪安装完后,组织开展水泥土墙体作业。对于成型墙体,搭接50cm以上的已成型墙体,转角部位两边延伸长度100cm;应严格控制搭接区域挖掘速度,充分混合、搅拌固化液与混合泥浆,保证搭接质量。搭接施工如图3所示。

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

⑩新型水泥土搅拌连续墙施工中,挖掘液混合泥浆流动度为主控项,应控制在145mm~240mm之间,通过外掺膨润土进行调节,混合泥浆流动度在粘性土中施工时应取大值,配制时膨润土可少掺或不掺,砂性土中应取小值,膨润土掺量宜≥50kg/m3。

⑪锯链式设备主机搅拌结束后或因故停待需要停机处理时,切割箱体应停放在临时停放区内且全部拔出。临时停放区长度不宜小于5m,应远离成墙区域不小于3.4m,远离原状土边缘不小于1m,并注入稳定混合泥浆作为稳定液进行临时退避养生操作,防止切割箱被抱死,同时每隔2h~4h应启动一次设备,低速运转10min~30min。稳定混合泥浆流动度不宜大于200mm,膨润土掺量宜≥50kg/m3,稳定水胶比5~10。

⑫临近保护对象时,开放长度不宜超过10延米,并严格控制垂直度、推进速度。

⑬一段工作面施工完成后,进行拔出切割箱施工,场地有条件的宜优先选用外拔,即沿设计墙体向外延伸切割3m~4m,并在距离设计墙体端部1~2m处拔出切割箱。确需采用内拔时,应在完成墙体后,回撤至设计墙体端部2m处拔出切割箱。利用锯链式设备主机依次拔出切割箱,时间不超过3h,同时将等体积的混合泥浆注入切割箱底部。

⑭切割箱拔出时,孔内避免产生负压,造成周边地基沉降,应根据拔切割箱的速度调整注浆泵工作流量。

⑮维修保养设备,针对硬质地层环境,由于钻具磨耗大,准备各类备件,及时更换镶补,确保施工正常进行。

 ⑯对TRD工法加强施工过程监理,做好对成型墙体质量检测工作,发现质量问题及时补救,避免造成损失。


6 材料与设备


6.1 主要施工机械设备

TRD工法主要设备为链锯式铣槽机,主要由动力系统、液压驱动系统和切割箱三部分组成。动力系统一般以电力或柴油发动机为动力源,通过液压系统驱动切割箱上的链锯,链锯上配置撕裂刀,通过链锯的上下运动带动撕裂刀切割土体。

②后台注浆系统。后台注浆系统主要由水泥罐、搅浆池、注浆泵和自动控制系统组成。后台浆液有膨润土护壁泥浆和水泥浆液,按照设计配比由控制系统自动投料,搅拌完成后由高压注浆泵输送到TRD主机,通过切割箱中管路注入沟槽内,混合搅拌。

 

6.2 主要施工使用材料

水泥土搅拌墙一般采用P.O325或P.O425水泥。


7 质量控制


7.1 一般规定

①新型水泥土搅拌连续墙的质量检查与验收应符合现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB50202的有关规定。

②新型水泥土搅拌连续墙的质量检验分成成墙期监控、成墙检验和基坑开挖期检查三个阶段。

③成墙期质量检验,包括水泥土搅拌连续墙的水胶比、水泥掺量、浆液的泵送量、稳定液的密度及流动度;搅拌机切割推进的速度;水泥土搅拌连续墙的成墙质量;水泥土试块的制作与测试。

④成墙后质量检验项目应包括水泥土墙身强度检验及墙体质量检验,必要时可进行墙身抗渗性检验。


7.2 成墙施工前准备工作检验

①成墙前应对水泥、膨润土、外掺剂等材料进行检验,根据相关规范对出厂质量证明书、合格证等书面材料进行验收,按规定做好原材料复试。

②成墙前应对成墙放线定位尺寸进行复核,对成墙机械设备进行现场检测和验收,锯链式切割刀具尺寸应满足墙体的成墙厚度要求。


7.3 成墙期质量检验

①按照设计和施工工艺要求,对浆液水胶比、水泥掺量进行检验,确保浆液不存在离析现象。

②根据设计和施工工艺要求,浆液泵送量按独立延长墙身确定,监控检查工具可以适泵送计量器、泵送压力等。

③稳定液的水胶比宜根据施工机械性能,结合切割图纸的土层地质情况确定,当无特殊要求时,可参照表1执行,流动度宜为145mm~240mm。

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

④水泥浆液的密度及水泥浆液混合泥浆流动度宜根据施工机械性能,结合切割的土层地质情况确定,无特殊要求时,水泥浆液混合泥浆流动度宜150mm~280mm。


7.4 成墙后质量检验

①采用浅部开挖方式验证墙体厚度及位置偏差。

②墙体强度成墙后,采用现场钻取芯样强度的方式进行检验验收,采用单动双管(三重管钻具)取芯样,钻头直径不宜小于110mm。芯样选取位置应沿墙体深度方向结合加固土层特性确定,每孔取芯数量不应少于3组,每组3件试块。取芯钻孔垂直度偏差不应大于1/300,深度应小于墙体深度,钻取芯样后留下的孔洞应注浆填充。用于抗压强度检测的水泥土墙龄期不宜少于28d,取芯孔数量应符合规范和设计要求。

③等厚度水泥土连续墙体钻芯宜根据现场水泥土芯样特征进行综合评价,如钻芯孔偏出墙体,在这种情况下,需要评价钻芯取样部分(表2)。

新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工工法

④重要防渗工程,当存在明确要求时,对墙体抗渗性能应采用芯样渗透试验进行检验,必要时对墙体抗渗性能利用墙体注水试验进行确定。钻孔技术要求及钻孔数量按设计要求执行。


8 结 语


采用TRD工法成功实施45m深新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕,新型水泥土搅拌连续墙止水帷幕施工过程取样及成墙实体取样效果良好,降止水效果明显。有效保护了地下水资源,取得巨大社会效益。通过实施止水帷幕,在不降水的条件下干槽施工基坑,确保基坑安全。本工程的顺利实施为今后山东济南地区深大基坑地下水治理提供了新的解决办法,具有推广价值。



来源:《价值工程》
作者耿德宇

编辑整理:项敏

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