TRD工法三步施工法设计参数的现场探究与论证

摘要：TRD工法是一种全新的围护结构技术，它在施工过程中可形成相对密度较大的混合泥浆以确保围护墙体密实，可减少置换土的产生量和水泥掺量，实现理想的止水效果。TRD工法三步施工法，就是通过切割、搅拌、混合，主机经往、返、往三步完成施工的工艺方法。通过对在建工程中的生土浆及水泥土浆相对密度测定，探究与论证了TRD工法三步施工法设计参数与现场实际的差异。

关键词：TRD工法；三步施工法；相对密度；设计参数

随着我国环境意识的不断加强，绿色发展、节能减排及可持续发展已日渐成为现代工程的主基调。作为近年来在深基坑支护中不断崭露头角的围护结构新技术——TRD工法受到越来越多的青睐。TRD工法通过在地面上垂直插入链锯型刀端口，连接刀链锯，在其侧面移动的同时，切割出沟体并注入固化液使之和原位土混合，并进行搅拌，形成等厚的水泥土地下连续墙，从而起到止水的功能；再插入H型钢等芯材，形成刚性挡土墙，起到挡土的功能。TRD工法具有先进的施工技术，在打造高品质成墙的基础上，还兼有施工速度快、节约成本及有利于环境保护的优点，此外还能在复杂地基中确保入岩深度，具有广泛的适用性。


TRD工法三步施工法是实际工程中较为常见的一种施工方法，其核心在于能够将土体与水泥充分搅拌，最终形成稳定的水泥土成墙。要实现这个目标，通常需要水泥土重度大、强度高、渗透性小。由于在现场试验中相对易于得到相对密度的数据，且相对密度作为最重要的指标之一，探究现场实际的相对密度，对于指导设计及施工具有实践意义。

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▍1 工程概况

1.1 工程简介

杭州市富阳区金桥北路某市政综合管廊工程，北起高新路，南至体育场路，管廊平面线形位于道路人行道、非机动车道及侧分带范围内下方进行敷设，沿线与道路平行敷设，并结合杭富线的线位走向，其中自北向南依次穿越新桥江、一号渠、二号渠、三号渠、青云江等5条河道以及汽车北站、高教路站、富春站、桂花路站等4个站点，实施总长度约为6.1 km。

该管廊设计具有以下特点：

1）管廊埋深在地下水位以下，有抗渗、抗浮及防地下水倒灌的要求。

2）管廊穿道路、河道、地铁站等节点较多，环境条件较为复杂。

3）管廊变形缝较多，要防止其错位和控制施工质量。

4）穿越河道较多，河道两侧基槽开挖较深，围护工程量较大。

1.2 工程地质条件

本项目根据土层的物理、力学性质以及土层的时代和成因，全线底层共分8个工程地质层组，20个工程地质层。

影响基坑开挖的岩土层从上往下主要为：①1杂填土、①2耕土及素填土、②1黏土、②2粉质黏土、②3-1黏质粉土、④1淤泥及淤泥质黏土、④2淤泥质粉质黏土、④3淤泥质黏土、⑨2粉质黏土、⑨2-1含砂粉质黏土等。

1.3 工程水文条件

本场地地下水类型为地表水、潜水、承压水、基岩裂隙水。潜水埋藏在杂填土层、素填土层、黏性土层中，承压水埋藏在圆砾层、卵石层中，基岩裂隙水埋藏在中风化基岩中。

潜水主要受大气降水和地表水补给，其次为河流侧向补给，多以蒸发方式及侧向径流排泄，地下水位呈季节性变化，雨季较高，旱季较低。据调查，水位年变化幅度约1.0 m，勘探期间测得孔内地下水的静止水标位高为4.67~9.99 m。承压水主要以基岩裂隙水及越层补给为主，以深井抽水等人工开采排泄为主。根据周边工程承压水连续观测资料，承压水水头高程一般在-1.0～1.0 m之间波动。场地地层底部花岗岩中存在基岩裂隙水，对本工程影响小。

1.4 不良地质作用

建筑场地土类型为软弱土，场地类别为Ⅲ类，场地地下水位较高，结合场地地质、地形、地貌特征，本场地建筑抗震地段类别为抗震不利地段。

▍2 TRD工法三步施工法及设计参数

2.1 TRD工法三步施工法工艺介绍

传统TR D工法施工中，常见的施工方法是通过切割、搅拌、混合，主机一步完成施工，根据规范JGJ/T 303—2013《渠式切割水泥土连续墙技术规程》，此方法也称为TRD工法一步施工法。TRD工法一步施工法与SMW工法一样，都是施工机械带浆直接切生土进行搅拌，经过工程实践，用该方法直接进行水泥土成墙时，存在水泥土浆搅拌不均匀的可能性，通过众多专家学者对工艺的优化，结合实际工程背景，TRD工法三步施工法应运而生。

TRD工法三步施工法：第1步横向前行时注入切割液切割，一定距离后切割终止。第2步主机反向回切，即向相反方向移动；移动过程中链式刀具旋转，使切割土进一步混合搅拌，此工况可根据土层性质选择是否再次注入切割液。第3步主机正向回位，箱式刀具底端注入固化液，使切割土与固化液混合搅拌。具体施工步骤如下：

1）吊放预埋箱时，用挖掘机开挖深度约3 m、长度约2 m、宽度约1 m的预埋穴，并将预埋箱逐段吊放入预埋穴内。切割箱全部打入结束后，应采取有效的措施回填预埋穴。

2）在首段开挖位置挖一个切割箱预备槽，在槽内安放一节切割箱。桩机就位后下挖至切割头完全沉入土体，断开桩机与切割头的连接，移动切割头至预备槽位置，将其中的切割箱节段与桩机相连，并提起切割箱，移动至切割头位置与其相连接。

3）继续下挖并按照上一步程序安装切割箱，直至切削深度满足设计要求。

4）转动切割刀具，横向移动桩机切割土体，从切割箱底部注入切割液，先行挖掘土体。

5）先行挖掘至一个进尺距离后回刀，再次注入切割液，并继续切割土体。

6）再次切割并注入水泥，使其与原位土体混合搅拌，形成等厚水泥土地下连续墙。

2.2 设计参数

1）TRD等厚水泥土搅拌墙可采用连续施工的渠式切割水泥土连续墙，墙厚850 mm。

2）水泥采用P.O 42.5水泥，水灰比宜取1.0，一般段水泥掺量为20%；邻近建筑物以及邻河段提高水泥掺量至30%。水泥土28 d的无侧限抗压强度=1.0 MPa。JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》对水泥掺入比的定义为掺入的水泥质量与被加固土的湿质量之比，对水泥浆水灰比的定义为用于加固土体的水泥浆中，水与水泥的质量比。

3）渠式切割机主机平稳、平正，机架垂直度偏差不大于1/250。水泥土连续墙采用三步施工法，应根据周边环境、土质条件、机具功率等因素确定渠式切割的水平推进速度和链状刀具的旋转速度，步进距离不大于50 mm。

▍3 现场试验

现场试验时，TRD位于项目一般段进行施工，即水泥掺量为20%的地段。施工长度13 m，施工深度17.5 m。TRD水泥土连续墙剖面如图1所示。

为实现探究目标，现场的相对密度试验将依托JGJ/T 303—2013《渠式切割水泥土连续墙技术规程》，根据JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》的要求，围绕以下3项分类试验展开：

1）三步施工法第1步生土浆相对密度测定。

2）三步施工法第3步水泥土浆相对密度测定。通过测定第1步和第3步的土体相对密度，可以得出加入水泥浆前后的土体相对密度变化。

3）TRD后台水泥浆相对密度测定，目的是为了测定水泥浆的水灰比是否达到设计要求。

水泥浆的水灰比不仅影响水泥土连续墙的强度和防水性能，也影响到注浆泵的泵送能力以及黏性土中水泥土连续墙的均一性和工作效率。在施工条件允许范围内，水灰比越小，水泥土连续墙的强度及防水性能越好。

3.1 相对密度测定及数据探究

每一组试验取平行样3个，以确保数据的准确性，试验过程中，规范操作，尽可能地避免偶然因素带来的误差。现场试验结果见表1。

从现场试验的数据可以得出：

1）三步施工法第1步的相对密度要略高于三步施工法第3步的相对密度，这与人们的直观印象有一定的偏差，即加入了水泥浆之后的生土理应有更大的相对密度。通过对水泥浆的相对密度进行了试验，发现水泥浆的相对密度介于三步施工法第1步和第3步之间，可以推导出，当在相对密度较大的生土浆中加入了相对密度较小的水泥浆，确实会导致加入了水泥浆的水泥土浆相对密度比生土浆要小。

2）为确保现场施工的水泥品质，将现场水泥抽样封存，按照1∶1的水灰比进行实验室配比试验，同时使用实验室标准P.O 42.5的水泥进行相同的试验，开展验证性试验。通过试验发现，施工现场取回水泥进行配比的水泥浆相对密度为1.469，而使用实验室水泥进行配比的水泥浆相对密度为1.461，两者差距不大。在确定施工现场水泥无异样的情况下可以推导出，现场水泥浆水灰比大于1∶1。

3.2 现场实际水泥浆水灰比及水泥掺量验证

TRD从施工开始到施工结束，切割长度13 m，深度17.5 m。根据现场记录，在施工过程中，第1步与第2步切生土共注入了41 t的纯水进行了搅拌，第3步注入水泥浆，并按照设计参数中1∶1的配比注入了66 t的水泥及66 t的水。

实际水灰比为（66+41）/66=1.62；实际水泥掺量为6 600/（13×17.5×0.85×1 800）=18.96%（生土重度按照平均18 kN/m3计）。

从现场实际水泥浆水灰比及水泥掺量的数据可发现：

1）由于生土在施工开始时并不易于切割，因而TRD施工过程中为了能够顺利切开生土并进行搅拌，在使用切割液的条件下注入了更多的水，即实际水灰比会大于设计水灰比。以本工程项目为例，实际水灰比/设计水灰比高达62.12%，差距较大。

2）水泥掺量存在一定的误差，但是差距不大。以本工程项目为例，实际水泥掺量与设计水泥掺量仅有1.04%的差异。

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▍4 结 语

TRD工法在我国的应用越来越广泛，在顺应时代绿色转型的潮流下，TRD工艺技术有望成为未来支护工程中的主流。通过本项目现场相对密度试验可以发现，与TRD工法一步施工法及SMW工法相比，由于TRD工法三步施工法存在生土切割的工序，在此工序中需要加入更多的纯水，因此得出了TRD工法三步施工法实际水灰比设计参数较大的结论。尽管TRD工法三步施工法使得成墙效果更为均匀连续，但工程人应该重视施工流程，严格落实按图施工，加强过程跟踪，实时监控施工活动，避免粗放式管理，确保工程能够达到建筑工程的标准要求和设计规范。