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TRD工法等厚水泥土连续墙在厚砂层中的应用

TRD工法 2024年2月24日 项敏 208

摘  要 

摘要:TRD工法是一种基坑支护隔水帷幕工法,介绍了北京东夏园162地块基坑支护工程的工程地质与水文地质情况和TRD设计要求,重点介绍了TRD工法施工要点、注意问题,质量保证措施,TRD在完成后效果评价。TRD工法对北京地区富水厚砂层适用性良好。


关键词:TRD工法;超危大基坑支护;渠式切割水泥土连续墙截水帷幕

 

前 言


随着城市建设的步伐加快,建筑场地日益紧张,地下空间的拓展亦不断发展,基坑工程规模不断加大加深,其对高水位地区地下水处理和隔水要求愈来愈高。TRD工法作为日本近年来研制的一种新型工法,具有施工深度大、适应地层广和成墙品质好等优点,其在渗透性较强的厚砂层中搅拌成墙后隔水性能可靠,强度均匀连续。


东夏园162地块项目作为深大基坑,开挖支护过程中穿过第四系超厚富水砂层,其自稳能力差、介质胶结强度低,在开挖扰动及地下水作用下极易失稳破坏,诱发塌方、涌水、涌沙等重大工程事故,TRD工法在本项目首次应用,并取得较好的成果。


1 工程概况


拟建工程位于北京通州区城市副中心,运河东大街与同济路两条通州区核心主干道交汇处,运河东大街以北,通济路以西,地块编号为FZX-0901-0162,地铁6号线、M102号线(规划中)在此交汇,属于双地铁上盖项目。地块边界东至通济路,南至运河大街,西至创新路,北至勤政东街。


本项目占地面积28000㎡,基坑面积24000㎡,总建筑面积为148137㎡,为商业项目。该项目地上7层,檐高43.5m,设置4层地下室,结构型式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,基础型式为平板筏板基础。


该项目支护结构工程属于超危大工程,且周边环境复杂(四边临近道路、临近既有管廊、既有6号线地铁)。跨越临地铁50m保护范围、管廊30m保护范围。


其中室内±0.00标高为21.35m。地下四层底板垫层底面标高0.53m(-20.82m),地下三层结构底板垫层底标高4.33m(-17.02m)。场地地面标高20.8—21.2m,基坑开挖深度地下四层为20.27m,地下三层为16.47m。基坑周边长620m。


基坑支护形式:采用渠式切割水泥土连续墙截水帷幕(TRD帷幕墙)+支护排桩+4道预应力锚杆+预留土台支护形式。


为了确保地下工程的施工安全,本项目先后组织了三次专家论证,即组织岩土专家进行了超危大工程专家论证、组织地铁岩土专家进行了临地铁超危大工程专家论证、组织管廊岩土专家进行了临管廊超危大工程专家论证,三次专家论证结果均为一次通过。


TRD工法等厚水泥土连续墙在厚砂层中的应用


2 工程地质及水文地质条件


2.1工程地质条件

基坑围护范围浅部为人工填土及新近粉质黏土,下部全

部为砂层,属于超厚含砂层。

地层简述如下:

(1)人工填土层

黏质粉土素填土①层:黄褐,稍密,稍湿,以黏质粉土为主,含少量砖渣、灰渣。

(2)新近沉积层

黏质粉土②层:褐黄色,中密~密实,稍湿,含云母,氧化铁。局部含粉质黏土透镜体,夹粉质黏土②1层。细砂③层:褐黄色~灰黄色,密实,湿,主要矿物成分为石英、长石,含云母。

(3)一般第四纪沉积层

细砂④层:灰黄色~灰色,密实,饱和,主要矿物成分为石英、长石,含云母。细砂⑤层:灰色,密实,饱和,主要矿物成分为石英、长石,含云母。粉质黏土~黏土⑥层:灰色,可塑,很湿,含云母、氧化铁。局部含重粉质黏土夹层。细砂⑦层:灰黄色,密实,饱和,主要矿物成分为石英、长石,含云母。

粉质黏土~黏土⑧层:灰黄~灰色,可塑,很湿,含云母、氧化铁。

细砂⑨层:灰黄~灰色,密实,饱和,主要矿物成分为石英、长石,含云母。

粉质黏土⑩层:灰色,可塑,很湿,含云母、氧化铁。

细砂层:灰色,密实,饱和,主要矿物成分为石英、长石,含云母。

(4)粘质粉土、粉质粘土:灰色,硬塑,密实,很湿。本层层厚3.1—13.0m,层底标高-29.48—-19.65m。

(5)细中砂:灰色,饱和,密实。

(6)粘质粉土、粉质粘土:灰色,可塑,密实,很湿。


2.2水文地质条件

勘察钻探深度范围内观测到两层地下水,具体水位观测情况详见附表1“地下水位深度标高一览表”。

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场地内实测第一层水~潜水主要含水层为细砂④层,主要补给来源为大气降水,主要排泄方式为蒸发及地下水径流。


场地内第二层水~承压水主要含水层为细砂⑦层,主要补给来源为地下径流,主要排泄方式为侧向径流。


地下水位自7月份开始上升,9至10月份达到当年最高水位,随后逐渐下降,至次年的6月份达到当年的最低水位,平均年变幅约1~2m。


近年来南水北调的水对北京地下水进行了大量补充,北京地下水位相对于勘察时间上升明显,经过水文补充勘察,场地稳定水位基本在4.5m,加上场地内超厚砂层,含水量大,地下水渗透系数大,对基坑开挖影响很大。


3 基坑地下水控制设计概况


(1)TRD墙及疏干井设计参数

本工程地下水控制设计渠式切割水泥土连续墙截水帷幕(TRD连续墙)及基坑内疏干井疏干,TRD墙厚800mm宽,墙深43m,墙顶标高20.6m,墙底标高-22.4m绝对标高;坑内疏干井:深度28m,底标高-7.25m(绝对标高),井间距25m×25m,以平面图为准。施工前结合结构底板图,尽量避免与梁柱位置冲突,疏干井位置可适当调整,以避开工程桩、局部深坑等。井直径600mm,井管外径为400mm的无砂混凝土滤水管,坑内疏干井随土方开挖逐节摘除。TRD工程量统计如表2。

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(2)TRD等厚水泥土搅拌墙施工相关参数

设计43 mTRD等厚水泥土搅拌墙,切割箱配置9节,由下至上排列分别是:1节4.3m被动轮+8节4.88m切割箱,总长43.34m,加上动力头连接余尺1.34m


(3)切割刀具配置

根据TRD设计深度、等厚水泥墙宽度,切割箱刀具分别配置780mm、580mm、380mm,250mm,依次排列安装在链条上,循环安装,切割箱链条循环运转过程中分层分步切割形成800mm厚的全断面的墙体宽度。


(4)水泥材料及配比

TRD等厚水泥土搅拌墙水泥材料选取P.O42.5水泥,水灰比1.0-1.1,设计掺量25%,搅拌墙体每延米用水泥量约16t。


(5)TRD成墙设备

自2005年引入国内始,设备逐步国产化,使设备性能适应不同的地层,可以在直径小于100mm卵石、砾石地层、单轴抗压强度≤5MPa的极软岩地层、各类砂土层等。本次施工根据地层条件TRD水泥土搅拌墙设备采用TRD-D850、TRD-D型设备进行施工,使用2台套设备。


(6)TRD水泥土搅拌墙检验指标

垂直度不大于1/250,墙厚±30mm,墙底标高±30mm,墙中心线位置±25mm。


(7)等厚度水泥土搅拌墙28d浆液试块无侧限抗压强度

标准值不小于1.0MPA,墙体渗透系数不大于10-7·10—4cm/s。


4 施工准备


4.1场地准备

进场后,依据设计图纸测量定位墙中心线,内外墙线,洒白灰线,参照甲方提供的地下管线图,进行分层开挖导沟,破除清理浅部障碍物、渣土、废弃管线等,采用素土回填压实施工场地,二次放线,沿设计墙体中心线开挖导沟,做好场地准备;后台搅拌系统场地铺设钢板及硬化。


4.2水电准备

由于现场网电总容量小,租赁800KVA柴发,为TRD桩机供应电力,后台采用网电提供动力,满足施工要求;场地地下水丰富,搅拌用水量大,采用4口降水井提供搅拌用水。


4.3后台搅浆系统布设

在规划好的后台区域配浆系统,配置80t水泥罐三个,100方水箱一个,配料系统一组,上水系统、搅拌机组1台,自动控制室,配电室等。


4.4施工排泥浆处理

为避免污染场地,沿墙体中心线开挖排浆沟,容纳部分废浆,同步在完工区域堆挖废浆池,施工时用挖掘机掏浆到废浆池,晾晒,固化后土方铺路使用。


4.5主要材料

该项目地下水丰富,为保证成墙质量,水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。采用钠基膨润土做护壁搅浆的原材料。每立方米被搅拌土体掺入100kg膨润土。


5 施工方法及质量保证措施


5.1工艺流程

TRD工法,原理是利用链锯式切割箱逐节竖向打入地层中,然后做水平向切割土层,链条携带刀具上下回转,加入固化液混合搅拌,形成等强度等厚度的止水墙。


成墙工艺:

施工工艺采用先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌工艺成墙。

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5.2施工要点

5.2.1测量放线

根据设计院总坐标图,采取TRD帷幕墙中心交点、拐点坐标,并编号,用RTK-GPS进行定位,随时校准,测量放线并验线后施工。


5.2.2沟槽开挖

清障后再次平整场地,测量放线,打白灰线,沿中心线开挖1.5m*1.0m沟槽,为施工做准备。沿墙体内侧边线铺设钢板,设备行走枕木,稳固平整方便设备行走,技术人员做好墙体中心线平行标记标桩。


5.2.3开挖预埋穴放置预埋箱

在设计起始点左侧5m范围,利用挖掘机沿止水帷幕中心线方向,开挖深约4m、长2.5m、宽1m的预埋穴,用25t吊车将预埋箱吊放入预埋穴内,放置平稳,周边回填土平衡稳固。

5.2.4主机对位

在场地北侧确定好起始位置,做好标记,由班长指挥桩机移动,移动前观察上、下、左、右的情况,发现问题及时处理,对位后桩机调整平稳,启动动力头钻进,第一节刀箱打入地下,机组人员分拆动力头与第一节刀箱。


5.2.5切割箱与主机对位

提前用吊车将第二节切割箱吊入预埋穴箱内,利用支撑台固定,班长指挥TRD主机平移至预埋穴位置连接切割箱,主机再返回起始施工位置对接已打入地下的第一节切割箱,继续钻进;依次用吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴循环8次,直到配置好切割箱全部打入地下,挖掘至设计深度。


连接切割箱后,专人检查,保证连接正确牢固,所有配置好的切割箱连接完毕,保证切割深度满足设计要求。施工过程中勤检查刀具的磨损程度,提钻后,及时更换已磨损的刀具,保证切割质量。


5.2.6安装测斜仪

每连接一节切割箱,安装一段测斜仪,通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪,可进行墙体的垂直精度管理,保证1/250的垂直度要求。


5.2.7 TRD工法成墙

切割箱钻到设计要求,检查测试测斜仪,主机与切割箱有效安全连接,进行三工序等厚度水泥土搅拌墙施工。


第一工序:先行挖掘,后台注浆系统输送挖掘液,切割箱沿墙体中心线向前推进,挖掘切割地层土,形成成槽段,按图纸划分10m为一施工段,需要预留刀箱位置空间,保证成孔质量。


第二工序:回撤挖掘,第一成槽段完成后,切割箱再沿切割成槽中心回撤至切割起始点,随时补充切割液,回撤速度均匀,护壁完整,预防塌孔。


第三工序:成墙搅拌:切割箱回撤至切割起始点后切换注浆液,通过高压注浆泵均匀注入水泥固化液,切割箱二次向前推进,过程中槽内挖掘液和固化液在刀具的搅动下均匀拌和,形成等厚水泥土搅拌墙。按要求预留拌合土的试块,用于检验成墙质量。


5.3拔出切割箱

全部成墙施工结束,在策划的切割箱起拔区域注入同配比的固化液,加入缓凝剂,边起拔刀箱边注浆,确保对切割箱占据空间全部有效充填,切割箱起拔结束完成TRD墙施工。


5.4冷缝处理

施工过程中,由于设备维修和迎接国庆2次停工,形成2处冷缝,冷缝处理措施如下:在远离冷缝侧重新下刀箱先行挖掘成孔,向冷缝位置切割不小于500mm,位置要准确,回撤挖掘成幅,成墙搅拌,本幅水泥掺量增加5%,达到冷缝交界面的处理效果。


6 质量保证措施


6.1垂直度保证措施

场地平整压实,钻机行走钢板铺设平整,测量顶面标高,各板面标高要在允许误差之内。


6.2水泥土强度和防渗性保证措施

后台采用自动化计量设备,确定好水灰比后,自动计量自动搅拌,保证水泥掺量、搅拌时间满足设计要求;搅拌成墙掘进,保持匀速搅拌,达到搅拌均匀性、渗透系数一致。


6.3转角搭接连续性保证措施

本工程共设计4个拐角,先行施工侧成墙外延1000mm。拐角后,在远离拐角处侧重新下刀箱先行挖掘成孔,向已成墙位置切割不小于500mm,位置要准确,回撤挖掘成幅,再成墙搅拌,本幅水泥掺量增加5%,采用十字搭接保证转角完整性和密封性,达到转角搭接防水抗渗效果。


7 效果评价


完成TRD止水墙、护坡桩等工序,基坑进行土方分层开挖,锚杆分层锚固。


根据TRD施工过程控制及检测检验结果,TRD帷幕止水墙成墙质量高,密实性好,隔水性好,成墙性均匀、完整性好,渗透系数较大程度的提高。基坑开挖到基底后,迎基坑面桩间土水位线在8.35~6.91m,至槽底标高4.33m—0.53m范围,桩间喷锚面均干燥无水,无渗漏,水泥土搅拌墙墙身隔水效果良好。满足总包单位基础及结构施工,效果良好。该工艺可以先行施工,缩短支护工期。


8 结束语


(1)本工程TRD施工时,支护方案在优化中,提前施工,优化了工期,节约工程造价。


(2)厚砂层饱和含水,要达到防水隔水效果,工艺设备选择是关键,其次是水泥掺量控制、水灰比控制和挖掘液的控制。


(3)确定北京市通州区潞城镇FZX-0901-0162地块TRD隔水帷幕,施工设备为TRD-D、TRD-850型成槽机、最优水泥掺量25%、水灰比1:1、挖掘液采用钠基膨润土。


(4)成墙水泥土试块检测结果表明:水泥土搅拌墙墙体强度为1.0~3.55MPa,满足≥0.8MPa的设计要求,达到防水隔水的目的。


来源:《技术探讨》
作者张晓辉

编辑整理:项敏

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