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TRD工法在长江漫滩区基坑支护中的应用研究

TRD工法 2024年3月25日 项敏 73

摘  要 

摘要:目前,位于长江漫滩区的建筑深基坑施工,存在施工后地表沉降量大、受力变形大等问题,严重影响施工项目的整体质量。为促进建筑施工的可持续发展,引入TRD工法,对漫滩区建筑深基坑施工技术设计进行研究。以中山北路202号地下车库项目为例,对工程分别采用TRD工法与钻孔灌注桩进行计算,对比分析其受力特性。并利用ABAQUS软件对该基坑工程进行了模拟开挖,研究土体、墙体及钢支撑的受力及位移特性。


关键词:TRD工法;深基坑;支护结构


0 引 言 


随着城市规模的不断扩大和城市土地供应的限制,高层建筑已随处可见,地铁、管廊建设日益增多,随之出现的深基坑工程也越来越多。渠式切割水泥土连续墙(TRD工法)是将一个带有切割刀具链条的箱体插入土体中,然后利用机体的移动从而横向切削土体,进而回行切割,并增加水泥及外加剂,形成等厚度无缝搭接的支护墙体,最后将H型钢插入墙体中。TRD工法作为一种新型的水泥土搅拌连续墙施工工法,具有止水性好、深度方向均匀等特点,在长江漫滩区具有很好的应用前景。


1 工程概况 


1.1工程简介

项目位于南京市鼓楼区中山北路202号,中山北路与新模范马路交叉口东北象限,项目用地紧邻江苏工会大厦、华夏银行,地块西侧为在建地铁五号线虹桥站。本项目总用地面积20811.72m2,可建设用地面积18181.67m2。开挖建设地下停车库及配套景观绿化工程,地下停车库地下二层、地上一层。地下一层建筑面积5854.82m2,层高4.65m;地下二层建筑面积5568.4m2,层高3.7m;可提供非机动车位110个,机动车位147个;包含八角楼1512.61m2,南京证券楼309.13m2,改造部分为厨房1214.53m2,新增面积403.23m2。


1.2工程地质条件

拟建场地位于中山北路与新模范马路交叉口东北侧江苏省总工会院内,根据《南京城区地貌类型图》划分,属长江漫滩地貌单元。场地内多为办公楼、居民楼、商业建筑和城市交通道路上。勘察施工期间,场地地形较平坦、开阔,地面高程8.63~9.56m,最大高差0.93m。该深基坑土层包含多种结构,从上至下依次为杂填土、素填土、充填土、粉质黏土、粉土等,多种土层土质不均匀,地下水可分为孔隙潜水和基岩风化带裂隙水,场地周边环境复杂,对变形控制要求较高,对后续深基坑支护影响较大。


2 TRD工法与钻孔灌注桩对比分析


由不同方法所得到的地表沉降图如图1-图2所示。

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对比钻孔灌注桩与TRD工法图像可知,在该工程中,设计使用TRD工法做支护结构时,开挖完成后其支护结构计算出的沉降量比钻孔灌注桩小3mm,可见使用TRD工法进行施工时,对周围土体影响更小。由于TRD工法中型钢可以拔出反复利用,所以TRD工法经济性也更高。


3 ABAQUS软件建模


考虑到边界效应的影响,基坑开挖时,水平方向上土体影响范围大致为3-4倍的基坑开挖深度,而竖直方向上影响范围大概为2-4倍基坑开挖深度,考虑工程实际情况,鉴于ABAQUS软件自身特点,本文的计算模型定为长80m宽40m。实际工程土质分层较为复杂,不同土质相互交叉参差不齐,如果严格据此来对土质进行分层不但会大大加重工作量而且也会增加后期运算出错的可能性,考虑到土质的分层对后期模拟结果影响并不是很大,选择定义不同土质分层均匀,各向同性。同时假定在初始应力分析中不考虑地下水的影响,只考虑自重,土体物理参数见表1。

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查阅文献并根据相关经验,钢支撑使用Q235钢材,其杨氏模量为200GPa,泊松比为0.2;围护墙体内插H700×300型钢,其杨氏模量为50GPa,泊松比为0.2。


4 模拟结果分析 


为了研究TRD工法在长江漫滩区基坑支护中的应用研究,本文设置了模拟对照分析,即当基坑处于不同开挖深度时,通过对比地表沉降、TRD工法墙体及钢支撑位移及内力情况,进而分析其结果来研究TRD围护墙体的基坑支护效果。为今后的长江漫滩区基坑支护提供依据和参考。


4.1地表沉降变化

基坑开挖时由于卸荷,土体会产生一定量的位移,随着开挖深度的增加,位移量也会逐渐累积,位移量超过一定限值时将会危及基坑的安全,以土体为研究对象,通过分析土体竖直方向跟水平方向上位移量及土体应力状况,进而研究基坑开挖对周围土体的影响。由图3-图4可知,随着基坑的不断开挖,地表沉降在4mm左右,在一层钢支撑安装后,地表最大沉降为4.61mm,主要分布在基坑两侧7.5m范围处,其沉降图形呈“漏斗状”,随着后续土层的开挖及钢支撑的安装,地表沉降在4.61mm左右波动,分布范围缩小在基坑两侧5m范围内。随着深度的增加,土体沉降量不断减小,由图4可知,周围土体沉降主要发生在墙体最大深度以上至土体表面这些区域,深度继续增大时,土体沉降量逐渐减小为0。

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4.2墙体位移及内力变化

由图5可知,深度在0m到15m段墙体,随着深度的增加,墙体位移逐渐增大,而从15m深度处到墙底,随着深度的增加,位移逐渐减小为零,墙体整体呈现抛物线状。由图6可知,TRD工法连续墙体中间应力较大,往两端应力逐渐减小。

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4.3钢支撑位移及内力变化

分析图7可知,钢支撑最大应力值为16.14MPa,发生在钢支撑中间部位,随着与围护结构侧壁距离的减小,应力也逐渐降低,其最小值为1.417MPa,四根钢支撑整体应力形态基本相似。查看图8可知,钢支撑竖向位移最大值为4.76mm,发生在离围护结构侧壁较近处,而随着与围护结构侧壁距离的增大,钢支撑竖向位移逐渐减小。

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5 结 语 


本文以长江漫滩区某深基坑工程为例,对工程分别采用TRD工法与钻孔灌注桩进行计算,对比分析其受力特性。并利用ABAQUS软件对该基坑工程进行了模拟开挖,研究土体、墙体及钢支撑的受力及位移特性,得出了以下结论:


TRD工法支护墙体具有止水性好、墙体深度方向均匀、设备安全等特点。


②以长江漫滩区某工程基坑为例,使用该工法进行设计计算,结果表明,TRD工法墙体有很好的支护、挡土效果,开挖完成后其支护结构计算出的沉降量比钻孔灌注桩小3mm。


③运用数值模拟方法进行模拟分析,通过不同开挖工况结果的对比,发现随着基坑向下不断开挖,其地表沉降在4.61mm左右波动,周围土体沉降主要发生在墙体最大深度以上至土体表面这些区域;TRD工法墙体最大水平位移发生在距离基坑底部较近部位;钢支撑最大应力值发生在钢支撑中间段,而随着与围护结构侧壁距离的减小,应力也逐渐降低。


来源:《价值工程》
作者于文杰

编辑整理:项敏

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