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TRD工法超深止水帷幕施工及质量控制

TRD工法 2021年12月26日 项敏 2909





TRD工法案例分享




TRD工法超深止水帷幕施工及质量控制


周铮



摘  要


摘要:等厚度水泥土搅拌墙技术(TRD工法)目前在国内工程实践中还刚刚起步,其在各种复杂地质条件下的成墙施工参数和成墙质量仍处于摸索阶段,必须要采用可靠的施工质量控制手段和方法来保证成墙质量。以上海虹桥商务区某工程为背景,介绍了TRD工法超深止水帷幕的施工及质量控制措施,实施效果表明:TRD工法对周边环境影响小,成墙质量好,满足了深大基坑长期大面积降压的安全与环境保护要求。


关键词:基坑工程;TRD工法;试成墙;承压水处理


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工程概况

虹桥D13项目位于上海市虹桥商务区核心区,申滨路以东、甬虹路以南、建虹路以北、申长路以西。地上拟建2~10层建筑,整体设置3层地下室,基坑总面积约46 000 m2,周边总延长米约890 m,贴边区域普遍挖深约17 m。


基坑周边环境条件复杂(图1),南侧邻近建虹路高架,围护体距离高架最近为24 m;北侧距离能源管沟不足20 m;四周被市政道路合围,其下市政管线密布,其中申滨路下燃气管线距离基坑仅8.3 m,申长路下配水管线距离基坑仅7.6 m,环境保护要求较高。

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场地位属滨海平原地貌,开挖深度范围主要为②层粉质黏土、③层淤泥质粉质黏土、④层淤泥质黏土,开挖范围内多为软弱土层,基底处于第④层灰色淤泥质黏土层中。其中第③层土层中含粉性颗粒较多。该工程水文地质条件较为复杂,基底以下分布有⑤2层微承压含水层,⑦层和⑧2层承压含水层,各层层顶埋深距地面约20 m、30 m和50 m,据上海地区经验,其承压水头埋深一般为3.0~12.0 m,勘察期间测得承压水头为5.03~6.03 m。

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承压水处理措施


该基坑工程整体顺作,采用φ1 250~1 300 mm旋挖成孔灌注桩排桩结合止水帷幕围护,围护排桩在常规作为基坑开挖阶段的围护结构的同时,又作为永久使用阶段地下结构侧壁的一部分,与地下室外墙一同抵挡侧向水土压力,即采用“桩墙合一”技术,竖向共设置3道钢筋混凝土支撑。


场地大部分区域⑤2层与⑦层、⑦层与⑧2层连通,基底以下存在深厚的微承压含水层及承压含水层。微承压含水层埋深仅20 m,距离基底约3 m,计算所需安全水头埋深约16 m,承压水抗突涌稳定安全系数远小于规范要求,因此本工程须采取相应的承压水处理措施,根据不同的土层分布,降压井深33 m和38 m。


普遍区域微承压含水层⑤2层与⑦层以及⑧2层承压水层相连通,层底埋深约68 m,完全隔断技术经济不合理。故将隔水帷幕加深至滤头以下7 m,即隔水帷幕深40 m和45 m,形成悬挂式隔水帷幕,提高坑内降压效率,减小对周边环境的影响,如图2(a)所示。高架一侧,由于⑤2层与⑦层、⑦层与⑧2层之间均存在一定的相对隔水层,考虑到高架一侧环境保护要求高,因此将此高架区域止水帷幕加深至45~49 m,超过⑦层底,以隔断影响基坑的⑤2层与⑦层,减少坑内大面积降压对高架的影响,如图2(b)所示。

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本工程止水帷幕深度较深,且对周边环境保护要求高,降压面积大、周期长,对基坑工程施工期间围护体侧壁防水要求极高。因此,止水帷幕采用在成墙均匀性、强度、抗渗性能均较好的TRD工法等厚度水泥土搅拌墙,墙厚800 mm。


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TRD试成墙

如上所述,本工程TRD工法止水帷幕深度达40 m、45 m和49 m,且进入⑤2层和⑦层砂质粉土深度较深,此前尚无该区域类似地层TRD工法施工的实践经验,因此在正式施工前,进行了非原位的试成墙,以期对TRD工法及设备在该地层条件下的施工能力,超深等厚度水泥土搅拌墙成墙质量、水泥搅拌均匀性、强度及隔水性能等进行验证,改进各项施工参数并提高等厚度水泥土搅拌墙采用三工序(即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌)的挖掘成墙推进速度、成墙工效,确定等厚度水泥土搅拌墙切割箱导向垂直度、搅拌墙成墙的垂直度等,以指导正式施工。


试成墙墙体厚度同设计厚度800 mm,深度52 m,超过设计最大深度。采用TRD-E型工法机施工,试成墙过程中设备运转工况均较正常,切割箱打入平均速度7.1cm/s,先行挖掘平均速度2.2 cm/s,回撤挖掘平均速度6.9 cm/s,成墙推进平均速度3.1 cm/s。设计要求墙体垂直度偏差控制在1/250以内,实测试成墙垂直度偏差在85 mm左右,约1/600,满足设计要求。


3.2试成墙期间监测及成墙质量检测

T R D试成墙期间在试成墙中心位置,垂直试成墙槽段,距离分别为1 m、2 m、4 m、7 m、11 m、16 m、21 m、31 m和41 m共布设了9个地表沉降监测点。不同工况下的监测结果如表1所示。从本次试成墙看,墙体外侧地表竖向变形主要集中在距离TRD墙体外侧7 m范围内的区域,其中的最大值发生在距离墙体外侧2 m的位置。在各阶段中,最大竖向位移增量发生在先行挖掘阶段,约占期间最大总沉降量的95%,在成墙结束后达到峰值,养护期间有所恢复,恢复量约40%。

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图3给出了TRD试成墙完成养护2 d以后,深层土体测斜结果,由监测结果可见,与地表沉降类似,墙体外侧土体的深层侧向位移主要集中在7 m范围内,最大为6 mm,发生在深层,朝向成墙段,浅层有朝向外侧的变形,距离墙体外侧7 m以外该值较小。由于篇幅关系,此处未给出挖掘、成墙搅拌等阶段的结果,周边土体深层侧移亦主要发生在7 m以内,且在成墙完成前,主要发生朝向外侧的变形,该值在喷浆完成时达到最大。

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由试成墙期间的监测数据可知,TRD工法施工期间土体各类变形在数值量级上均不大,且受影响的范围有限,在成墙养护期,该变形有所恢复。


8m试成墙槽段以800 mm为间隔共进行9孔钻孔取芯。在试成墙养护期达到14 d后,对2#、4#、6#、8#孔进行了取芯,在试成墙养护期达到28 d后,对1#、3#、5#、7#、9#孔进行了取芯,每孔沿深度方向取芯15组,每组3件试块。图4分别给出了2#钻孔取芯试块14 d无侧限抗压强度和3#钻孔取芯试块28 d无侧限抗压强度沿深度方向的分布曲线,整体沿深度分布较为均匀,其中在砂质粉土中28d强度较高。4个钻孔取芯试块14 d无侧限抗压强度在0.28~1.69 MPa之间;5个钻孔取芯试块28 d无侧限抗压强度在0.85~1.79 MPa之间,满足28d无侧限抗压强度不小于0.8 MPa的设计要求。

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取芯试样室内渗透试验和现场注水试验结果如图5所示,图中亦给出了地勘报告中土层的渗透系数。通过与勘察报告中原土层渗透系数对比,在浅层淤泥质土和黏性土层中渗透系数变化不大,在深部的粉土层中渗透系数由原土层的10-4 cm/s提高到10-7~10-6 cm/s,可见TRD工法等厚度水泥土搅拌墙对粉土层抗渗性能提高较为显著。综合芯样室内渗透性试验和原位渗透性试验结果,TRD工法等厚度水泥土搅拌墙成墙后沿深度方向的渗透系数分布较为均匀,可满足本项目地层的隔水要求。



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TRD工法试成墙试验验证了采用三工序成墙施工工艺和相应设备,在本工程土层条件下进行深52 m隔水帷幕的施工是可行的,其对周边环境的影响亦在可控范围内。


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施工期间质量控制及实施效果


正式施工阶段,根据试成墙试验结果对施工参数进行改进(表2)。

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施工过程中,通过对导向架和切割箱的双重垂直度控制,严格确保成墙垂直度满足设计要求。施工完毕且养护期满后进行了浆液试块及取芯检测,浆液试块28d无侧限抗压强度均大于1.0 MPa,钻孔取芯试样28d无侧限抗压强度均大于0.8 MPa,墙体渗透系数不大于10-7 cm/s,满足设计要求。


目前该工程地下结构施工已完成,施工期间坑外承压水水头累计变化幅度在-91~-1 554 mm之间,排除坑外地下承压水位周期性变化影响,坑内降压对坑外承压水水位影响较小。说明在该地质条件下TRD工法等厚度水泥土搅拌墙成墙质量好,可以满足深大基坑工程长期大面积降压的安全和环境保护要求。

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结  语


本工程的实施表明,TRD工法施工对周边土体的影响包含成墙期间的挤压变形和养护期间的变形恢复2个阶段,但总体来说影响范围有限,引起的土体变形数值较小,恢复速度快。在滨海平原地貌地层条件下采用超深TRD工法作为隔水帷幕,墙体垂直度及成墙质量均有保证,设备能力、工效可以满足要求,满足了深大基坑工程长期大面积降压的安全和环境保护要求,值得借鉴和推广。



来源:《地基基础》

编辑整理:项 敏

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TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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