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TRD等厚度水泥土搅拌墙和MJS工法桩止水帷幕的综合应用

MJS-RJP·TRD工法 2022年1月4日 项敏 569





TRD工法案例分享




TRD等厚度水泥土搅拌墙和MJS工法桩止水帷幕的综合应用


吴素霞



摘  要


摘要:上海市口腔医院新院项目止水帷幕工程施工完成后,通过抽水实验的水位下降数据分析,发现帷幕内外存在水力联系。为此组织专家和各参建单位进行了原因分析。根据工地现场地质勘察结果及周边环境分析,最终专家同意采用设计单位提出的TRD等厚度水泥土搅拌墙和MJS工法桩相结合的止水帷幕形式。方案实施后,重新做抽水实验并将水位降至基坑安全开挖面以下500mm,水位不再上升,证明此止水帷幕形式起到了止水的效果。
关键词:TRD等厚度水泥土搅拌墙;MJS工法桩;止水帷幕抽水实验

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工程概况

1.1 概况
上海市疾病防治院项目东临上海市儿童医院20层住院楼和医院配套设备用房,西临地铁站,南临一住宅小区,北临停车场。施工主体包括门诊综合楼和科教中心两个单位工程。门诊综合楼为地上12层,地下2层框架剪力墙结构。科教中心为地上4层,地下1层框架结构。门诊综合楼和科教中心地下结构组成一个围护结构,周长826 m,面积36 000 m2,地下2层挖深10.65 m,局部集水井最大挖深12.15 m;地下1层挖深6.30 m,局部集水井最大挖深7.20 m。围护结构东侧为钻孔灌注桩加三轴搅拌桩套打止水,其余位置采用SMW工法桩围护。此工程周边建筑物较多,人员流动大,地下管线复杂,对桩基及地基基础设计与施工要求较高。

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1.2 地质情况
勘察报告显示,分布第⑤2层灰色砂质粉土,存在微承压水层,层顶埋深约19.0 m,厚5.22 m;第⑥层暗绿色粉质黏土,存在隔水层,层顶埋深24.1~25.5 m,厚2.70 m;第⑦1层草黄色砂质粉土,存在承压水层,层顶埋深27.3 m,平均层厚8.08 m。本工程止水帷幕原设计方案采用D850三轴搅拌桩套打止水,1层地下室区域不存在承压水稳定性问题,因此1层地下室区域三轴搅拌桩长12.3~15 m,嵌入坑底以下6.0~9.7 m;2层地下室区域存在承压水层稳定性问题,因此2层地下室区域三轴搅拌桩长25.0 m,用于隔断微承压水层。基坑共设置48口深井,包括37口真空深井、6口降压井和5口监测井兼回灌井。降压井长23.3 m,布置在2层地下室范围,主要降微承压水层;监测井兼回灌井长23.3 m,主要布置在2层地下室四周。
按照原设计方案,止水帷幕穿透微承压水层,进入下部隔水层0.6~2 m,形成截水帷幕,使坑内外水隔开,通过坑内设置的降压井将坑内水降至施工层以下0.5 m后,开始土方开挖。

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抽水试验发现的问题及原

2.1 问题
止水帷幕和围护结构施工完成后,现场先后进行了2次抽水试验,第一次抽水试验时间较短,坑内观测井20 min内水位变化量为62 cm,随着抽水时间延长,抽水约21 h后水位埋深达11.89 m,基本满足基坑深坑部位的安全开挖需求,但随时间推移,施工单位继续抽水观测9 h,坑内仍有20 cm降水幅度。与此同时坑外观测井在整个抽水试验观测期间水位变化量为2.81~3.78 m,说明基坑坑内与坑外承压含水层存在一定水力联系,虽不明显,但大致可判定为相对隔断,仍存在绕流现象。监测水位恢复情况:60 min水位恢复4.03%,水位埋深恢复至11.78 m,120 min水位恢复10.91%,水位埋深恢复至11.25 m。


为更准确判断止水帷幕的隔水效果,进行了第二次承压水抽水试验及恢复试验,2次水位监测数据对比见表1。

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2.2 原因分析
由于承压水降水试验引起坑外承压水位下降较多,建设单位组织专家及各参建单位讨论分析引起坑外承压水位下降的原因。
(1)由于地质勘探的规范要求,勘探点间距为30 m,所以有可能在此范围内,基坑的承压水层不均匀,局部不存在隔水层,但恰巧未勘探出来,导致承压水没有完全截断,坑内外承压水连通。
(2)三轴搅拌桩止水帷幕深度超过25 m,施工质量较难保证,也可能出现局部套打间距过大或水泥掺量不足,导致止水帷幕不封闭,未能将承压水层完全截断。
(3)基坑设计方案的止水帷幕深度不足,未按设计要求深至隔水层以下0.6~2 m,未能隔断承压水层。 

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解决措施


根据周边环境、建筑物、地下管线情况并结合止水帷幕形式,设计了一套安全高效、场地适应性强、地下连续墙造价相对低的MJS工法桩加TRD等厚度水泥土搅拌墙作补强方案。
(1)东侧由于施工空间较紧张,采用MJS工法桩进行施工,其余位置采用TRD等厚度水泥土搅拌墙形式。MJS工法止水帷幕,其竖向分布范围-11.45~-28.95 m,设计桩径1 500 mm,搭接500 mm,间距1 000 mm;TRD等厚度水泥土搅拌墙竖向分布范围-3.55~-28.95 m,墙体600mm,长245 m(延长米),平面布置见图1。

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(2)正式施工前,需进行试成墙(桩)试验,通过试验,确定成墙(桩)工艺参数。
(3)TRD等厚度水泥土搅拌墙止水帷幕施工设备重150 t,为保证基坑安全和减少施工过程中的转换点位,要求与SMW工法桩外移2.5 m。
(4)2种工法连接处,应先采用TRD等厚度水泥土搅拌墙施工,再采用MJS工法桩有效搭接,以保证止水结构的连续性。
(5)基于基坑已经开挖至第二道支撑,TRD和MJS的固化材料应采用早期强度发展较快的材料。
(6)TRD与原有基坑的距离调整后,应尽可能地减少折线接头,接头部位需搭接3~5个MJS工法桩长度,最后由MJS工法桩收口。
(7)施工完成后,水泥土搅拌墙龄期达到28 d后,对桩体钻芯取样,检测其桩身质量,MJS工法桩取芯不少于3根,TRD等厚度水泥土搅拌墙每50 m取芯1组,取样位置由监理单位和施工单位共同确定。

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施工过程质量控制


4.1  MJS工法桩施工过程质量控制要点
(1)MJS工法桩施工参数见表2。

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(2)质量监控措施:
①使用泥浆比重计测量水灰比是否满足要求。
②每日不定时巡视注浆压力表上的压力值是否达到40 MPa。
③通过观察装在桩机底座上的水平尺中的气泡是否居中来检查桩的垂直度。
④对比分析沉降观测单位出具的数据和观察周边土体是否有隆起开裂,判断注浆施工是否造成了周边土体、建筑物沉降。
⑤通过监控单根桩水泥用量来控制水泥渗量。

4.2 TRD等厚度水泥土搅拌墙施工过程质量控制
(1)TRD等厚度水泥土搅拌墙通过切割、搅拌、混合注浆三步法做成墙试验,据此确定施工机械、施工工艺参数如下。
①墙厚:600 mm,深32.5 m,土容重比取1800 N/m3。
②挖掘液水灰比:5≤水灰比≤10。
③水泥掺量20%,水灰比1.2。
④挖掘液成份配置(见表3)。

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⑤ 固化液配置(见表 4)。

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⑥成墙搅拌速度。注浆大泵流量:680 L/min(2台泵),每延米需要时间:15.8 min,每桶浆液可以成墙14.3 cm,成墙速度:6.32 cm/min。

(2)成墙期质量控制要点:
①等厚度水泥土搅拌墙宜采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量≥25%,水灰比1.2,挖掘液采用钠基膨润土拌制,每立方被搅土体掺入100 kg膨润土。
②通过安装测斜仪,实时监测墙体垂直度偏差≤1/300,墙位偏差≤+20~-50 mm(向坑内偏差为正)。控制好成墙深度和厚度,厚度偏差应控制在0~-20 mm。
③当天成型墙体应搭接已成型墙体300~500 mm,搭接区域应严格控制挖掘速度,使固化液与混合泥浆充分混合、搅拌,确保隔水性能。在转角位置处,后施工墙体搭接已成型墙体≥500 mm,以确保转角位置隔水性能。
④等厚度水泥土搅拌墙搅拌结束后,切割箱应继续向前挖掘推进,确保切割箱在固化成墙宽度之外进行起拔;在切割箱起拔过程中对切割箱范围进行喷浆搅拌,确保对切割箱占据空间进行密实填充和有效加固。
⑤拔出切割箱时不应使孔内产生负压而造成周边地基沉降,注浆泵的工作流量应根据实际挖掘速度的变化作调整。
⑥利用比重测试仪测量泥浆比重,控制水灰比;根据每延米注浆桶数,确定水泥掺量是否满足设计要求。
⑦墙体龄期达到28 d后,进行钻芯取样,检测其桩身质量、水泥土强度和抗渗性。每50 m取芯1组,要求28 d浆液试块无侧限抗压强度标准值≥1.0 MPa,28 d钻孔取芯无侧限抗压强度标准值≥0.8 MPa,墙体渗透系数≤10-7 cm/s。

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结  语


综合运用TRD等厚度水泥土搅拌墙和MJS工法桩施工完成后,做了抽水试验,试验结果得到了设计、监理单位认可,达到了止水效果,满足基坑开挖要求。
分析对比此工程前后2套止水帷幕方案,TRD等厚度水泥土搅拌墙和MJS工法桩具有以下几方面的优点。
(1)MJS工法桩施工设备体积小、受场地限制条件少、适用的土质条件广;地下注浆压力达40 MPa,成桩直径大、桩身垂直度好、止水效果好。
(2)TRD等厚度水泥土搅拌墙成墙深度可达60m;适用的土质条件广;施工机械高度低、稳定性、安全性好;成墙效率高、墙体均匀、品质好;成墙精度高,利用测斜仪控制其垂直度,精度可达1/1 000;注浆压力小,对周边土体、建筑物、管线影响小;可连续成墙止水;工期短。

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来源:《上海建设科技》

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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