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武汉长江航运中心大厦暨民生路长航小区改扩建工程

TRD工法 2022年1月5日 项敏 2107

TRD工法案例分享

武汉长江航运中心大厦暨民生路长航小区改扩建工程

刘长伟

摘要:武汉邻江一级阶地的地下水与长江、汉江等水系连通,且承压含水层深厚,邻江基坑如要跨越汛期施工,就必须对基坑承压含水层进行隔断,因此采用大深度隔水的方式来处理邻江度汛基坑的承压水问题是必然的发展方向。文章对武汉地区超深 TRD 等厚度水泥土搅拌墙关键技术要点进行了阐述,并结合工程实例,介绍了对切割箱刀具组合、浆液 配置及工艺参数等施工技术进行优化后的 TRD 成墙效果,证明超深TRD等厚度水泥土搅拌墙可以有效隔断武汉邻江基坑 的深厚承压含水层,为邻江基坑安全度汛提供隔水保障。
 

关键词:超深帷幕;邻江基坑;度汛防洪

武汉邻江一级阶地的地下水与长江、汉江等水系连通,土层上部以粉质黏土为主,其下有深厚的粉砂、细砂层为承压含水层,大部分基坑面临承压水问题,且武汉的汛期为5月至10月,根据相关管理文件要求,堤防保护区500m范围内在汛期严禁勘探、打桩等施工行为,因此对于一些规模较大的邻江基坑,如何妥善处理承压水问题且安全度汛成为该类基坑施工需要考虑的首要问题。
 

1 邻江基坑工程的关键问题

 
(1)特殊的工程水文地质条件。邻江地区的水文地质条件复杂,承压水埋藏于上部黏性土层与底部基岩之间的粉土、粉砂、粉细砂、粗砂、砾石及卵石之中,含水层厚度为30~45m,渗透系数沿深度方向从2m/d逐渐增加到30m/d,因属层间水且与长江水体相通而具有较大的承压性,对基坑安全影响较大。
 
(2)堤防大坝等敏感对象的保护要求。基坑工程实施过程中,对承压含水层中的承压水的过量抽取会引起地基土的固结沉降,将对周边的地下构筑物、建筑物的正常使用造成不利影响,尤其是对于敏感环境中的深基坑工程,此类问题更为突出。根据近年来邻江基坑防洪论证专家意见,基坑工程对堤防大坝的变形影响控制值为5mm。
 
(3)基坑安全度汛的必要前提。邻江基坑如需跨越多个汛期施工,如何解决汛期与工期的矛盾是邻江度汛基坑工程的首要难点。按照武汉相关文件规定,汛期堤防保护区500m范围内严禁进行土方开挖等施工活动。邻江地区地下承压含水层与长江联通,汛期承压水头高度较高,如果基坑没有把承压含水层隔断,会有突涌的危险,因此邻江度汛基坑必须采用落底式止水帷幕和落底式地下连续墙等措施隔断承压含水层。
 

工程概况

武汉长江航运中心大厦暨民生路长航小区改扩建工程位于武汉市江汉区沿江大道以西、民生路以南,项目占地面积为46000m2,总建筑面积为3150000m2。一期项目地下室有2层,二期长江航运中心大厦项目地下室有4层。
 
该项目周边环境条件复杂,如图1所示,主要分布有道路、管线、高层建筑等,周边管线密集且分布有给水、天然气有压管线,大直径排水管等。场地东北侧为民生路,该侧一栋16层建筑位于1倍基坑开挖深度范围内,该建筑采用预制桩基础,硫磺胶泥接头对水平变形较敏感,且该工程基底深度与桩端埋深接近。基坑西侧为黄陂街,该侧同样邻近多栋建筑物;基坑东侧为临江大道,该侧距离长江堤防最近处仅60m。

武汉长江航运中心大厦暨民生路长航小区改扩建工程

基坑设计方案

该工程基坑普遍开挖深度为19.6m,局部开挖深度为28.9m,采用整体顺作法施工。基坑周边采用1000mm厚“两墙合一”地下连续墙作为围护体,墙体深度约37.6m,竖向设置4道临时钢筋混凝土支撑。
 
为了隔断承压含水层,需要设置超深隔水帷幕,相比于加深地下连续墙,在外侧独立设置止水帷幕有更好的经济效益,因此在地下连续墙外侧设置TRD等厚度水泥土搅拌墙隔水帷幕。隔水帷幕厚850mm,深度为58.6m,穿过近25m厚的密实细砂层、3~4m厚的中细砂卵砾层及2m多厚的强风化岩层后进入中风化岩层不小于0.2m。
 

超深隔水帷幕施工及质量控制

(1)试成墙试验。考虑到该工程TRD等厚度水泥土搅拌墙深度深,场地土层条件复杂,且该项目是TRD等厚度水泥土搅拌墙技术在武汉地区的首个应用,为了检验施工工艺的可行性、浆液配合比的合理性、搅拌墙体的垂直度等,开展了非原位试成墙试验。挖掘液混合泥浆流动度宜控制在160~240mm,采用三循环成墙工艺(即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌)。TRD试成墙取芯检验结果表明,水泥土搅拌墙取芯芯样强度介于1.0~1.16MPa,芯样渗透系数介于6.85×10-8~8.79×10-8cm/s,均满足隔水帷幕的设计要求。
 
(2)施工关键技术。第一,挖掘液配置。为了保证该工程TRD隔水帷幕墙体施工质量,针对该工程超厚的砂层及中细砂夹卵砾石层的含极少黏土的砂质土层,在挖掘液中添加颗粒度调整的材料,并添加必要的外加剂使挖掘液与原状土的混合泥浆具有一定的保水性,以保证其必要的颗粒悬浮性能及流动度,从而确保其在砂层中高效且高质量成墙。第二,复杂地层嵌岩切割行进控制。该项目水泥土搅拌墙墙底进入单轴抗压强度标准值达9.5MPa的⑥层中风化泥岩不小于0.2m,施工难度大,施工效率低。根据试成墙结果,将原有的TRD工法单纯的水平向切削成墙的方式改进为在普通土层深度区段内水平向切削、入岩区段垂直向搭接切削相结合的方式,从而最大限度地利用TRD施工设备切割箱的自重进行入岩成墙。
 
(3)成墙质量检测。对水泥土搅拌墙进行28d龄期钻孔取芯强度试验,对不同地层、不同深度等厚度水泥土搅拌墙的均匀性和强度指标进行分析研究。试验结果显示,对不同深度的搅拌墙体均一性较好,各土层中所取出的芯样强度普遍大于1MPa且差异不大,各芯样表观无明显差异。
 

基坑项目实施效果

 
(1)地下水监测结果。坑内地下水位、坑外地下水位和长江水位随时间的变化情况如图2所示。图2中,SW1~SW19为坑外水位观测井,SWZ1、SWZ2为坑内水位观测井,可以看出基坑坑内承压水降水过程中,坑外承压水位有一定的变化,坑外水位平均降深约为3m,坑内水位平均降深约为12m,坑内与坑外承压水位平均降深幅度比值约为4∶1,最大比值约为6∶1。结合基坑抽水试验的成果可知,该项目部分水泥土搅拌墙由于场地中风化岩面(frk=9.5MPa)的起伏,未完全嵌入相对隔水的中风化岩层中,导致该区域隔水帷幕内外存在一定的水力联系,但整体隔水帷幕深度大,有效阻隔了坑内外的水力联系,减小了基坑降水对周边环境的影响。
 
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(2)周边环境变形监测结果。基坑实施过程中,东北侧民生路路面最大沉降为54mm,该侧距离基坑一倍开挖深度范围内的16层建筑最大沉降量为39mm。基坑西侧黄陂路路面最大沉降为45mm。基坑东侧沿江大道路面最大沉降量为37mm。

结  论

(1)为了保证TRD等厚度水泥土搅拌墙隔水帷幕在武汉地区的成墙质量,需要对切割箱刀具组合、浆液配置及工艺参数等进行优化。
 
(2)文章结合工程实例对超深TRD等厚度水泥土搅拌墙的施工应用和实施效果展开了论述,可为类似的基坑工程提供一定的技术参考。

来源:《工程前沿》

编辑整理:项 敏

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武汉地区部分TRD工法应用案例

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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