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TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

TRD工法 2021年10月18日 项敏 223

等厚度水泥⼟搅拌墙工法

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

项  敏

 

公司介绍

苏州德泓建设工程有限公司

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

摘  要

摘要:目前国内基坑围护工程止水帷幕主要采用三轴搅拌桩,但随着大城市轨道交通、高架隧道等的大量建设,紧邻这些重要建筑物的新建项目基坑围护工程对止水帷幕的要求越来越高,普通三轴搅拌桩已无法适应这种工程条件,而近几年来已在国内成功应用的TRD工法正好可以满足这种大深度、低净空以及高安全性的要求。本文以近几年TRD工法行业案例数据为背景,分享比较有代表性的案例,63m超深TRD止水帷幕和高压线下低净空TRD开槽接插H型钢等,展望未来更多应用的方向。

 

关键词:等厚度水泥土连续搅拌墙工法;TRD工法;止水帷幕;

引  言

随着很多城市开始大规模的地铁建设,TOD模式(公共交通导向型开发)及城市地下空间综合开发利用得到越来越多的重视,对应的深基坑设计也在往更大、更深、更复杂的方向发展。工程建设中会遇到各种敏感环境(如图1),如何保证安全高效完成基坑工程成了当前非常重要的任务。

 

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图1深基坑敏感区域示意图

 

笔者从事基础工程行业约16年,主要涉及基坑围护、桥墩围堰等工程的止水帷幕的研究、推广和应用工作。主要的工法有:拉森钢板桩、组合钢板桩、高压旋喷桩、SMW工法、MJS工法、CSM工法以及TRD工法等。根据多年实际参与和收集的案例经验及学者专家的论文资料等,本文主要介绍TRD工法在基坑围护中的应用。

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TRD工法

1.1 TRD工法原理

TRD工法(Trench-Cutting&Re-mixing Deep Wall Method),又称超深等厚度水泥土地下连续搅拌墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直(垂直)打入地层中,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,形成一定强度等厚度的止水墙(如图2、图3)。

 

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图2 TRD工法示意图

 

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图3 TRD工法设备箱体、被动轮、链条及刀头

 

TRD工法由日本90年代初开发研制,是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套先进工法设备和施工方法。主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面。

 

2005年TRD-III首次引进中国,2014年国家行业标准《渠式切割水泥土连续技术规程》实施。2017年TRD工法被列入《建筑行业10项新技术》(2017)。

 

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。可广泛应用于超深止水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域[1]。

 

1.2 TRD工法应用形式

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图5 TRD工法的应用形式示意图

 

 

1.3 TRD工法施工工序

在国内的工程实践中该工法多采用TRD工法施工三步法:第一步横向前行时注入切割液切割,一定距离后切割终止;第二步主机反向回切,即向相反方向移动;移动过程中链式刀具旋转,使切割土进一步混合搅拌,此工况可根据土层性质选择是否再次注入切割液;第三步主机正向回位,箱式刀具底端注入固化液,使切割土与固化液混合搅拌。(如图6)

 

在不同的地质条件下,TRD施工难易程度会有所不同。可采用一步施工法(切喷同时)、两步施工法(一切一喷)和三步施工法(两切一喷),施工方法的选用应综合考虑土质条件、墙体性能、墙体深度和环境保护要求等因素。

 

当切割土层较硬、成墙较深、墙体防渗要求高时宜采用3步施工法;施工长度较长、环境保护要求较高时不宜采用两步施工法;当土体强度低、墙体较浅时可采用一步施工法[2]。

 

①测量放样,开挖导向槽,如遇表层杂填土含有石块需进行换填。

②吊放预埋箱。

③桩机就位,切割箱与主机连接。将切割箱吊放入预埋穴,TRD主机移动至预埋穴位置连接切割箱,再返回预定施工位置,进行切割箱的自行打入挖掘工序。根据设计深度,将一节一节相连接的切削箱体垂直向下压入地中。

④切割箱被自行打入到设计深度后,安装测斜仪。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,通常可确保1/250以内的精度。

⑤TRD工法成墙。测斜仪安装完毕后,主机与切割箱连接,注入固化液,使其与挖掘液混合泥浆强制混合搅拌,形成等厚的TRD水泥土搅拌墙。挖掘液注浆压力宜控制在1~1.5 MPa,固化液注浆压力2 MPa。

⑥置换土处理。将TRD水泥土搅拌墙施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放,集中处理。(如图5)

 

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图5下切割箱示意图

 

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图6三步施工法示意图

 

 

1.4 TRD工法优势

①施工深度大

最大深度80m,墙宽550mm-1200mm,国内已有多个深度达60m-70m施工案例。

②适应地层广

与传统工法比较,适应地层范围更广。可在砂、粉砂、粘土、砾石等一般土层及N值不超过50的硬质地层(鹅卵石、粘性淤泥、砂岩、石灰岩等)施工。

③成墙质量好

连续性刀锯向垂直方向一次性的挖掘到设计深度,然后进行混合搅拌及横向水平推进,在复杂地层也可以保证成墙品质均一。与传统工法比较,水泥土墙上下搅拌均匀,止水效果好,离散型小、可连续性施工,无接缝(不存在咬合不良),确保墙体高连续性和高止水性。

④稳定性高

主机高度约为12米,重心低,稳定性好,与传统工法比较,机械的高度和施工深度没有关联,稳定性高、通过性好。侧翻事故为“0”!施工过程中切割箱一直插在地下,绝对不会发生倾倒。(设备高度如图7)

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图7常见TRD设备尺寸

 

⑤施工精度高

实时检测设备在施工过程中的各类参数,进行监控。实现了施工全过程对TRD工法墙体的垂直精度控制,这是目前其他传统工法无法做到的。通过施工管理系统,实时监测切削箱体各深度X、Y方向数据,实时操纵调节,确保成墙精度。

⑥墙体等厚

成墙连续、等厚度、无缝连接,是真正意义上的“墙”而绝不是“篱笆”。可在任意间距插入H型钢等芯材,可节省施工材料,提高施工效率。

⑦周边土体影响较小

TRD工法在搅拌成墙过程中喷注水泥浆液过程中压力比SMW工法较小,特别是基坑围护紧邻保护建筑物或者管线、地铁的时候,对于周边土体影响较小。

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应用案例

2.1超深止水帷幕:南京清凉门大街(63m深)

 

南京清凉门大街项目位于南京市江东北路以西,清凉门大街以北,用地面积39574㎡,含3栋写字楼、1栋公寓,整体设置3层地下室,东侧和南侧与地铁相接(地下连续墙与地铁车站共用围护结构)。基坑支护结构安全等级为一级,重要性系数1.1。基坑开挖面积约25000m2,周长约640m。

 

场地内承压水分为上下两层:承压水上段主要由②-4a层粉砂构成,含水层厚度约1.6m~7.2m,由东往西方向,含水层渐灭;承压水下段主要由②-5层粉砂、③-4e层含卵砾石中粗砂层构成,厚度约4.7m~12.80m。两层承压水之间分布有厚度约1.6m~11.5m厚的②-4、②-5a层粉质粘土形成相对隔水层,该隔水层在场地附近可能存在天窗,导致上下两层水联通。

 

基坑分别采用地下连续墙和灌注桩作为围护墙体,灌注桩外侧采用TRD工法深层搅拌水泥土墙作为止水帷幕。TRD止水帷幕靠近建筑物侧最大深度达63m,桩端进入5-1层强风化泥质砂岩不小于1.5m(图8剖面图)。

 

该项目TRD施工已经于2021年初完工,使用的是日本三和TRD-EN型,63m深度早上6点施工至晚上10点,两天成墙9m。

图8邻近建筑物侧剖面图

 

2.2低净空案例:南通轨道交通(12m低净空)

 

南通轨道交通1号线能达商务区站附属1号风亭及2号出入口围护结构,位于110Kv高压线下方。根据施工单位建议因旋喷桩成桩质量不确保,止水帷幕质量不可控等原因,原钻孔桩部分工法由Φ800@1000钻孔灌注桩+双排双高压三重旋喷桩止水帷幕调整为TRD+内插型钢。

 

TRD工法开槽、回撤后注入水泥浆,同步插入H型钢,因高压线安全距离限高,使用自制定位架现场焊接H型钢,该项目接近收尾阶段,开挖效果理想,确保了基坑及周边管线安全。(如图9图10)

 

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图9高压线下TRD设备施工,焊接H型钢

 

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图10开挖效果

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市场应用情况

3.1已有案例地区

经过这几年项目试点,得到了很多业内专家,设计单位的认可。陆续在以下地区得到了应用:北京、天津、哈尔滨、沈阳、燕郊、青岛、锦州、淮安、太原、上海、杭州、苏州、宁波、湖州、温州、金华、南京、南通、南昌、九江、黄山、武汉、郑州、长沙、濮阳、衡阳、广州、珠海、潮州、昆明、阜阳、厦门等。(如图11)

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图11已有案例地区示意图

 

3.2全国TRD施工方量统计

2018年起,TRD工法在国内开始快速增长,2019年施工方量突破了100万方(图12),2019年底北京副中心绿心三大建筑项目,TRD设备克服了复杂的砂层地质,做到了48m-50m深的止水帷幕,该项目总共施工方量超过10万方,也是截止2020年最大TRD项目[3]。2020年上海硬X射线项目4号工作井,TRD-80E成功完成69.4m深的超深止水帷幕。(图12)

 

TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图12 TRD工法每年总施工方量

注:数据来源TRD工法网(TRDgf.com)统计。

 

3.3 TRD设备机型统计

截止2020年底国内TRD工法设备数保有量超过了60台。现国内可以提供TRD设备主机厂家有:日本三和机材(TRD-E/TRD-EN)、铁建重工(LSJ60)、抚挖重工(CMD850/CMD950)、上海工程机械厂(TRD-60E/TRD-60D/TRD-70E/TRD-80E)。厂家设备型号参数如图13。

 TRD工法在国内基坑围护工程中的典型优势应用

图13 TRD设备机型统计表

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结  语

基于笔者对于整个TRD工法行业的走访、数据汇总及综合分析,得出以下结论:

 

(1)随着TRD工法在各地的应用,特别是对地铁管线、既有建筑物、河道及市政管线周边的深基坑。证明了该工法的确能保证止水效果,减少基坑围护施工中漏水、降水带来的工程风险。

 

(2)随着TRD整机设备的国产化日渐成熟,相关易损件如链条、刀头等的配套供应商不断增加,采购国产TRD工法设备的施工单位以及采用TRD工法的工程项目逐渐增多,相比早期推广阶段单纯依靠日本进口设备和配件的成本将会大幅下降,成本的下降又将反过来推动TRD工法在市场上得到更多的应用。

 

(3)TRD工法在遇到转角施工时,需要重新起拔切割箱体,原先采用的日本施工方式需要4-5天时间,经过国内施工团队的改进优化,完成转角施工的起拔和重新下钻的时间可以缩短至1-2天,且较好地解决了转角处易漏水的风险。

 

(4)未来TRD工法将会迎来更加细分的市场,例如软土地区需要做到深度70m以上的超深止水帷幕,而浅层需要小型化的TRD设备用于高品质的止水帷幕。目前多家施工企业和设备厂家都已经开始做相关的设计和生产工作,相信不久的将来会有更多型号的TRD工法设备出现在市场上。

来源:《第十一届深基础工程发展论坛》

编辑整理:项 敏
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