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TRD工法在周边复杂环境深基坑工程应用的实用性和可靠性

636 2021-02-02 11:13:36

摘要:TRD工法在基坑工程中的应用越来越广泛,主要应用在沿海城市软土地层基坑工程中的基坑支护、止水帷幕及槽壁加固等方面。杭州市某工程位于居民社区附近,周边环境复杂,拟建工程紧贴用地红线,介绍了TRD工法的水泥土地下连续墙作为止水帷幕在该项目的应用情况,阐述了TRD工法的施工原理和工艺,并结合工程实践,验证了TRD工法在深基坑工程应用上的实用性和可靠性。

关键词:TRD工法,基坑支护,止水帷幕


1、工程概况

1.1、工程简介

杭州市某工程位于江干区新塘社区严家弄,新塘路以西,新苑路以东,严家弄路以南,景芳四区以北。项目用地面积9 895.0 m2总建筑面积约41261.9 m2。拟建建筑分为1号~5号楼,1号楼为配套公建和物业经营用房及消控中心,层高1层~3层,单柱最大荷载2 800 kN;2号楼为20层的高层住宅楼,3号、4号楼为2幢18层住宅楼,单柱最大荷载10 000 kN;5号楼为配套公建和物管用房等,层高1层~3层,单柱最大荷载3 400 kN。全场下设2层地下室,拟建建筑设计室内±0.00为1985国家高程6.75 m~7.05 m,基坑自±0.00向下开挖深度约为9.40 m,地下室底板标高为-2.50 m左右。该建设工程有以下特点:

1)本工程基坑周边环境西、北两侧为已建道路,东侧距用地红线较近,南侧靠近居民房,不具备放坡条件,为避免施工扰动对周边环境的影响,建设工程对于施工工艺工法有更高的要求;

2)场地下设2层地下室,基坑自±0.00向下开挖深度约为9.40 m,地下室底板标高为-2.50 m左右,需大面积基坑开挖,因此自基坑开挖后,应加强基坑及其周边的检测,确保基坑稳定和施工安全。


1.2、工程地质条件

根据区域地质资料,拟建场地上部主要为冲海积相粘质粉土、砂质粉土层,中部为海陆相交互沉积的粘性土层及砂砾石层,下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩。

根据外业勘探、室内土工试验成果、双桥静力触探线型以及场地土成因类型,场地勘探深度范围内岩土层可划分为7个工程地质层,细分为17个工程地质亚层,影响基坑开挖的岩土层从上往下分层及其特性如下:

①杂填土:杂色,松散,层厚1.10 m~3.40 m。

②-1粘质粉土:灰黄色,稍湿~湿,稍密~中密,层厚0 m~3.40 m。

②-2砂质粉土:灰色,中密,湿,层厚5.00 m~8.20 m。

②-3砂质粉土夹粉砂:灰色,湿,中密~密实,层厚6.00 m~8.90 m。

②-4砂质粉土:灰色,湿,中密,层厚1.60 m~6.10 m。

③淤泥质粉质粘土:灰色,层厚7.30 m~12.00 m。

④-1粉质粘土:青灰色,层厚1.90 m~5.40 m。

④-2粉质粘土:灰黄色,层厚0.80 m~6.40 m。

⑥-1粉砂:灰黄色,中密,层厚0.0 m~0.90 m。

⑥-2圆砾:灰黄色,中密~密实,砾石含量约50%~55%,局部含量稍低,粒径一般在2 cm~4 cm,层厚3.40 m~11.50 m。

⑥-2夹粉砂:灰黄、黄褐色,中密,层厚0.0 m~3.90 m。

⑦-1粉质粘土:灰色、灰绿色,软可塑,层厚0.0 m~3.50 m。

⑦-2粉砂:灰色,中密~密实,层厚0.0 m~5.90 m。

⑦-3圆砾:灰黄色,密实。砾石含量约60%~70%,粒径2 cm~4 cm为主,个别达6 cm~10 cm,亚圆状,层厚3.60 m~7.60 m。

⑩-1全风化泥质粉砂岩:砖红色,硬可塑。层厚0 m~1.30 m。

⑩-2强风化泥质粉砂岩:砖红色,稍硬,层厚0.00 m~2.40 m。

⑩-3中风化泥质粉砂岩:砖红色,较硬,控制厚度3.30 m~7.90 m。


1.3、工程地质条件

拟建场地区域内主要分布三层地下水,上层地下水性质属孔隙潜水,下层地下水性质属孔隙承压水和基岩裂隙水。勘察期间各勘探孔终孔后24 h测得的潜水含水层的稳定地下水位一般埋深于地表下1.20 m~2.10 m左右,水位年变幅在1.0 m~1.50 m左右,该潜水水位升降主要受大气降水及地表水补给,以侧向径流、蒸发为主要排泄途径。地下水位动态变化随气候、季节性变化,受地表水影响较大,水量贫乏,水力坡度小,透水性差。承压水赋存于下部砂土和砾石层中,承压含水层与上部潜水含水层水力联系微弱,承压水受气候影响不明显,其主要补给来源为侧向潜水,侧向径流缓慢。根据地下水水位长期监测资料及本次在钻孔ZK23孔中做的承压水头观测,场地承压含水层平均水位埋深约14.50 m,富水性相对较好,对工程降水和基础抗浮无影响,对钻孔灌注桩施工有一定影响,施工时应引起重视,必要时采取相应的护壁措施。总体上,承压含水层对地基评价影响小,对本工程基础设计、施工影响较小。岩裂隙水主要赋存于基岩风化、节理裂隙内,水量一般较贫乏,场地下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩,层顶埋深一般在58.0 m左右,风化层中泥质含量高,渗透性较差。主要受侧向补给和上部孔隙潜水下渗补给,水量微弱,径流缓慢,埋深大,对工程影响小。


1.4、不良地质作用

场地所在区域为冲海积平原区,地形平坦,场地及附近无崩塌、滑坡、泥石流等山地型地质灾害,未发现因岩溶、地下采空引起的地面塌陷、地裂缝地质灾害,也没有因过量抽取地下水引起的区域地面沉降,因此场地内及附近无不良地质作用。本场地以前为住宅区,表部分布建筑垃圾,普遍留有浅基础,局部遗留有桩基础,对本项目施工存在一定的影响;无其他不利于本工程建设的地下埋藏物。


2、TRD工法介绍

2.1、工艺简介

TRD工法(Trench-Cutting Re-mixing Deep Wall Method,等厚度水泥土地下连续墙工法)是把插入地基中的链锯式刀具与主机进行连接,并横向移动、切割及灌注水泥浆,使水泥浆在槽内形成对流,从而混合、搅拌和固结在原来位置上的泥土的一种施工方法。该工法源于日本,21世纪以来TRD工法迅速在美国、西欧和东南亚世界各地得到广泛应用,近年来国内引进了等厚度水泥土搅拌墙施工技术及配套设备,并已在上海、杭州、苏州、武汉等地应用。该工法可用作止水帷幕,也可插入型钢以增加地连墙的刚度和强度作为基坑的围护结构。TRD工法用于止水帷幕时,其主要特点是成墙连续、表面平整、墙体均匀性好、止水效果佳、安全性高。由TRD工法构建的等厚度水泥土连续墙地层适用地层广、隔水性能可靠其优越的止水性能可以用于垃圾填埋场防止渗滤液污染地下水,建造大坝防渗墙防止坝体渗透破坏。


2.2、施工工艺

渠式切割水泥土连续墙的垂直度高,墙面平整度好,通过链状刀具内安装的多段式倾斜仪可以对墙体进行平面内和平面外实时监测以控制垂直度,从而实现高精度施工。图1为渠式切割水泥土墙施工顺序示意图。

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。

TRD工法施工主要工艺流程如下:

机械组装→放样复核→桩机定位→打入切割箱→先行挖掘(注入切削液)→回撤挖掘→搅拌成墙(注入固化液)→插入H型钢→拔除型钢。

TRD工法施工主要工艺流程

2.3、TRD工法特点

TRD工法桩基设备最大高度10 m,施工深度可达60 m;相比于三轴搅拌桩(SMW工法),TRD工法是等厚的连续墙体,止水效果好(无缝、无缺陷);相比于地连墙和灌注桩,TRD工法泥浆排放少、施工速度快(一昼夜施工10延米~20延米)、节约成本(造价降低20%~50%)。

此外,TRD工法还有以下典型特点:

1)适用范围广,整机高度仅10.1 m,特别适宜架空高压线下方等高度受限部位施工;

2)超群的设备稳定性,通过低重心设计,与其他方法相比,机械设备的高度大大降低,施工安全性提高;

3)高精度施工,在水平方向和垂直方向可以进行高精度施工;

4)连续墙深度方向的品质均一,离散性小;

5)适应地层比较广,对硬质地层(硬土、砂卵砾石、软岩等)具有良好的挖掘能力;

6)止水性能优异,墙体等厚,无缝连接

7)通过角度调节,可施工斜墙;

8)优良的环保性能,节省材料。


3、基坑围护方案及项目跟踪结果

3.1、基坑围护方案

根据设计要求,基坑边缘四侧均紧邻用地红线,北侧距离用地红线最短净距仅6.6 m,南侧距离用地红线最短净距仅4.9 m,西侧距离用地红线最短净距仅1.7 m,东侧紧贴用地红线,基坑工作面有限,周边环境复杂,对施工技术有较高要求。基坑支护方案如图2所示。

基坑支护方案

↑ 图2 基坑支护方案

3.2、TRD工法设计参数

1)TRD等厚水泥土搅拌墙可采用连续施工的渠式切割水泥土连续墙,墙厚850 mm。

2)TRD水泥土搅拌墙采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于25%,膨润土掺量不小于5%,水灰比1.0~2.0,水泥土28 d的无侧限抗压强度不小于1.0 MPa。

3)渠式切割机主机平稳、平正,机架垂直度偏差不大于1/250。水泥土连续墙采用三步施工法,应根据周边环境、土质条件、机具功率等因素确定渠式切割的水平推进速度和链状刀具的旋转速度,步进距离不大于50 mm。


3.3、项目跟踪结果

1)在该项目中,TRD水泥土墙均匀等厚成墙。作为止水帷幕,渗透系数小于3×10-7cm/s,本工程全周期中未出现墙体破裂漏水情况,有效起到了止水作用;

2)根据基坑内外监测点的观测统计,基坑变形稳定,安全可控,基坑各项变形指标均未超过规范及设计要求,基坑外路面无明显沉降,施工微扰动对周边环境造成影响处于正常范围内;

3)在节能环保要求上,相对比钢筋混凝土钻孔灌注桩工艺,平均节能约30%,节约成本约20%,在施工过程中实现了施工现场整洁,符合文明施工各项要求。


4、结语

随着TRD工法在我国应用越来越广泛,在顺应时代绿色转型的潮流下,由TRD工法技术构建的等厚度水泥土搅拌墙地层适用性广、隔水性能可靠,在深基坑工程的运用中具有显著的优点和实用性,使得该工艺技术有望成为未来支护工程中的主流。本文详细介绍了TRD工法的特点,施工工艺,并结合TRD工法在杭州市某工程项目的成功运用,论证了TRD工法的先进性和可靠性。