复杂地层中超深TRD工法施工技术研究


[导读] 在超深止水帷幕施工中,采用“三循环”工艺,利用TRD-E设备,选用合理的工艺参数,能够保证TRD工法在65米深度均匀、连续成墙,且能达到设计要求强度。


        摘要:TRD工法于2007年引进国内,并在基坑围护和隔渗帷幕等工程中得到广泛应用。在超深止水帷幕施工中,采用“三循环”工艺,利用TRD-E设备,选用合理的工艺参数,能够保证TRD工法在65米深度均匀、连续成墙,且能达到设计要求强度。


        关键词:TRD;超深;复杂地层


复杂地层中超深TRD工法施工技术研究

引  言

      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。


        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工法由日本于20世纪90年代初开发研制,国内于2007年引进“TRD工法”,先后在上海、浙江、江苏、辽宁、湖北等地的深基础挡土墙、止水墙、深港及大型水库、江河堤防等工程中得到了广泛应用。

工程概况

复杂地层中超深TRD工法施工技术研究

        拟建15号上海南站站为地下三层车站,开挖深度约24~26m,南端头井距离1号线既有盾构区间最近距离约34m,为减小15号线基坑开挖与降水施工对1号线既有盾构区间的影响,在15号线基坑南端施工一道“U”字形悬挂隔水帷幕,经设计验算拟采用800mm厚65m深的TRD工法墙,插入⑦2层约12m,采用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1.2,水泥掺量25~30%(450~540kg/m3)。


        由于万科南站项目三期基坑与15号线上海南站站相接,且先于车站基坑施工,因此“U”字形止水帷幕中一条“直边”104.84m需在万科南站基坑施工前在本期先行完成,剩余TRD帷幕随车站施工。


复杂地层中超深TRD工法施工技术研究

工程地质

        本工程涉及的地基土层有①1层、①2层、②1层、②2层、③层、④层、⑤1层、⑤2-1层、⑤2-2层、⑤3层及⑦2层土。


①1层、①2层为松散填土,③层及④层中夹有薄层粉性土,该类土在水头差作用下易产生坍塌、管涌及流砂等现象,同时③层及④层土为软弱黏性土,⑤1及⑤3层为黏性土,属于隔水层;⑤2-1、⑤2-2层土属微承压水含水层;⑦2层、⑨层土属承压水含水层,且⑦2层与⑨层承压水连通。根据上海地区承压水头长观资料,其微承压水头埋深一般在3~11m之间,承压水头埋深一般在3~12m之间,呈周期性变化。本次勘察期间实测⑤2-1层微承压水水位埋深为7.45m左右,实测⑤2-2层微承压水水位埋深为10.50m左右。


施工难点分析

(1)墙体超深,本工程TRD工法墙深度65m,目前为国内最深的TRD水泥土搅拌墙。TRD工法深度增加将引起切割箱自重增加及切割力的增大,使挖掘部和切割箱法兰面破损的可能性增高。

(2)地层复杂,需穿过约20米厚标贯值N>40的⑦2砂层。

(3)TRD工法横向切割时,由于深度大,穿越多种土层,切割箱体收到受到来自不同土层阻力,刀排上下受力不均,易造成链条脱落。


施工方案及参数
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施工难点措施

        (1)先行挖掘液采用钠基膨润土搅拌液,水灰比1.2~1.5,流动度160~240mm,在掘削过程中通过挖掘液减小与土层的掘削阻力,适当的润滑使得切割箱上下所受阻力均匀,减小刀排链条破坏的风险。
        (2)本工程TRD工法墙深度达到65m,包含黏土层、粉土层和粉砂层,为保证成墙水泥土均匀,采取“三循环”工艺,在先行挖掘完成后,采取回撤掘削,以巩固横向掘削槽段的垂直度,同时将土层在搅拌过程中变得均匀,为最后均匀成墙打下基础。
        (3)固化液拌制采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,每立方被搅拌土体掺入25%~30%的水泥,即每立方米土掺入450Kg~540Kg水泥;固化液混合泥浆流动度控制在150mm~280mm,水灰比1.2,施工过程每1000kg水,掺1200kg水泥拌制浆液,既加强固化液效果,又保证在喷浆成墙阶段,降低设备掘削负荷。
        (4)在超深土层中掘削成墙,对刀头的磨损非常严重,为提高掘削效率,采用钨钢刀头,减轻TRD设备掘削负荷,提高挖掘前行效率。
        (5)上海南站深层⑦2砂层土N值大,掘削负荷大,为提高效率,将切割箱倾斜0~5°的状态下前行切削,利用切割箱的自重分力破碎土层。但是在这种带角度下掘进容易撇断切割箱链接螺丝,因此控制切削负荷在150KN~200KN。


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设备选型

综合设计和地质情况,选用了TRD-E型工法设备及成套的BW450供浆泵。为满足65m深度要求,共选配10节切割箱,由下至上排列分别是:1节4.3m被动轮+13节4.88m切割箱,总长67.74m,余尺2.74m。

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施工参数

  1)先行掘削施工控制参数:
        先行掘削液配合比:膨润土掺量约5-10KG/m3
        先行掘削速度:约30cm/小时
        先行掘削负荷:≤ 220KN,现场施工150-180KN
        先行掘削流动度控制:掘削液160-240mm(宜180mm)
  2)回撤掘削施工控制参数:
        回撤掘削液:清水(约800L/min)
        回撤掘削速度:1.5m–2m/h
  3)喷浆成墙施工控制参数:
        水泥浆液水灰比1.2—1.5,水泥掺量:30%
        喷浆成墙搅拌速度:1m/h  喷浆量:52.8m³/h
        掘削负荷:≤90KN,宜70KN左右。


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施工总结

本项目试成墙从2015年12月25日开始下沉切割箱,先行挖掘,至2016年1月18日,累计成墙104 m,施工。
        超深TRD施工先行掘削速度缓慢,局部坚硬土层下,设备负荷大,期间还发生过切割箱连接螺栓断裂,被迫起拔一次切割箱,重新连接加固。
        在挖掘过程中,将一段4米长勘探废弃井管带出,井管壁厚4mm,说明设备的切割能力较强。
        TRD工法墙完成后进行取芯检测,根据芯样报告,水泥土搅拌墙TRD芯样抗压强度介于1.43~1.77 MPa之间,均大于1.0 MPa,满足设计要求。芯样上部较下部强度略大,总体来说强度比较均匀。

结语
        TRD工法在上海长三角地区软土地质应用广泛,通过本工程实践表明在采取一定措施后选择TRD-E设备能够完成65米深度的TRD工法墙止水帷幕,且成墙均匀,强度能够满足设计要求,为今后超深TRD工法隔渗墙的设计与施工积累了一定的经验。
        TRD工法施工前应做好详细地勘,了解地层特性及地下障碍物情况,根据不同土层调节挖掘液,以减小废浆的排放,保护土地环境。


来源:《基层建设》2017年6期 文/朱秀

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原文始发于微信公众号(TRD工法网):复杂地层中超深TRD工法施工技术研究