TRD工法在深基坑支護工程中的應用

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

TRD工法(Trench-Cutting Re-mixing Deep Wall Method)是由日本于20世紀90年代初開發研制的新型等厚橫移式水泥土地下連續墻施工工法[1-4]，與傳統的單軸或多軸螺旋鉆孔機所形成的柱列式水泥土地下連續墻工法不同，是能在各類土層和砂礫石層中連續成墻的成套設備和施工方法。

1 工程概況

1.1 項目概況

海門路55#地塊項目位于上海市虹口區的中心區域，由2 幢263 m高的辦公樓和1 座3 層的主題商業中心組成。裙房地下共6 層，基坑開挖總面積約30 440 m2，屬于一級安全等級基坑，環境保護等級為一級。上海市軌交12號線提籃橋站（已投入運營）位于基地北側，其部分主體及附屬結構位于基地范圍內，如圖1所示。

圖1 施工區域概況及平面布置

根據設計要求，基坑圍護結構與主體地下室結構外墻兩墻合一，采用厚1.2 m地下連續墻。

1.2 地質條件

擬建場地屬濱海平原地貌類型，地表覆有厚1.0～3.4 m的雜填土。一般地面標高在+2.28～+3.23 m。根據地質勘察資料，場地80.3 m 深度范圍內地層均為第四紀松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成，具有成層分布特點。

1.3 水文條件

據上海地區區域資料，地下水主要有淺部黏性土層中的潛水，部分地區淺部粉性土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。淺部土層中的潛水位埋深，離地表面0.3～1.5 m，年平均地下水位離地表面0.5～0.7 m，深部承壓水位、潛水位和承壓水位隨季節、氣候、潮汐等因素而有所變化。

2 加固選型

2.1 工程特點及難點

（a）擬建場地位于市中心，為一級安全等級基坑，施工安全性要求高。

（b）地下工程兩墻合一，地下連續墻作為基坑圍護結構同時也是主體地下室結構外墻，對側壁加固體系的質量特別是止水性要求高。

（c）兩側加固有效樁長41 m，屬超深止水帷幕，為實現地下連續墻的順利成墻，止水帷幕垂直度要求不大于1/200。

（d）本項目周邊條件復雜，且北側緊鄰軌道交通12號線提籃橋站，在施工期間需重點保護。因此，施工時必須將本工程對周邊環境的影響降到最低，并進行實時監測。

2.2 方案比選

經工程地質與水文條件分析，適用于本工程槽壁加固的常用工法為三軸水泥土攪拌樁深層加固。但因本項目緊鄰地鐵站，且為超大、超深基坑，對加固方案的施工質量、安全性、垂直度、防水性、經濟性等方面都提出了更高要求。我們通過對本項目的特殊性進行研究分析，且借鑒國內外相似案例的成功經驗，決定引進新型的TRD工法設備（進行槽壁加固施工，以便更好地滿足本項目的施工要求。

TRD工法20世紀90年代初由日本開發研制，是能在各類土層和砂礫石層中連續成墻的成套設備和施工方法。該工法將水泥土攪拌墻的攪拌方式由傳統的垂直軸螺旋鉆桿水平分層攪拌，改變為水平軸鋸鏈式切割箱沿墻深垂直整體攪拌。其工作原理為通過動力箱液壓馬達驅動鏈鋸式切割箱，分段連接鉆至預定深度，水平橫向挖掘推進，同時在切割箱底部注入固化液，使其與原位土體強制混合攪拌，形成的等厚度水泥土攪拌墻，也可插入型鋼以增加攪拌墻的剛度和強度[5-8]。傳統三軸水泥土攪拌樁工法與TRD工法成墻截面如圖2所示，性能比較如表1所示。

表1 TRD工法加固與三軸水泥土攪拌樁工法加固主要性能與指標對比

圖2 TDR工法與傳統工法對比

通過對比分析，最終確定本項目基坑側壁加固選型方案如下：

（a）外圈地下連續墻外側采用單排700 mm TRD工法等厚度水泥土攪拌墻加固，加固深度41 m。

（b）其余區域采用Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁傳統工法進行槽壁加固，搭接250 mm，加固深度41 m。

3 工程應用

3.1 試驗段施工

為準確推算TRD工法的推進速度與成墻時間，確定施工參數與成墻質量，并評估其環境影響與經濟指標，我們先進行了一段長8 m、深41 m、厚800 mm的TRD試驗段施工。施工工序如圖3所示。

圖3 TDR工法施工示意

3.2 TRD工效

本試驗段TRD工效為切割箱自行打入挖掘工序約需要24 h，水泥土攪拌墻建造工序中，先行挖掘速度為45～60 min/m，回撤挖掘速度為10～15 min/m，成墻攪拌速度為30～35 min/m（水平每延米水泥用量12.9～15.5 t）；切割箱拔出分解工序4～5 h完成。

3.3 施工參數

（a）切割箱體配置為：1 段3.5 m、1 段1.22 m、10 段3.655 m，總長為41.27 m，尚有余尺0.27 m。

（b）挖掘液拌制采用鈉基膨潤土，每立方米被攪拌土體摻入100 kg膨潤土，先行挖掘施工過程按1 000 kg水、50～150 kg膨潤土拌制漿液；養生段挖掘液按1 000 kg水、200～300 kg膨潤土拌制漿液。先行挖掘液漿液相對密度控制在1.02～1.04，養生段挖掘液漿液相對密度為1.06～1.10。根據泥漿的流動度控制挖掘液配比，從而保持槽壁穩定性。

（c）挖掘液混合泥漿流動度控制在160～240 mm，固化液混合泥漿流動度控制在150 ～280 mm。

（d）固化液拌制采用P.O 42.5水泥，每立方米被攪拌土體摻入25%～30%的水泥，即每立方米土摻入水泥450～540 kg；水灰比1.2，施工過程每1 000 kg水泥，摻1 200 kg水拌制漿液，根據現場漿液情況陸續調小水灰比，從而加強固化液效果。

樁身垂直度偏差≤1/250，槽壁加固后土體無側限抗壓強度1.2 MPa。

3.4 質量檢測情況

（a）14 d、40 d取芯結果顯示，14 d取芯強度普遍大于0.5 MPa，40 d取芯強度普遍大于0.8 MPa，且攪拌均勻性較好，水泥土離散性較低，整體強度較穩定。

（b）14 d、40 d的芯樣滲水結果顯示，14 d、40 d芯樣抗滲系數普遍在10-6等級，同時，40 d的抗滲系數離散性也較小。

3.5 監測成果

等厚度水泥土攪拌墻試成墻過程中，布設了地表沉降監測點、深層水平位移監測點和深層土體分層沉降監測點進行相應監測。

3.5.1 地表監測點

從監測數據（圖4）分析，成墻施工引起的地表變形規律與預期相同，在試驗段成槽與成墻階段引起的地表變形量相地表垂直位移變化曲線對較小，變化幅度在±5.0 mm 內。試驗段施工過程中的地表變形具體表現為：從成槽開始至成墻結束，地面處于小幅上抬中，其中上抬相對明顯測點為DB2～DB4（2.2 mm～4.4 mm），上抬最大值為14 日上午DB2（4.4 mm）；成墻結束后，地面變形處于恢復下沉中，其中成墻結束24 h內，變形恢復最快，集體出現由上抬至下沉的轉變， 距墻體最近的DB2 變化幅度甚至達到6.4 mm。成墻結束36 h后，地面變形雖略有發展，但隨著時間推移，基本趨于穩定。從地表監測點與墻體距離分析，試驗段主要影響測點為DB2～DB7，對應平面距離在20 m 左右。

圖4 地表監測點垂直位移

3.5.2 深層土體測斜

從土體深層水平位移監測成果分析，成墻施工引起的土體側移規律與預期相同，從成槽開始至成墻結束，受墻體噴漿擠壓，土體深層水平位移多向遠離墻體方向位移，離試驗墻段距離越近，位移幅度相對越大；其中14 日下午TX2 位移最大值達－10.4 mm，對應深度為35 m；由各監測點深層水平位移所處深度分析，不同深度變形相對明顯測點為TX2～TX4，位移較大值所處深度在30～50 m 之間，成墻結束后，深層位移變形轉換為趨近試驗墻段的位移恢復中，其中成墻結束24 h內，位移恢復最快，其中尤以TX2 位移最明顯，單日最大位移達11.1 mm，對應深度為37 m；土體恢復變形過程中，距試驗段越近，變形恢復越大。成墻結束24 h后，位移速率放緩，變形逐步趨于穩定。

3.5.3 土體分層沉降

從土體分層沉降監測成果匯總表和曲線分析，成墻施工引起的土體不同深度垂直位移規律與預期相同，土體分層垂直位移在試驗段成槽、成墻階段，總體表現為上抬，其中最大值為14 日HT2-10，累積上抬達7.1 mm；由各測點位置分布分析，離試驗段越近，土體分層上抬相對明顯。試驗段成墻結束后，各土層總體呈現下沉，其中最大值為16 日HT3-6監測點，最大累積下沉達10.2 mm；從各測點恢復下沉幅度來看，離基坑越近恢復下沉幅度越大，反之越小。

3.6 監測成果分析

（a）TRD 施工與常規攪拌樁施工引起的周圍土體變形規律一致，均包括兩階段，即擠壓變形和變形恢復，但該工藝引起的土體變形數值更小，恢復更快。

（b）土體各類變形在數值量級上均不大，采用TRD工法加固對周邊環境安全更有利。

（c）結構松散的表層巨厚雜填土的存在，較大程度上可以消散土體中瞬時增加的擠壓應力，對控制周邊管線和地表變形有利。

4 結語

本項目采用新型TRD工法進行超深超大基坑側壁加固施工，成功克服了緊鄰軌交施工、周邊環境復雜、水文地質狀況多變等特殊條件下地下室外墻截水帷幕的施工難題。通過試驗段施工綜合各項監測數據，該工法安全穩定、施工質量高、防水性能好，且對周邊環境影響小，為地下結構的開挖與施工創造了良好條件。