TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的應用

葛永超

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006）

1 引言

在復雜地質及水文條件下，對基坑圍護止水等施工技術及工法提出了新的要求。在大量工程實踐中，技術人員積累了豐富的經驗，使得新工藝、新方法迭代升級并不斷涌現[1]。本文以實際工程為背景，系統介紹了TRD工法的原理及其在深基坑止水帷幕中的應用，為其他類似工程提供了設計和施工的依據。

2 工程概況

某污水處理廠一期基坑開挖與支護工程，一體化箱體和泥區平面尺寸為368 m×（106～183） m；場地平整標高6.0～7.0 m，西高東低，基坑深度6.3～8.6 m。該項目結構樁采用灌注樁與高強預應力管樁相結合的方式布置；灌注樁強度等級不低于C35（水下），水泥強度等級為42.5級。高強預應力管樁樁身混凝土強度為C80，采用PHC500-AB125-24～28c管樁。基坑止水帷幕采用TRD工法樁和三軸水泥土攪拌樁（直徑850 mm）。

擬建場地位于某市東海域，所在海域屬強潮海區，正規半日潮，場地地貌為海灣灘涂地貌。

地勘表明場地土層結構復雜：①1雜填土、①2素填土、①3填砂、②淤泥、③粉質黏土、④粉土、⑤殘積砂質黏性土、⑥全風化花崗巖、⑦砂礫狀強風化花崗巖、⑧碎塊狀強風化花崗巖、⑨中風化花崗巖。地勘表明，地表雜填土層上部有建筑垃圾和碎磚石，同時場地有土質松軟的暗浜。

3 TRD工法介紹

3.1 工法原理

TRD工法由日本在1993年發明，是目前世界上最為先進的圍護施工方法之一，2009年引入我國，在不同工程中得到了成功應用，得到業內的認可和推廣。

TRD工法是利用液壓主機驅動鏈鋸式切割箱，對土地進行豎向切割，切割至設計深度后，刀具連同主機橫向移動形成等厚的地下連續墻[2，3]。成墻機理主要從高壓噴射注漿和理化反應2方面解釋。

1）高壓噴射注漿

利用高壓水噴射流切割原理對土體進行切割，可以加固地基土，提高土體的強度和抗滲性能，一定程度上是部分地基土體被泥漿置換。

高壓噴射注漿形成固結體是切割土、攪拌揚升、填充擠壓、漿液固結等共同作用的結果。切割土作用是指噴射流在高壓作用下，地基土在動水壓力、水力劈裂力、脈動壓力等共同作用下被破壞；攪拌揚升是指空氣作用使泥漿混合液沿孔壁噴射出地面，改變了土層的顆粒級配；填充擠壓則是噴射泥漿在靜水壓力作用下對土層的擠壓作用。泥漿固結是指泥漿向周圍土層擴散，提高其強度和抗滲性。

2）理化反應

TRD工法注入的固化劑與深層破碎的土之間產生一系列物理化學反應，使原狀土體的結構發生改變，形成完整性、水穩性和高強度的水泥土和石灰土。

固化劑目前常用水泥、石灰等材料，在攪拌機作用下使固化劑與土地進行充分攪拌，經過一系列的物化反應形成一種強度比天然土體高、整體穩定性和抗滲性良好的等厚水泥土抗滲墻體。

3.2 工法特點

1）適用性強：TRDI法在穩定性和實用性上有較大優勢。在施工深度上可以延伸至地下60 m，成墻厚度最大可到850 mm，機具高度約10 m。

2）適應地層廣：在標準貫入度N＜100的軟質土層中表現優異，同時在硬質地層中具有良好的挖掘性能。

3）無縫連接：施工一次成墻，墻體等厚，可以任意設置芯材間距。

4）成墻品質好：相比傳統工法，在深層土層中攪拌均勻，墻體具有很好的均質性和連續性，成墻強度高、抗滲性好、水平和垂直偏差率低。墻體抗壓強度可達2.0 MPa，滲透系數可達105mm/s。

4 深坑止水帷幕中的應用

4.1 傳統工法的局限性

傳統工法的局限性體現在以下3方面：

1）傳統旋噴樁對技術人員的機械操作水平要求比較高，在復雜地層結構中適應性差，在較深土層中成樁質量得不到保證，成本難以控制；

2）樁與樁之間的咬合度較差，在土層多變的深大基坑中止水效果較差，存在一定的施工風險；

3）施工效率低，機具對場地要求高，在城市施工噪聲大，泥漿量較大，對周圍環境的污染較為嚴重，不能做到綠色施工。

4.2 應用前景分析

應用前景從以下3方面進行分析：

1）經濟效益：TRD工法施工工期短、造價較低、適用范圍廣，成墻可作為建筑物本體，可以起到止水帷幕的作用，節省大量的混凝土和鋼材。在基坑止水帷幕達到相同效果的情況下，TRD工法要比傳統工法成墻厚度少0.2～0.5 m，可節約大量原材料和土地，明顯降低造價。

2）社會效益：對比傳統SMW工法，在深基坑圍護施工中TRD工法具有明顯優勢。SMW工法施工深基坑圍護一般＜20 m，在深層攪拌表現較差，樁間搭接效果不能保障。TRD工法在深基坑圍護施工中可以保證成墻水泥土的連續性和均勻性。在設備機具高度上，TRD工法約11 m，而SMW工法達到25 m以上，樁架的安全性能得不到保障。TRD工法節省了施工工藝，集約了社會成本。

3）環境效益：TRD工法具有低噪聲、振動低、泥漿無須外運、節水等優勢，具有良好的環境效益。傳統混凝土連續墻會產生大量泥漿，特別是城市地鐵、高層建筑等施工會產生較大環境負擔。

4.3 TRD工法的具體應用

4.3.1 施工應用

TRD工法施工應用廣泛，起到支護和止水帷幕雙重作用，特別是在有地下水涌入的地下挖掘工事中，臨江、臨河、臨海地下水位較高的超深基坑中，以及在盾構豎井、擋土防滲墻、腐殖地層的地基改良中也有廣泛的應用。

在本基坑止水帷幕的施工過程中，需要根據現場出土情況和實驗結果適當調整施工參數，如適當延長成墻的攪拌時間，以保證成墻的連續性和均質性。本工程采用TRD-Ⅲ型工法工程鉆機，搭配切割箱、空壓機以及測量裝置進行施工。

根據設計規范要求，成墻后對墻體鉆孔取樣，測量不同齡期墻體的強度和滲透性。檢測結果顯示：TRD工法止水帷幕施工在土層多變的基坑中呈現較好的均勻性，滲透性指標均勻可靠，較傳統三軸攪拌樁有較大的優勢。

4.3.2 控制措施

1）前置工作

在機械設備進場前清除場地障礙物、場地“三通一平”，并鋼板鋪設、預留施工便道、測量定位方向等，針對不良地質適當采用清淤、換填等方式進行改造。

2）試成墻施工

本工程試成墻施工深度42 m，成墻厚度0.7 m，注漿區域水平延長6 m。施工前對場地進行整平，同時處理不良地質和地下障礙物，適當提高水泥的摻量。試成墻施工完成后需進行地表沉降監測、滲透性檢測。分析及明確各施工技術參數、工藝流程和關鍵控制步驟，以達到正確指導施工的目的。

3）垂直精度控制

成墻垂直度要從2方面來控制：施工前土地壓實整平，軸線引測；施工時保證機具的水平和導桿的垂直，保證鉆機正確就位，開鑿前校驗立柱導桿的垂直偏差度在1/250以內。

4）成墻品質

為保證成墻的強度和抗滲透能力，施工前應結合試成墻實驗明確施工速度、水泥摻量等技術參數。新舊墻體搭接中要對每次成墻的終點進行標記，保證先后成墻搭接段≥50 cm，并在搭接部位增加固化液的摻量，保證接縫質量。

4.3.3 質量測評

為保障基坑的長久穩定，在施工完成后一般有原位監測、室內測試和現場開挖監測3種測評辦法。

1）原位監測

主要監測成墻的完整性和抗滲性能。采用高清鉆孔成像電視配合鉆孔雷達探測，可對成墻的完整性進行測評；正負壓水試驗測評墻體滲透性。

2）室內測試

強度達到標準后（成墻28 d后），對鉆孔取樣的樣品進行室內無側限抗壓強度和抗滲性實驗。根據土層分布和墻體結構特點，對墻體不同深度進行取樣，主體結構應≥5處，取樣應≥3組。

3）現場開挖監測

TRD工法成墻完成后，在基坑開挖過程中監測物理場的變化，系統地評估該工法的可靠性，并匯總數據分享發布，為工法改進提供參考依據。

5 結語

TRD工法施工深度大、地層地質適用性強、防滲性能優良、設備安全可靠，可大大降低深基坑降水的難度，避免我國地下水資源的浪費。由于該工法在深基坑的應用中有顯著的優點，在我國江蘇、浙江、上海等省市已得到有效驗證，具有較好的推廣性與發展前景，該工法有望在深基坑的止水帷幕中成為主流。