城市建筑群中TRD工法在深基坑工程中的應(yīng)用

崔莎莎 朱騰騰 鮑豐

收稿日期：2024-01-07

作者簡(jiǎn)介：崔莎莎（1988—），女，安徽阜陽人，碩士，工程師，研究方向：建筑工程施工技術(shù)管理。

摘 要：深基坑工程在土方開挖階段大面積深層降水時(shí)，應(yīng)用合理的基坑支護(hù)技術(shù)有助于降低對(duì)周邊各種市政管線、建筑物的不利影響。結(jié)合項(xiàng)目的特殊性，綜合考慮客觀的施工條件、項(xiàng)目特點(diǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等因素，選擇等厚水泥土攪拌墻作為止水帷幕。施工前進(jìn)行試驗(yàn)段施工，確定關(guān)鍵施工參數(shù)和施工步驟，在不影響工期的前提下，保證正式施工時(shí)TRD工法止水帷幕的成墻質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：深基坑工程；TRD工法；止水帷幕；成墻質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）03-0013-03

0 引言

基坑內(nèi)、外地下水的有效控制，對(duì)周邊建筑、市政基礎(chǔ)設(shè)施及其管線影響十分重要。地下水控制不當(dāng)，易造成坑外地面沉降過大、地下管線變形破裂、坑底突涌等工程危害，選擇合理的止水帷幕形式，且確保其施工質(zhì)量，是深基坑工程施工的重要一環(huán)。

總結(jié)深基坑工程止水降水方案的成功案例，目前工程常用的止水帷幕技術(shù)主要包括三軸水泥土攪拌樁、地下連續(xù)墻、等厚度水泥土攪拌墻3種，它們均具有良好的止水降水效果，但其施工工藝原理、施工機(jī)械、優(yōu)點(diǎn)、適用范圍、施工成本等均不同。選擇止水帷幕類型時(shí)，需針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的特殊性，綜合考慮地質(zhì)水文條件、周邊環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性能、安全性能等多方面影響因素，滿足深基坑工程的施工要求。

本文結(jié)合杭州市錢塘江南側(cè)區(qū)域某超高層建筑深基坑降水工程，分析止水帷幕的選擇理由，總結(jié)TRD工法施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，為今后類似深基坑工程的降水方案提供參考價(jià)值。

1 工程概況

項(xiàng)目位于杭州市蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城核心區(qū)域，包括3棟超高層建筑及其裙房，設(shè)3層地下室，采用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，最大建筑高度147.30 m，總建筑面積約220 580 m2。建設(shè)場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，距離地鐵站房約100 m，與河道的最近距離約140 m，四周均為已建成的高層建筑，周邊地面下埋設(shè)的管線種類繁多。基坑工程總面積約22 627 m2，基坑周長(zhǎng)約585 m，開挖深度約16.50 m，局部電梯井、集水坑開挖深度約23 m。

2 工程地質(zhì)和水文條件分析

基坑開挖階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，跨越雨量較大的春季和夏季，強(qiáng)降水對(duì)基坑開挖影響較大。

勘察鉆探揭示的地層自上而下可劃分為7個(gè)工程地質(zhì)層，土方開挖穿越的土層主要包括素填土、砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)土，本項(xiàng)目工程樁以⑧-2層圓礫層為樁端持力層，基坑底部基本處于②-5層灰色粉砂夾砂質(zhì)粉土或③-1層深灰色淤泥質(zhì)黏土。

建設(shè)場(chǎng)地地下水位較淺，主要受大氣降水滲入補(bǔ)給，自然蒸發(fā)為主要排泄途徑，淺水層對(duì)基坑工程的影響最為密切，主要涉及基坑圍護(hù)、開挖、降水和抗浮設(shè)計(jì)。

3 止水帷幕類型選擇

距離本項(xiàng)目建筑紅線較近的建筑為東側(cè)和北側(cè)的辦公樓，基坑外墻之間的距離約10 m，為了降低地下水位變化引起的不利影響，基坑支護(hù)外側(cè)必須設(shè)置一圈止水帷幕。目前常用的三軸水泥土攪拌樁、地下連續(xù)墻、等厚度水泥土攪拌墻3種止水帷幕均滿足本項(xiàng)目的要求，而止水帷幕的選擇可以從以下4方面展開分析。

3.1 適應(yīng)范圍

三軸水泥土攪拌樁主要利用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢瑁顾嗯c土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使原狀土結(jié)成整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的連續(xù)樁體，適用地層范圍較廣，既可做止水帷幕也可做支護(hù)結(jié)構(gòu)，一般加固深度在30 m以內(nèi)。

地下連續(xù)墻通過深槽挖掘、下放鋼筋籠、澆筑混凝土等施工工序形成的連續(xù)性墻體，具有良好的防水性能，適用于開挖深度超過10 m的深基坑工程。

等厚度水泥土攪拌墻通過鏈鋸式刀具在全深度土層范圍內(nèi)進(jìn)行切割攪拌，且持續(xù)水平橫向推進(jìn)，并灌入水泥漿，形成一定強(qiáng)度等厚度的止水墻，適應(yīng)地層范圍較廣，可適用于部分硬質(zhì)地層，抗?jié)B性能好，最大施工深度達(dá)80 m，不適合轉(zhuǎn)角較多的地段[1]。

3.2 插入深度

本工程基坑開挖深度大部分為16.50 m，局部達(dá)到23 m，止水帷幕插入土層深度的確定需考慮多種因素的影響。相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)止水帷幕完全隔離斷承壓含水層時(shí)，坑外降水的影響范圍隨止水帷幕插入深度的增大而不斷減小，隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系可有效控制基坑內(nèi)降水對(duì)坑外環(huán)境的影響[2-3]。具體插入深度應(yīng)結(jié)合土層的分布、基坑支護(hù)方案、坑外水位的選取、止水帷幕寬度及其力學(xué)模型的驗(yàn)算等方面，必要時(shí)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能最終確定。

3.3 工期、成本分析

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)得知，三軸水泥攪拌樁與TRD工法兩者造價(jià)相近，地下連續(xù)墻因需下放鋼筋骨架，施工工序復(fù)雜，施工成本相對(duì)偏高，完成等長(zhǎng)度止水帷幕的情況下，工期上TRD工法比三軸攪拌樁消耗時(shí)間較短[4]。

3.4 施工質(zhì)量、安全分析

三軸水泥攪拌樁打樁架較高，國內(nèi)常用的樁架高度達(dá)到30 m以上，機(jī)械作業(yè)安全系數(shù)低，樁間接縫較多，垂直度較難控制。地下連續(xù)墻成槽機(jī)械架體較高，需多種施工機(jī)械配合施工，安全影響因素較多，施工過程復(fù)雜，不易保證成墻質(zhì)量。TRD主機(jī)機(jī)身高度較低，通常10 m左右，穩(wěn)定性好，安全系數(shù)高，可實(shí)現(xiàn)無縫連接，垂直度容易保證，成墻質(zhì)量均勻。

三軸水泥攪拌樁施工過程存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，止水效果一般，地下連續(xù)墻止水效果較好，但施工成本偏高。考慮到TRD工法的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，確定選用TRD工法作為基坑工程的止水帷幕[5-7]。

本項(xiàng)目采用的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案為鉆孔灌注樁結(jié)合二道鋼筋混凝土水平支撐體系，大部分位置采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)采用φ850 mm@600 mm三軸水泥攪拌樁加固。坑外采用一排700厚TRD工法止水帷幕止水，樁底進(jìn)入基坑底部以下6 m，進(jìn)入不透水層，以減少基坑內(nèi)大面積過深的降水對(duì)周邊市政管線的不利影響。止水帷幕總長(zhǎng)約608 m。坑內(nèi)、坑外均選用自流深井降水，坑內(nèi)井點(diǎn)間距為20 m×20 m，要求開挖階段確保地下水位低于開挖面以下1 m，合計(jì)50口，坑外井點(diǎn)間距12 m，合計(jì)55口。

4試驗(yàn)段施工

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

考慮到場(chǎng)地自身?xiàng)l件、施工機(jī)械的性能、水泥摻量、固化液水灰比、膨潤(rùn)土摻量、掘進(jìn)速度等多種因素均影響水泥攪拌土的成墻質(zhì)量。在正式施工前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)等厚度水泥土攪拌墻試成墻試驗(yàn)，以檢驗(yàn)等厚度水泥土攪拌墻施工工藝的可行性以及成墻質(zhì)量，確定實(shí)際采用的水泥摻量、固化液液水灰比、膨潤(rùn)土摻量、施工工藝、挖掘成墻推進(jìn)速度等施工參數(shù)和施工步驟，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求[8]。

4.2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)段選用設(shè)備型號(hào)為CMD850的鏈條式成槽機(jī)，該設(shè)備最大成墻深度60 m，成墻厚度550～850 mm。由于墻深22.5 m，切割箱體配置7節(jié)切割箱，由下至上排列分別為1節(jié)3.5 m被動(dòng)輪+6節(jié)3.65 m切割箱，總長(zhǎng)25.40 m，墻厚700 mm，采用100～700 mm寬度的刀具（每片平均6個(gè)，共66個(gè)），呈菱形布置，確保全斷面切割土層。

墻體采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為25%，固化液水灰比1.5，挖掘液采用鈉基膨潤(rùn)土拌制。每立方被攪土體摻入約100 kg的膨潤(rùn)土，成墻掘進(jìn)速度保持在40 mm/min左右。墻身強(qiáng)度應(yīng)采用試塊試驗(yàn)并結(jié)合28 d齡期后鉆孔取芯來綜合判定，要求等厚度水泥土攪拌墻28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于1.2 MPa。

試驗(yàn)段施工時(shí)采用應(yīng)用最廣泛的“三工序法”施工：先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌。等厚度水泥土攪拌墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)最外側(cè)的一道止水帷幕，其墻體成型質(zhì)量允許偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，如表1所示。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)段墻身總長(zhǎng)15 m，施工前合計(jì)做9組28 d水泥土漿液標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，試塊規(guī)格70.7 mm×70.7 mm ×70.7 mm，試塊強(qiáng)度檢測(cè)報(bào)告顯示，其強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求的1.2 MPa。

養(yǎng)護(hù)期28 d后現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取芯，采用φ110 mm鉆頭，連續(xù)鉆取全樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁芯，取出的樁芯不得長(zhǎng)時(shí)間暴露空氣當(dāng)中，應(yīng)及時(shí)蠟封，立即送檢，鉆孔取芯完成后的空隙應(yīng)注漿填充。墻身共取芯3個(gè)，每個(gè)取芯數(shù)量為6組，鉆出的芯樣顏色呈深灰色，硬度較大，結(jié)構(gòu)較完整，外形整體上呈柱狀，表面光滑，芯樣強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求的1.2 MPa。

統(tǒng)計(jì)分析人工測(cè)量數(shù)據(jù)得知，墻圍、墻深、成墻厚度偏差均保持在設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)，機(jī)械設(shè)備自帶的傾斜儀監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示墻體垂直度偏差始終控制在1/250以內(nèi)。

成墻質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)段應(yīng)用的施工參數(shù)和施工工藝具有可靠性，應(yīng)以此為依據(jù)編制專項(xiàng)施工方案，指導(dǎo)本項(xiàng)目水泥土攪拌墻的施工。

5 施工要點(diǎn)

本項(xiàng)目等厚水泥土攪拌墻已施工完畢，實(shí)際工期比計(jì)劃工期提前3 d，成墻質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求，施工過程中形成如下8方面的施工控制要點(diǎn)。

5.1 設(shè)備準(zhǔn)備

根據(jù)等厚度水泥土攪拌墻的設(shè)計(jì)墻深進(jìn)行切割箱數(shù)量的準(zhǔn)備，并通過分段續(xù)接切割箱挖掘，打入到設(shè)計(jì)深度。

5.2 場(chǎng)地準(zhǔn)備

對(duì)影響成墻質(zhì)量的不良地質(zhì)和地下障礙物，事先予以處理再進(jìn)行施工。根據(jù)基坑圍護(hù)內(nèi)邊控制線，先用挖掘機(jī)開挖1～1.2 m寬的施工導(dǎo)槽，深度約為2 m。開挖溝槽余土應(yīng)及時(shí)處理，以保證TRD工法正常施工。

5.3 正式成墻

正式成墻施工機(jī)械的型號(hào)應(yīng)同試驗(yàn)段保持一致，通過注入挖掘液先行挖掘土體至水平延長(zhǎng)范圍，再回撤橫移充分混合、攪拌土體。施工過程中，必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)段確定的施工參數(shù)和施工步驟進(jìn)行有序施工，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度。拔出切割箱時(shí)不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而造成周邊地基沉降。注漿泵的工作流量應(yīng)根據(jù)實(shí)際挖掘速度的變化作調(diào)整。

5.4 垂直度控制

利用切割箱內(nèi)部的多段式測(cè)斜儀進(jìn)行墻體的垂直精度管控。施工時(shí)應(yīng)保持等厚度水泥土攪拌墻樁機(jī)底盤的水平和導(dǎo)桿的垂直，成墻前采用全站儀及經(jīng)緯儀進(jìn)行軸線引測(cè)，使等厚度水泥土攪拌墻樁機(jī)正確就位，并校驗(yàn)樁機(jī)立柱導(dǎo)向架垂直度偏差小于1/250。

5.5 攪拌速度與注漿控制

TRD攪拌樁在下沉和橫移過程中均應(yīng)注入水泥漿液。制備水泥漿液及漿液注入水泥漿拌制采用自動(dòng)拌漿設(shè)備，電腦控制配合比，嚴(yán)格控制水灰比和水泥摻量。注漿壓力為0.5～1.5 MPa，以漿液輸送能力控制。

5.6 施工搭接

當(dāng)天成型TRD工法水泥土攪拌樁墻體，宜搭接已成型TRD工法水泥土攪拌樁墻體約50 cm。嚴(yán)格控制搭接區(qū)域的推進(jìn)速度，使固化液與混合泥漿充分混合攪拌。為保證TRD工法水泥土攪拌樁在轉(zhuǎn)角處的成墻質(zhì)量和防水性，轉(zhuǎn)角處每個(gè)方向的TRD工法水泥土攪拌樁需各向外延伸1 000 mm。

5.7 成墻質(zhì)量檢測(cè)要求

每臺(tái)班抽查2幅等厚度水泥土攪拌墻，每幅制作水泥土試塊3組，取樣點(diǎn)應(yīng)低于有效墻頂下1 m，采用水中養(yǎng)護(hù)測(cè)定28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。需按一個(gè)獨(dú)立延米墻身取芯檢測(cè)，數(shù)量為墻身總延米的1%，且不少于3個(gè)。每個(gè)取芯數(shù)量不應(yīng)少于5組，且在基坑坑底附近應(yīng)設(shè)取樣點(diǎn)。

5.8 質(zhì)量安全監(jiān)控

加強(qiáng)墻體施工過程的質(zhì)量、安全監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量、安全問題應(yīng)主動(dòng)與業(yè)主及設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，以便及時(shí)采取補(bǔ)救措施，避免造成不必要的損失。

6 結(jié)束語

基坑內(nèi)、外降水止水措施是否合理直接影響基坑的安全狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間大面積的降水對(duì)周邊環(huán)境的不利影響十分顯著。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的特殊性，分析止水帷幕的選擇理由，充分考慮TRD工法的適用范圍及其優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)論述了TRD工法在高層建筑深基坑工程止水帷幕中的成功應(yīng)用，形成專項(xiàng)施工方案，提出TRD工法成墻質(zhì)量的主要施工要點(diǎn)，對(duì)今后類似地質(zhì)條件下同類型建筑工程的深基坑順利施工具有一定的借鑒意義。

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