孫立寶

(浙江有色建設(shè)工程有限公司天津分公司，天津300092)

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下空間工程不斷增加，超深、超大基坑工程越來越多。各種深基坑圍護(hù)措施，無論是地下連續(xù)墻還是SMW工法都不是連續(xù)施工的，都存在著施工單元間的接合問題。深基坑工程中對地下水的控制要比對變形的控制難度大，近幾年出現(xiàn)了多起深基坑中突涌、流砂、滲漏水的事故，所以良好的隔水措施是深基坑工程安全的前提。在以往的深基坑圍護(hù)中，或是地下連續(xù)墻直接隔水，或是水泥攪拌樁形成止水帷幕墻，水泥攪拌樁通常采用多軸豎向施工，形成圓柱形的樁體。

渠式切割水泥土連續(xù)墻技術(shù)(TRD工法)是我國從日本引進(jìn)，并結(jié)合國內(nèi)工程實踐改進(jìn)后形成的一種新型的水泥土墻施工工藝。該工藝能在土體真正形成一道厚度相同的平板墻，而且可以連續(xù)成墻。

1 TRD工法介紹

渠式切割水泥土連續(xù)墻(Trench cutting re-mixing deep wall，簡稱TRD)是一種新型的地下水泥土墻的施工方法，通過鏈狀刀具的橫向移動和轉(zhuǎn)動，對地基土體進(jìn)行渠式切割與上下攪拌，并與注入的水泥固化液混合而形成的水泥土地下墻體。TRD工法1994年在日本問世，并得到了迅速推廣。2009年杭州某公司引進(jìn)了我國首臺TRD工法樁機，開始在我國應(yīng)用。目前在浙江、上海、天津、江西、遼寧等地都有施工案例，應(yīng)用于各類房屋建筑、地鐵、隧道、江河堤壩等深基坑工程中，取得了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)越來越多的地區(qū)在深基坑工程中采用這種渠式切割水泥土連續(xù)墻施工技術(shù)。

TRD工法已經(jīng)被列為我國國家級的新技術(shù)推廣項目，2013年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布公告，批準(zhǔn)《渠式切割水泥土連續(xù)墻技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 303－2013)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，意味著該工法正式納入行業(yè)管理。

TRD工法主要特點是施工深度大、安全性強、節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境、質(zhì)量可靠，適用于深基坑、水庫江河堤壩、垃圾填埋場等工程的擋土止水、地基加固等。

2 主要施工設(shè)備

國內(nèi)TRD工法的施工設(shè)備最早為日本進(jìn)口，每臺價格為人民幣2000萬元左右。目前國內(nèi)已有工程機械廠在生產(chǎn)制造TRD工法施工設(shè)備，每臺售價為人民幣1300～1500萬元。國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備大同小異，施工工藝幾乎一樣，性能上也相差不多。圖1、圖2分別為進(jìn)口和國產(chǎn)設(shè)備。

渠式切割水泥墻施工機械由主機、切割系統(tǒng)、注漿泵組成。

圖1 進(jìn)口的神鋼TRD－Ⅲ型施工設(shè)備

圖2 上海工程機械廠生產(chǎn)的TRD－D型施工設(shè)備

主機包括底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、機架系統(tǒng)。主機底盤下設(shè)履帶，用2條履帶板行走，底盤上承載主機設(shè)備。動力系統(tǒng)包括液壓和電力驅(qū)動系統(tǒng)。操作系統(tǒng)包括計算機操作系統(tǒng)、操作傳動桿以及各類儀器儀表。機架系統(tǒng)在履帶底盤上設(shè)置有豎向?qū)蚣芎蜋M向門型框架。橫向門型框架上下設(shè)有2條滑軌，下滑軌鉸接于主機底盤上，上滑軌由背部的液壓裝置支撐鎖定于垂直位置上。根據(jù)待建設(shè)墻體的需要，門型框架通過液壓桿可在90°～30°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行與水平面最小成30°的斜墻施工。

切割系統(tǒng)由刀具立柱、刀具鏈條、刀頭底板和刀頭組成。刀具立柱設(shè)置于渠式切割機機架內(nèi)，其上安裝刀具鏈條。刀具鏈條由鏈節(jié)組成，相鄰刀具鏈節(jié)為活動連接。刀頭底板位于刀具鏈節(jié)上，寬度325～875 mm不等。切割機通過改變刀頭寬度，形成寬度范圍為450～850 mm的水泥土連續(xù)墻。

3 成墻工藝原理

TRD工法成墻是利用TRD工法主機，將刀具立柱在水平方向緊壓向地基土，通過刀具鏈條的轉(zhuǎn)動對地基土進(jìn)行切削，切削土與固化液進(jìn)行混合，在原位的開挖溝中進(jìn)行固化施工。通過刀具立柱的橫向移動、刀具鏈條上刀頭對地基土的切削開挖，同時垂直方向上進(jìn)行固化液與切削地基土的混合與攪拌，形成墻壁狀的固化體——水泥土地下連續(xù)墻，也可插入型鋼以增加水泥土墻的剛度和強度。圖3為TRD工法施工原理圖。

圖3 TRD工法施工原理圖

該工法與SMW工法的區(qū)別是將成墻方式由螺旋鉆桿水平分層攪拌改成鏈鋸式切割箱水平切割垂直攪拌。

4 施工工藝流程

TRD工法施工工藝簡要流程如下：測量放線→開挖溝槽→樁機就位→插入刀具→TRD工法成墻→拔出切割箱。

TRD工法施工時，應(yīng)根據(jù)定位控制線開挖導(dǎo)向溝，并在溝槽邊設(shè)置水泥土墻定位標(biāo)志。需要插入型鋼時應(yīng)標(biāo)出型鋼插入位置。必要時可澆筑鋼筋混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻宜比水泥土墻寬40～60 mm。

TRD工法主機采用現(xiàn)場成槽、在土層中垂直插入鏈狀刀具箱節(jié)的方式完成組裝。首先將帶有隨動輪的箱節(jié)與主機連接，然后將箱節(jié)逐節(jié)連接，使其長度逐步達(dá)到起始墻幅的成槽深度，滿足水泥土墻的設(shè)計深度要求。根據(jù)土質(zhì)條件、機械的水平推力、箱式刀具各組成部位的工作狀態(tài)及其整體偏位，選擇向下或向上切割方式。必要時，可交錯使用向上、向下2種切割方式。

根據(jù)施工機械是否反向施工以及何時噴漿的不同，渠式切割水泥土墻施工工法可分為一步施工法、兩步施工法、三步施工法3種。一步施工法即開挖、建造(混合、攪拌)通過單向一步施工完成。兩步施工法即開挖、建造(混合、攪拌)通過往返二步施工完成。三步施工法即開挖、橫向回位、建造(混合、攪拌)通過往→返→往3步完成。

一步施工法在切割、攪拌土體的過程中同時注入切割液和固化液。三步施工法中第一步橫向前行時注入切割液切割，一定距離后切割終止;主機反向回切(第二步)，即向相反方向移動;移動過程中鏈?zhǔn)降毒咝D(zhuǎn)，使切割土進(jìn)一步混合攪拌，此工況可根據(jù)土層性質(zhì)選擇是否再次注入切割液;主機正向回位(第三步)，箱式刀具底端注入固化液，使切割土與固化液混合攪拌。兩步施工法即第一步橫向前行注入切割液切割，然后反向回切并注入固化液。圖4為三步施工法施工流程圖。

圖4 三步施工法施工流程圖

兩步施工法施工的起點和終點一致;一般僅在起始墻幅、終點墻幅或短施工段采用，實際施工中應(yīng)用較少。實際工程中，一般多采用一步和三步施工法。三步施工法攪拌時間長，攪拌均勻，可用于土層較硬、墻體深度大、防滲要求高的水泥土墻;一步施工法直接注入固化液，易出現(xiàn)箱式刀具周邊水泥土固化的問題，一般可用于較淺的水泥土墻施工。

5 施工控制要點

(1)做好各項施工準(zhǔn)備，如清障、修筑施工便道、鋪設(shè)鋼板等，必要時對施工便道地基進(jìn)行加固，以確保履帶樁機推進(jìn)的安全和成墻的垂直度。

(2)TRD工法中，在進(jìn)行切割箱自行打入挖掘的工序時，在確保垂直精度的同時，將挖掘液的注入量控制到最小，使混合泥漿處于高濃度、高粘度狀態(tài)，以便應(yīng)對急劇的地層變化。部分易坍塌砂層，切割箱先行退避養(yǎng)生，施工時應(yīng)注入或摻入膨潤土。

(3)先行挖掘。若能順利啟動及切邊時，則可按照操作流程進(jìn)行施工，但遇到深度大且砂石地基為主體的工程時，應(yīng)迅速對挖掘液進(jìn)行調(diào)配采取相應(yīng)的變更措施，以便切割箱能夠順利啟動先行挖掘。

(4)TRD工法回撤挖掘。切割箱先行挖掘結(jié)束，回撤橫移挖掘至成墻位置時，應(yīng)盡量減少挖掘排量，以控制置換土發(fā)生量。

(5)成墻攪拌。由于經(jīng)過先行挖掘和回撤挖掘，被加固土體已經(jīng)被松動。成墻攪拌時，要確保橫向較快速度推進(jìn)，泵的壓力和漿液流量要匹配供應(yīng)，以防止由于推進(jìn)速度緩慢而導(dǎo)致切割箱體水泥漿附著層不斷增厚，造成切削箱推進(jìn)阻力不斷增加，最后導(dǎo)致“抱死”的事故發(fā)生。

(6)成墻搭接。新老墻體區(qū)域搭接質(zhì)量要嚴(yán)格控制，尤其是挖掘和攪拌速度，使土體中混合泥漿與固化液充分?jǐn)嚢韬突旌?，搭接寬度宜控制?0 cm左右。

(7)退避養(yǎng)生。TRD工法成墻攪拌結(jié)束后，在墻前1～2 m的距離內(nèi)用少量清水對設(shè)備管路進(jìn)行清洗，清洗后用高濃度(20%)的膨潤土漿液，在墻前2 m區(qū)間內(nèi)進(jìn)行臨時養(yǎng)生區(qū)挖掘，并原地停留30 min以穩(wěn)定混合泥漿的狀態(tài)。

(8)為防止切割箱停留在砂性土層發(fā)生抱死的現(xiàn)象，現(xiàn)場應(yīng)備有增粘劑，當(dāng)膨潤土不能滿足混合泥漿的流動性要求時，可添加適量的增粘劑。

(9)通過安裝在切割箱內(nèi)部的多段式測斜儀，對墻體的垂直度進(jìn)行實時控制，確保1/250以內(nèi)的垂直精度;通過激光經(jīng)緯儀控制墻體中心線的允許偏差在±25 mm以內(nèi)。

(10)施工現(xiàn)場應(yīng)配備用發(fā)電機，確保停電時及時恢復(fù)供漿，避免切割箱長時間停轉(zhuǎn)造成埋置事故。

(11)加強設(shè)備的維修保養(yǎng)，特別是在硬質(zhì)地層作業(yè)時，鏈板、刀板、切削合金塊等鉆具的磨耗比較大，要準(zhǔn)備好充足量的各類備件，以供及時更換、鑲補，確保正常施工。

(12)為防止切割箱被抱死，當(dāng)液壓馬達(dá)驅(qū)動的水平和垂直油缸壓力接近600～650 kN時，應(yīng)立即采用專用切割刀具對切削箱四周的砂土、水泥進(jìn)行切邊。

(13)當(dāng)成墻結(jié)束或轉(zhuǎn)角時，起拔切割箱的時間應(yīng)控制在4 h之內(nèi)進(jìn)行(宜配置大噸位吊車和振動器)，根據(jù)切割箱長度、吊車起吊能力以及操作空間因素，將切割箱分割成2～3段拔出，應(yīng)邊分解邊拔除。施工過程必須嚴(yán)格控制切割箱的拔出速度，拔出切割箱的過程中，注入漿量要能夠補充切割箱拔出的體積，以防止混合泥漿液面下降。

6 TRD工法的優(yōu)缺點

6.1 TRD 工法的優(yōu)點

(1)施工深度大。TRD工法最大施工深度可達(dá)地下60 m，是目前多軸攪拌樁機所無法達(dá)到的。施工墻厚450～850 mm，可滿足各類圍護(hù)墻的要求。

(2)安全性高。TRD工法設(shè)備高度僅10 m多，重心低，穩(wěn)定性好，特別適用于高度有限制的場所。常規(guī)的SMW多軸工法樁機高度都在20 m以上，有的達(dá)到30多米高。

(3)掘削能力強，適應(yīng)地層廣。不僅適用于N值＜100擊的粉土、砂土層，對堅硬地層(砂礫、泥巖、軟巖等)具有較高的切割能力，可以大大縮短工期。

(4)成墻品質(zhì)好。TRD工法是在墻體深度方向上充分?jǐn)嚢瑁词箤τ谛再|(zhì)差異的成層地基也能夠在深度方向形成強度均一的均質(zhì)墻體。

(5)成墻連續(xù)性好。對于淺墻可以連續(xù)成墻，深墻可以先按幅成墻，步進(jìn)長度控制靈活，前后幅墻間自然搭接，可以認(rèn)為是整體連續(xù)成墻，截水性能好。

(6)墻體等厚。TRD工法墻是等厚度的，這對于采用TRD工法墻插入H型鋼作為基坑支護(hù)時尤為重要，因為型鋼間距可以隨意設(shè)置。

(7)成墻精度高。墻體直線度通過激光經(jīng)緯儀控制，而設(shè)備自帶的多段式隨鉆測斜監(jiān)控裝置有效地保證了墻體垂直度。

(8)環(huán)境影響小。TRD工法充分利用原狀土攪拌成墻，避免產(chǎn)生大量的泥漿外運，對環(huán)境污染小;另一方面，TRD工法的機械噪聲和振動相對較小，對周圍居民生活環(huán)境影響小。

圖5為TRD工法成墻照片，可以看出，墻面平整，止水效果良好。

圖5 TRD工法成墻照片

6.2 TRD工法的不足

(1)TRD工法由于引進(jìn)時間不長，應(yīng)用還不是很多，認(rèn)知度不高，較難推廣。

(2)TRD工法作為止水帷幕時比SMW工法價格高。這是由2方面因素造成：一是TRD工法設(shè)備價格高(進(jìn)口設(shè)備約2000萬元，國產(chǎn)設(shè)備約1500萬元)，造成設(shè)備費用攤銷較大;二是TRD工法在深度范圍內(nèi)均勻攪拌成墻，即整個深度范圍內(nèi)水泥摻量是一樣的，無法像傳統(tǒng)施工方法在不同的深度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)水泥摻量，也造成價格偏高。

(3)TRD工法設(shè)備基本上為進(jìn)口，國產(chǎn)設(shè)備也尚未量化生產(chǎn)，一旦零配件損壞需要進(jìn)口或預(yù)訂，維修周期長。

(4)TRD工法的工藝決定了其掘進(jìn)方向只能走直線，需要轉(zhuǎn)角時必須先將全部切割箱拔出，設(shè)備轉(zhuǎn)向后重新下沉切割箱，時間須在2天內(nèi)完成，這意味著墻體轉(zhuǎn)角多時采用TRD工法施工不具備工期優(yōu)勢，而弧形墻體無法采用TRD工法施工。

(5)遇到地下障礙物時處理困難，需要將切割箱全部拔出后才能處理。

7 工程應(yīng)用

7.1 天津中鋼國際廣場項目

天津中鋼國際廣場項目位于濱海新區(qū)響螺灣商務(wù)區(qū)，由2棟塔樓、裙樓及地下室組成，總建筑面積39.5萬m2，其中主塔樓88層，高358 m?；娱_挖面積約2.3萬m2，開挖深度20.6～24.1 m，基坑周長約591 m。30 m深度范圍以粉質(zhì)粘土層為主，10～15 m深度范圍部分為②層流塑的淤泥質(zhì)粘土層，坑底基本為④層粉質(zhì)粘土，均為潛水層;24～58 m深度范圍主要為粉砂、粉細(xì)砂層。⑤層粉砂和⑥層粉細(xì)砂均為微承壓含水層;埋深24 m，層厚34 m。微承壓水水頭埋深為8～9 m，當(dāng)基坑深度達(dá)14～15 m時，基坑開挖已不能滿足承壓水穩(wěn)定性要求，需對承壓水采取有效的控制措施。

基坑圍護(hù)采用鉆孔灌注樁擋土，樁徑1.25 m，樁長35.4 m，外側(cè)設(shè)水泥土墻截水帷幕，墻深45 m，作為復(fù)合擋土截水結(jié)構(gòu)，坑內(nèi)設(shè)4道鋼筋混凝土水平支撐。設(shè)計要求墻體抗?jié)B系數(shù)10－7～10－6cm/s，水泥土墻28天無側(cè)限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值≮0.8 MPa。水泥土連續(xù)墻采用700 mm厚TRD工法施工，施工前先場外做了試成墻試驗。試成墻完成5延米，平均分布8個透孔取心樁位。通過透孔取心樣檢測，試成墻墻體質(zhì)量可以達(dá)到設(shè)計強度和抗?jié)B要求。

TRD工法水泥土地下連續(xù)墻采用三步法施工，成墻效率2 m/h。水泥土墻透孔取心試驗檢測試塊強度在1.08～1.73 MPa之間，完全滿足設(shè)計要求。

7.2 天津魯能綠蔭里項目

天津魯能置業(yè)綠蔭里項目位于天津市南開區(qū)水上公園北路、衛(wèi)津路、天塔道、水上公園東路所圍地塊內(nèi)。擬建項目占地面積約88000 m2，地上含1棟42層寫字樓、1棟31層住宅樓、2棟39層住宅樓及2棟45層住宅，其余為3～9層的商業(yè)、酒店及公寓。整個合圍區(qū)域內(nèi)有一連體地下室，基坑開挖深度15.65 m，南側(cè)局部開挖深度11.25 m，電梯井最深處為18.65 m，集水坑最深處為20.15 m，基坑周長為1338 m。如圖6所示該基坑存在以下高風(fēng)險因素：

圖6 綠蔭里項目圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

(1)基坑開挖面積大，約8.8萬m2，整體地下3層(局部地下2層)，開挖深度最大15.7 m，屬于超大面積、超深基坑工程;

(2)項目四周鄰近道路，其中已經(jīng)投入運營的地鐵3號線從北側(cè)水上北路下方穿過，而且地下室深度與地鐵站深度相當(dāng)，地鐵站及地鐵線路對位移、沉降極為敏感，做好對道路、管線及地鐵線路的保護(hù)工作是基坑工程的重點;

(3)該基坑開挖深度較大，場地水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下深部存在承壓水頭較高的⑧2、⑨2(局部還分布有⑨1－1)粉土層及(11)2、(11)4粉土粉砂層，對基坑底部突涌存在較大影響，且粉土層厚度較大，第一承壓含水層埋深21.00～35.00 m，如何有效控制地下水也是該基坑工程的重點。

根據(jù)天津地區(qū)類似工程的施工經(jīng)驗，基坑圍護(hù)最初設(shè)計了2個方案，分別為鉆孔灌注樁外加水泥土墻止水帷幕及鋼筋混凝土內(nèi)撐、地下連續(xù)墻加鋼筋混凝土內(nèi)撐的形式。最終從經(jīng)濟(jì)性、合理性、施工周期、施工難度、止水效果等方面進(jìn)行對比，選擇了第一設(shè)計方案。

支護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁φ1200@1400，有效樁長27 m，考慮到第一承壓含水層的深度在地下35 m左右，而且其厚度較大，因此為保證封隔效果，水泥土止水帷幕墻采用TRD工法施工。設(shè)計水泥墻厚0.8 m，墻深36 m，采用P.O 42.5水泥，摻入量為20%，采用三步法施工。要求墻體抗?jié)B系數(shù)達(dá)到10－7cm/s。施工單位組織了2臺TRD工法樁機進(jìn)場施工，從試成墻的情況來看效果良好。

7.3 天津民園體育場改造工程

天津民園體育場改造工程位于重慶道、河北路、大理道和衡陽路所圍成的場地內(nèi)，總建筑面積7.15萬m2，項目總投資6.6億元。其中地上3層，地下2層，基坑開挖深度12.4 m，周長約600 m，基坑開挖面積2.5萬m2。擬建場地位于和平區(qū)五大道風(fēng)貌建筑保護(hù)區(qū)內(nèi)，四周臨重要道路，道路以外均為1～4層老舊建筑物，年代久遠(yuǎn)，大都為磚木結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，對基坑開挖變形敏感。

該工程土層主要由粘土、粉質(zhì)粘土及密實粉土、細(xì)砂及砂層組成?；又ёo(hù)設(shè)計采用型鋼水泥土連續(xù)墻加2道鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)。水泥土地下連續(xù)墻厚850 mm，墻頂標(biāo)高－1.3 m，墻深33.5 m，周長593.55 m，水泥土地下連續(xù)墻固化劑采用P.O 42.5水泥，摻入比≮25%，水灰比1.0～2.0，水泥土墻中插入H型鋼，型鋼為700×300×13×24，間距600 mm。為了保證成墻質(zhì)量及防滲效果，水泥土地下連續(xù)墻采用TRD工法施工，從基坑開挖后的情況來看，墻體表面平整、干燥，止水防滲效果很好。

8 結(jié)語

TRD工法主要用于深大基坑的止水防滲，其作用是隔斷深層承壓水，插入型鋼后可直接用于基坑支護(hù)。國內(nèi)的應(yīng)用實踐表明，TRD工法很好地解決了以往SMW工法做不到的一些難題，尤其是在隔斷深層承壓水方面有很好的效果，在一些限高的場所也能發(fā)揮其自身的優(yōu)勢。TRD工法所具有的施工深度大、安全性高、成墻精度高、連續(xù)性好、止水效果佳的優(yōu)勢是其它水泥土成墻方法所達(dá)不到的。由于受設(shè)備造價的制約，該工法施工單價相對較高，目前應(yīng)用還不是很多，施工設(shè)備的數(shù)量也較少。相信隨著設(shè)備國產(chǎn)化和認(rèn)知程度的提高，這種狀況會逐步改變，TRD工法在深、大基坑中的應(yīng)用將會有更加廣闊的前景。

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