TRD工法及其在深基坑工程中的应用.docx

工法及其在深* 基坑工程中的应用trd星1 ，谢兆良1 ，李进军2 ，邸国恩3李( 1 上海广大基础工程有限公司，上海200032;2 上海现代建筑设计( 集团) 有限公司，上海200041;3 华东建筑设计研究院有限公司 上海200002)摘 要:随着建筑基坑向“大、深”方向发展，深基坑围护施工技术面临的难题日显突出，特别是高水位地区基坑工程地下水控制的问题愈来愈重要。水泥土搅拌桩 ( 墙) 围护结构要 满足深基坑工程截水的需要，截断或部分截断承压水层与深基坑的水力联系，控制由于基坑降 水而引起的地面过度沉降，确保深基坑和周边环境的安全。介绍了 trd 工法及其在深基坑工 程中的应用情况。阐述了 trd 工法的施工工艺、施工要点及质量控制措施，并结合天津和南 昌地区的 trd 工法的工程实例进行了说明，验证了 trd 工法技术的可行性和可靠性。关键词: trd 工法; 基坑支护; 截水帷幕中图分类号:tu470文献标识码:a文章编号:1673 0836(2011)05 0945 06trd method and its applications in the deep excavation engineeringli xing1 ，xie zhaoliang1 ，li jinjun2 ，di guoeng3(1 shanghai guangda foundation engineering co ，ltd ，shanghai 200032，china;2 shanghai xiandai architectural design (group) co ，ltd，shanghai 200041，china;3 east china architectural design research institute co ，ltd ， shanghai 200002，china)abstract: with the development of the excavation engineering in direction of bigger and deeper，the problems faced by the construction technology of deep excavations are more difficult especially，the ground water controlling becomes more important in the excavation engineering with high water table the cement soil pile (wall) must satisfy the requirement of water-proof in the deep excavation the hydraulic relationship between the confined aquifer and the deep excavation must be cut fully or partly the additional settlement caused by the pit dewatering must be con- trolled the safety of deep excavation and the surrounding environment must be protected the trd method and its applications in this deep excavation engineering are introduced in the paper the construction technology，construction outline and construction quality control measurements are illustrated the engineering examples in tianjin and nan- chang districts using the trd method are introduced and the reliability is verifiedkeywords: trd method; excavation engineering; water proof curtain开发利用，超大、超深基坑已经广泛出现于各类建筑工程中，水泥土搅拌桩( 墙) 围护结构要满足高 水位地区深基坑工程地下水控制的需要，截断或部1引言随着城市建设的迅猛发展，特别是地下空间的收稿日期:2011-07-25(修改稿)作者简介:李星( 1968-) ，男，河北唐山人，高级工程师，国家注册一级建造师，主要从事地基基础工程的施工技术管 理和新技术开发工作。e-mail: gdsmw 163 com基金项目:上海市科委课题( 10231200600)*946地下空间与工程学报 第 7 卷分截断承压水层与深基坑的水力联系，控制由于基坑降水而引起的地面过度沉降，确保深基坑和周边 环境的安全1 6。常用的基坑工程截水帷幕有水 泥土搅拌桩、地下连续墙等形式。常规的三轴水泥 土搅拌桩最长约 30 m，无法应用于埋置深度超过30 m 的承压含水层隔断，多采用地下连续墙部分 或全部隔断承压水7 10。且对于高水位的紧密砂 层或软岩中采用常规的水泥土搅拌桩截水帷幕施 工存在困难。当前亟需解决深基坑 30 60 m 承压 水层深度范围和部分标贯值在 30 击以上紧密砂层 甚至无侧限抗压强度不大于 5 mpa 的软岩中施工 水泥土搅拌桩的难题。2 trd 工法2 1 trd 工法的特点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3。 trd 工法与目前传统的单轴或多轴螺旋钻孔机所 形成的柱列式水泥土地下连续墙工法不同。trd 工法首先将链锯型切削刀具插入地基，掘削至墙体 设计深度，然后注入固化剂，与原位土体混合，并持 续横向掘削、搅拌，水平推进，构筑成高品质的水泥 土搅拌连续墙。trd 工法主要特点是施工深度大，最大深度 可达 60 m，成墙厚度 550 850 mm; 适应地层广， 不仅可以适用于 n 值小于 100 击的软土地层，还 可以在直径小于 100 mm 的卵砾石、泥岩和强风化 基岩中施工，具有良好的挖掘性能; 成墙品质好，在 墙体深度方向上，可保证均匀的水泥土质量，强度 提高，离散性小，截水性能好; 高安全性，设备高度 仅 10 1 m，重心低，稳定性好，适用于高度有限制 的场所; 连续成墙，接缝较少，墙体等厚，h 型钢可 以最佳间距设置; 成墙精度高，墙体直线度通过激 光经纬仪控制，多段式随钻测斜墙体垂直精度监控 装置是目前其他传统工法不可比及的。trd 工法的原理trd 工法通过动力箱液压马达驱动链锯式切 割箱，分段连接钻至预定深度，水平横向挖掘推进， 同时在切割箱底部注入固化液，使其与原位土体强 制混合搅拌，形成的等厚度水泥土搅拌墙，也可插 入型钢以增加搅拌墙的刚度和强度。该工法将水 泥土搅拌墙的搅拌方式由传统的垂直轴螺旋钻杆 水平分层搅拌，改变为水平轴锯链式切割箱沿墙深 垂直整体搅拌。2 2图 2 trd 工法配套设备及施工布置图fig 2 equipment and construction arrangement of trd method3施工工艺trd 工法施工工艺包括: 切割箱自行打入挖掘工序、水泥土搅拌墙建造工序、切割箱拔出分解工序。其中，trd 工法水泥土搅拌墙建造工序有 3循环的方法和 1 循环的方法:( 1) 3 循环的方法: 先行挖掘、回撤挖掘、成墙 搅拌，即锯链式切割箱钻至预定深度后，首先注入 挖掘液先行挖掘一段距离，然后回撤挖掘至原处， 再注入固化液向前推进搅拌成墙;( 2) 1 循环的方法: 切割箱钻至预定深度后即 开始注入固化液向前推进挖掘搅拌成墙。下图分别为切割箱打入挖掘、成墙搅拌和切割 箱拔出的示意图。图 1 trd 型(标准型)施工机械图fig 1 construction equipment trd 图 3 切割箱自行打入挖掘工序fig 3 flow chart of dividing box construction work9472011 年第 5 期李 星 等: trd 工法及其在深基坑工程中的应用trd 工法成墙搅拌结束后或因故停待，切割箱体宜远离成墙区域不少于 3 4 m，并注入高浓度 的挖掘液进行临时退避养生操作，防止切割箱被抱 死。成墙搅拌结束或施工至转角时，宜配置大吨位 吊车起拔切割箱，时间应控制在 4 h 以内，将切割 箱分段拔出同时注入等体积的混合泥浆。施工过程中对 tf 值( 泥浆流动度) 的监控和 调整，对于确保墙体质量、生产效率，防止事故举足 轻重; 挖掘液混合泥浆和固化液混合泥浆 tf 值在 粘性土中宜适当偏大，在砂性土宜适当偏小。后续施工的 trd 工法墙体宜搭接已成型墙体 约 30 50 cm，严格控制搭接区域的推进速度，使 固化液与混合泥浆充分混合搅拌，确保搭接质量。 转角施工有墙内拔出与墙外拔出切割箱两种情况， 在条件许可的情况下，尽可能采用墙外拔出切割 箱。为保证接缝质量，施工时每到转角处都应向墙 体外侧多施工 1 延米，形成“十”字 形 式 的 转 角 接头。加强设备的维修保养，特别是在硬质地层作 业，钻具磨耗大，要准备各类备件，及时更换镶补， 确保正常施工。同时必须配置备用发电机组，在市 电供给不正常的情况下，一旦停电可及时恢复供 浆、压气、正常搅拌作业，避免延误时间造成埋钻 事故。图 4 3 循环水泥土搅拌墙建造工序fig 4 flow chart of cement soil wall construction图 5 切割箱拔出分解工序fig 5 flow chart of pull out of dividing box55 1质量控制主控项目( 1) 固化液拌制选用的水泥的技术指标和检4施工要点施工现场应进行场地平整，修筑施工便道、清验项目应符合设计要求和国家现行标准的规定。检验方法: 查产品合格证及复试报告。( 2) 挖掘液、固化液水灰比，挖掘液混合泥浆、 固化液混合泥浆 tf 值应符合设计和施工工艺要 求，浆液不得离析。检验方法: 浆液流动度用流动 仪检测，浆液湿润密度用比重计检测。( 3) 等厚度水泥土地下连续墙墙体强度应符 合设计要求。检验方法: 采用试块试验或钻孔取芯 样检测确定。障; 遇暗浜、低洼地等不良地质条件时，应采取抽水、清淤、回填素土并分层夯实; 现场道路的承载能 力应满足桩机和起重机械平稳行走的要求。施工 前应进行现场试成墙试验，确定各项技术参数，成 墙工艺和步骤。等厚度水泥土地下连续墙进行切割箱自行打 入挖掘工序及先行挖掘地基过程，挖掘液的注入量 宜控制到最小，必要时可预先回填粘土，使混合泥 浆处于高浓度、高粘度状态，以便应对急剧的地层 变化。成墙搅拌时，要保持较快的横行推进速度， 拌站和浆泵要确保提供与搅拌推进速度相匹配的 水泥浆液。5 2一般项目trd 工法水泥土搅拌墙成墙允许偏差应符合下表的规定。948地下空间与工程学报 第 7 卷表 1 成墙质量控制标准table 1 quality control standard of construction of cement soil wall序号检查项目允许偏差检查方法墙深偏差( mm)自行打入后卷尺检查挖掘时激光经纬仪、卷尺检查 卷尺检查 自行打入后多段式倾斜仪监控1+ 100 / 50墙位偏差( mm)2503墙厚设计值以上4墙体垂直度1 /25066 1工程实例天津某工程6 1 1工程概况天津市塘沽区某工程，整个项目由两栋塔楼、 裙楼及地下室构成桩筏基础，基坑面积约 2 3 万 m2 ，开挖深度 19 2 24 1 m。30 m 深度范围以粉 质粘土层为主，10 15 m 深度范围部分为层流 塑的淤泥质粘土层，坑底基本为层粉质粘土，均 为潜水层; 24 58 m 深度范围主要为粉砂、粉细砂 层。层粉砂 n 值 38 击，层粉细砂 n 值 72 9 击， 部分高达 88 击。层粉砂和层粉细砂均为微承 压含水层; 埋深 24 m，层厚 34 m。微承压水水头埋 深约为 8 9 m，当基坑深度大于14 15 m 时，基坑 开挖已不能满足承压水稳定性要求，需对承压水采 取降水结合悬挂式截水帷幕的针对性控制措施。图 6 围护结构平面图plan of retaining structures of excavationfig 66 1 2方案设计本工程地下结构采用顺作法施工，基坑采用钻孔灌注桩结合外侧超深水泥土搅拌墙悬挂式截水 帷幕，墙深 45 m 作为复合挡土截水结构，坑内普遍 区域设置四道钢筋混凝土水平支撑体系。设计要 求墙体抗渗系数 10 7 10 6 cm / s，超深水泥土搅 拌连 续 墙 28 d 天无侧限抗压强度标准值不小 于0 8 mpa。6 1 3 实施情况外侧超深水泥土搅拌墙采用 700 mm 厚 trd 工法水泥土地下连续墙施工，施工前在场地外进行 现场试成墙试验，以确保 trd 工法水泥土地下连 续墙作为悬挂式截水帷幕的工程质量满足设计要 求。试成墙完成 5 延米，平均分布 8 个透孔取芯桩 位。通过透孔取芯样检测，试成墙墙体质量符合设 计要求。trd 工法水泥土地下连续墙的施工采用 3 循 环水泥土搅拌墙建造工序，经历了试成墙、调整部图 7 基坑支护典型剖面图fig 7 cross section of excavation supporting structures 分施工参数、优化设备配置及正常施工四个阶段。 成墙效率达到 2 m / h，日成墙 7 0 m，置换土发生率 在 70% 左右。围护墙体透孔取芯检测试块强度在1 08 1 73 mpa 之间，满足设计要求。针对该工 程地层最终确定的施工参数是: 挖掘液混合泥浆的 tf 值宜控制在 160 180 mm，固化液混合泥浆的 tf 值宜控制在 180 200 mm。9492011 年第 5 期李 星 等: trd 工法及其在深基坑工程中的应用表 2 trd 工法试成墙透孔取芯强度统计表table 2 statistics of the drilling borehole of cement soil wall constructed by trd method塔楼及 商 业 裙 房 组 成，塔 楼 均 为 地 上 60 层，高289 m，地下三层。本工程基坑面积约 14 000 m2 ， 基坑开挖深度 15 45 17 15 m; 本工程场地浅层 以回填砂土为主，层细砂、层粗砂和层砾砂 含水量丰富，透水性强，-1 强风化砂砾岩抗压强 度标准值 1 2 mpa，-2 中风化砂砾岩抗压强度标 准值达 8 8 mpa。施工内容trd 工法14 d 透孔取芯trd 工法28 d 透孔取芯项目桩号t2、t4、t6、t8t1、t3、t5、t7平均值( mpa)6 2 2方案设计1 47 1 571 64 1 66设计采用 850 mm 厚 trd 工法内插 h700 300 13 24 型钢水泥土地下连续墙作为围护结 构，型钢中心间距 600 mm; 墙深 22 3 23 3 m，墙 底进入-2 中风化砂砾岩不少于 50 cm，将基坑内 外承压水隔断。桩基采用钻孔灌注桩，桩端持力层 为中风化砂砾岩和微风化岩层。本工程采用顺作 法施工，竖向设置两道钢筋混凝土水平支撑。标准差0 18 0 240 19 0 30变异系数0 15 0 200 15 0 230 98( 7 8 m，淤泥质粘土)0 98( 7 8 m，淤泥质粘土)最低值( mpa)2 28( 38 45 m，粉砂、粉细砂)2 37( 38 45 m，粉砂、粉细砂)最大值( mpa)图 8 tf 值测试过程fig 8 process of tf value test6 2南昌某工程工程概况6 2 1图 9 围护结构平面图plan of retaining structures of excavation南昌市红谷滩新区某工程 a1 区地块由两栋fig 9图 10 围护结构剖面图fig 10 section of retaining structures of excavation950地下空间与工程学报 第 7 卷工程难点6 2 3本工程属大面积深基坑工程，基坑西侧邻近城市交通主干道，道路下方有大量的市政管线，基坑 围护结构本身的强度及变形控制以及对周边环境 的保护要求高。现场障碍物较多，桩基及围护墙施 工难度大。施工场区为原有村落，原始地形较为低 洼，后因城市发展需要，经填高整平为建筑用地; 原 回填材料中存在大量的砼块、砖块等建筑垃圾，导 致后绪施工难度增大。场区东距赣江约 1 km，水量充沛，4 6 月为丰 水期，降水量占全年总量的 51% ; trd 工法型钢水 泥土地下连续墙需穿越深厚的砂层，含水量丰富，槽 壁易坍塌，给 trd 工法施工及质量控制增加了难 度。设计要求 trd 工法型钢水泥土地下连续墙墙 底进入抗压强度标准值达 8 8 mpa 的-2 中风化砂 砾岩，施工难度极大，施工效率低，设备磨损严重。6 2 4实施情况 施工前进行现场试成墙试验，以确定围护墙施工采用的各项施工参数。鉴于试成墙及相邻地块 施工遇障碍物的情况，采用 850 三轴搅拌桩机沿 围护墙体轴线范围搭接施工，预先探明地下障碍物 的情况，并采用加长臂挖机进行清障; 对含有地下 管线的区域，通过扦插 h 型钢挡土，防止管线下方 沙土流失，造成管线沉降、破坏。清障结束后产生 的坑洞立即回填粘土并分层夯实。本工程 trd 工法型钢水泥土地下连续墙采用3 循环水泥土搅拌墙建造工序。根据本工程土层 特性，先行挖掘阶段，预先在施工沟槽内回填粘土 与挖掘液混合搅拌形成粘稠度较高的混合泥浆，提 高了浆液对破碎后的障碍物的携渣能力，并有效防 止事故的发生。图 12 现场施工图fig 12 construction at the site程量约 9 000 m3 ，h 型钢约 3 000 t，总工期约 50 日 历天。目前围护结构及桩基已全部施工结束，基坑 正在开挖。7结语随着建筑基坑向“大、深”方向发展，深基坑围护施工技术面临的难题日显突出，trd 工法是一条可有效截断或部分截断承压水层与深基坑水力 联系的可靠途径。论文详细介绍了 trd 工法的施 工工艺、施工要点和质量控制措施; 并结合其在天 津和南昌两个工程实例中的应用，说明 trd 工法 在承压水处理方面有较高的推广应用价值。参考文献(references)1刘国彬，王卫东 基坑工程手册( 第二版) m 北京:中国建筑工业出版社，2009 ( liu guobin，wang wei- dong excavation engineering manual m beijing: china architecture building press，2009 ( in chi- nese) )db / tj08612010 基坑工程设计规程s 2010( db / tj08612010 shanghai standard code for de- sign of excavation engieerings 2010 ( in chinese) ) 黄绍铭，高大钊 软土地基与地下工程m 北京: 中 国建筑工业出版 社，2005 ( huang shaoming，gao dazhao foundation and underground engineering in soft groundm beijing: china architecture building press，2005 ( in chinese) )施成华，彭立敏 基坑开挖及降水引起的地表沉降234预测j 土木工程学报，2006，39 ( 5 ): 117-121图 11 围护墙体透孔取芯样fig 11 the drilling borehole of cement soil wall试成墙及围护墙体透孔取芯情况: 芯样呈灰色 柱状、较硬、灰量正常、搅拌均匀; 试块 28 d 强度相 对稳定，满足设计要求，表现在不同地层墙体强度( shi chenghua，peng limin ground surface settlementcaused by foundation pit excavation and dewateringj journal of civil engineering 2006，39 ( 5 ) : 117-121 ( in chinese) )李文广，胡长明 深基坑降水引起的地面沉降预测5差 异 较 小。 试成墙试块抗压强度在 0 89j 地下空间与工程学报，2008，4 ( 1 ) :181-184( li wenguang， hu changming surface subsidencecaused by dewatering in deep foundation pit j jour- nal of underground space and engineering，2008，41 16 mpa之 间，围护墙试块抗压 强 度 在 1 21 1 26 mpa之间。本工程 trd 工法型钢水泥土地下连续墙总工( 1) : 181-184 ( in chinese) )(下转第 995 页)9952011 年第 5 期侯艳娟，等: 城市隧道施工穿越建( 构) 筑物风险管理体系物安全风险管理j 岩土力学，2007，28 ( 7 ) :7逄铁铮 全程注浆在隧道穿越既有建筑物中的试验83-87 ( luo jianjun，zhang dingli，wang mengshu，etal direct back analysis algorithm for deflection distribu- tion control during the construction of subwayj rock研究j 岩土力学，2008，29 ( 12 ) :3 451-3 458( pang tiezheng experimental study of whole processgrouting used in tunnel passing through existing struc- turesj rock and soil mechanics，2008，29( 12) : 3451-3 458 ( in chinese) ) 张顶立，李鹏飞，侯艳娟，等 浅埋大断面软岩隧道 施工影响下建筑物安全性控制的试验研究j 岩and soil mechanics，2007，28 ( 7 ) :nese) )杨正 地铁工程的风险控制j83-87 ( in chi-3铁道标准设计，82008，( 12) : 25-28 ( yang zheng risk control of sub-way engineeringj railway standard design，2008， ( 12) : 25-28 ( in chinese) )周刘刚，王海祥 城市地铁及地下工程施工环境安石力学与工程学报，2009，28 ( 1 ) :95-102 ( zhangdingli，li pengfei，hou yanjuan，et al experimentalstudy on safety control of buildings during construction of shallow-buried soft rock tunnel with large-sectionj chinese journal of rock mechanics and engineering，2009，28( 1) : 95-102 ( in chinese) ) 李鹏飞，张顶立，房倩，等 变位分配原理在隧道穿 越建筑物施工中的应用研究j 北京工业大学学4全风险评估与控制j 铁道勘察，2007，( 6 ) :91-94 ( zhou liugang，wang haixiang evaluation andcontrol on environmental safety risk in construction of urban metro and underground engineeringj railway9investigation and surveying，2007，( 6 ) :chinese) )91-94 ( in报，2009，35( 10) : 1 344-1 349( li pengfei，zhang5张成满，罗富荣 地铁工程建设中的环境安全风险技术管理体系j 都市快轨交通，2007，20 ( 4 ) :63-65 ( zhang chengman，luo furong environment safety risk management technology system of subway constructionj urban rapid rail transit，2007，20 ( 4) : 63-65 ( in chinese) )解楠，何晖 工程建设中循环动态风险管理体系的 探讨j 地下空间与工程学 报，2007，3 ( 8 ) :1 533-1 536 ( xie nan，he hui discussion about the circulative and dynamic risk management in engineering constructionj chinese journal of underground space and engineering，2007，3( 8) : 1 533-1 536 ( in chi- nese) )dingli，fang qian，et al study on deformation distribu-ting principle used in construction of tunnel passing through existing structuresj journal of beijing uni- versity of technology，2009，35 ( 10 ) : 1 344-1 349( in chinese) )10 张顶立，李鹏飞，侯艳娟，等 城市隧道开挖对地表 建筑群的影响分析及其对策j 岩土工程学报，2010，32 ( 2 ) : 296-302 ( zhang dingli，li pengfei， hou yanjuan，et al influence due to urban tunnel ex- cavation on ground buildings and its countermeasuresj chinese journal of geotechnical engineering，201