TRD工藝在深大基坑事故搶險(xiǎn)施工中的應(yīng)用

賴 欣

上海智平基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200072

南京某基坑支護(hù)工程，采取鉆孔灌注樁和混凝土支撐支護(hù)，支護(hù)樁外采用單排三軸深攪樁擋水，鉆孔樁設(shè)置在地下結(jié)構(gòu)外墻外1 300 mm，由于三軸攪拌樁止水施工質(zhì)量問題，導(dǎo)致止水帷幕失效，造成基坑開挖漏水。為解決該問題，建議施工現(xiàn)場(chǎng)采用如下方案[1-2]：

方案1：地下連續(xù)墻與TRD結(jié)合。

1）由于南側(cè)土體已擾動(dòng)，若采用地下連續(xù)墻施工，埋斗、坍孔風(fēng)險(xiǎn)極高，建議采用TRD施工，南側(cè)共計(jì)212 m。

2）東、北、西三側(cè)止水帷幕采用地下連續(xù)墻工藝（素混凝土），止水帷幕穿過承壓水層進(jìn)入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，普遍深度62～64 m（實(shí)際深度按照地質(zhì)狀況而定），厚800 mm，東側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓8 m，北側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓10 m，西側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓4 m，共計(jì)444 m。

3）地下連續(xù)墻接縫處理：③2粉細(xì)砂層以下至墻底采用φ2 400 mm的MJS，長度38.30 m。

方案2：采用TRD工藝。

1）止水帷幕穿過承壓水層進(jìn)入⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，普遍深度60 m以上（實(shí)際深度按照地質(zhì)狀況而定），厚800 mm，南側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓15 m，東側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓8 m，北側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓10 m，西側(cè)距離原圍護(hù)體系外輪廓4 m，共計(jì)660 m。

2）止水帷幕穿過承壓水層進(jìn)入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，普遍深度62 m以上（實(shí)際深度按照地質(zhì)狀況而定）。

根據(jù)項(xiàng)目施工情況，采用方案2，TRD施工深度根據(jù)試成墻結(jié)果而定。

1 工程概況

1.1 一般概況

本項(xiàng)目地點(diǎn)位于南京市浦口區(qū)，采取鉆孔灌注樁和混凝土支撐支護(hù)，支護(hù)樁外采用單排三軸深攪樁擋水，鉆孔樁設(shè)置在地下結(jié)構(gòu)外墻外1 300 mm，基坑開挖深度15.4～16.3 m。

1.2 工程重難點(diǎn)分析

1）墻體超深，一般施工深度均在50 m以內(nèi)，施工深度超過60 m范圍在國內(nèi)外均少見，因深度較大，一般設(shè)備能力有限，TRD在含砂層中施工容易埋鉆。

2）地層復(fù)雜。TRD穿過⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（厚度2～2.8 m），進(jìn)入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，TRD設(shè)備在⑥1層到⑥2層之間施工速度慢，埋鉆風(fēng)險(xiǎn)增加，設(shè)備的滑輪栓、滑動(dòng)支架、前支架栓、大船支撐油缸內(nèi)壓等部位易出現(xiàn)承載力不足問題，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需通過試成墻確定最合適的施工技術(shù)參數(shù)和切割刀具。

3）基坑南側(cè)地層可能存在空洞。根據(jù)本工程前期施工情況，TRD施工時(shí)基坑南側(cè)地層可能存在既有裂隙空洞，給施工帶來影響。

4）800 mm厚TRD穿過標(biāo)貫值大于20的④2粉細(xì)砂、⑤含礫中粗砂層，進(jìn)入標(biāo)貫值近70的⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，進(jìn)入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm。⑤層卵礫石大小8 cm，常規(guī)卵礫石大小為2～5 cm，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，TRD在穿過本工程⑤層含礫中粗砂層時(shí)易出現(xiàn)卡鏈條風(fēng)險(xiǎn)，且在厚實(shí)砂層中施工時(shí)鏈條磨損嚴(yán)重甚至破壞，銑削困難，一旦切割箱被埋，處理耗時(shí)較長，嚴(yán)重影響施工速度。

2 施工設(shè)備改進(jìn)

針對(duì)該項(xiàng)目，本公司與設(shè)備供應(yīng)商日本KGF公司共同探討了在超過60 m深度挖掘時(shí)，施工設(shè)備的適應(yīng)性問題。

由于前端切割箱沿著地基移動(dòng)，大深度時(shí)切割箱受到很大的力。因此TRD施工超過60 m深度會(huì)增加挖掘部和切割箱法蘭面破壞的可能性。設(shè)備的滑輪栓、滑動(dòng)支架、前支架栓、大船支撐油缸內(nèi)壓等部位易出現(xiàn)承載力不足的問題（圖1）。

圖1 易出問題的機(jī)械部分

根據(jù)本工程地質(zhì)特點(diǎn)，施工設(shè)備采用銑削能力強(qiáng)、施工精度高的日本進(jìn)口TRD-E型工法設(shè)備施工，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備切割箱、鏈條進(jìn)行改進(jìn)（圖2）。

圖2 原法蘭（左）與改進(jìn)后法蘭（右）

3 試成墻施工

3.1 試成墻施工參數(shù)

1）正式施工前在場(chǎng)地西南角、東北角進(jìn)行試成墻施工，累計(jì)切削11 m并第1次噴漿6 m，歷時(shí)7 d，工藝技術(shù)要求如下：

① 采用P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，建議水泥摻量不小于35%，建議水灰比為1.2～2.0。

② 建議摻入50～100 kg膨潤土在每立方被攪土體挖掘液中。

③ TRD采用三工序成墻施工工藝。

2）在距離試成墻2、3、5 m位置布設(shè)3個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、6個(gè)土體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)、6個(gè)深層土體分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)處于試成墻中心，且垂直于墻體。監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖3所示。

圖3 試成墻監(jiān)測(cè)孔布置

3）引孔措施。

① 根據(jù)工程實(shí)際情況，為保證工程能夠按時(shí)完工，試成墻采用GPS-18以上機(jī)型或旋挖鉆機(jī)（TRD方案1采用BG25C鉆機(jī)、TRD方案2采用BG26或金泰360鉆機(jī)）成孔，引孔的孔徑為800 mm，間距2～3 m，深度與TRD深度相同。

② 成槽機(jī)挖槽引孔，成槽長度每次約2.9 m，深度與TRD深度相同。引孔完成對(duì)槽內(nèi)進(jìn)行回填后再進(jìn)行TRD施工。

通過引孔，對(duì)原砂層、巖層整體強(qiáng)度進(jìn)行削減，同時(shí)有利于TRD切割箱“吃入”巖層，確保了TRD順利施工。

3.2 試成墻施工結(jié)果分析

1）從試成墻的施工結(jié)果來看，TRD需穿過含礫中粗砂等硬質(zhì)土層，TRD切割箱在該層中下沉阻力大，工效下降顯著。與GPS-18鉆機(jī)相比，成槽機(jī)、旋挖機(jī)在引孔的同時(shí)可以取出⑤層中部分卵礫石，避免石塊卡入TRD鏈條。成槽機(jī)與TRD施工保持的距離過長，會(huì)導(dǎo)致表層的障礙物塌落溝槽中，影響TRD施工。因此，在正式施工時(shí)，TRD與成槽機(jī)施工應(yīng)保持相對(duì)的距離（一般控制在TRD單日完成量1.5倍左右），反之將影響TRD切割效果或引起溝槽塌方，不利于TRD施工。

2）試成墻三循環(huán)工序。

① 先行挖掘。下沉過程切割箱的油泵壓力在150～250 kN之間，當(dāng)切割箱下沉至強(qiáng)風(fēng)化巖層頂面，開始水平挖掘，速度90～100 min/m，當(dāng)切割箱下沉至中風(fēng)化巖層頂面，幾乎無法繼續(xù)下沉。為了使切割箱繼續(xù)切割，采用加密刀排間距的方式，增加1倍的刀排，水平挖掘速度150～ 165 min/m。根據(jù)當(dāng)?shù)赝翆犹匦?，? m3摻入100 kg鈉基膨潤土的挖掘液來確保槽壁穩(wěn)定性，流動(dòng)度控制在17 s左右。

② 回撤挖掘?；爻吠诰蛟谒骄蜻M(jìn)段滿足設(shè)計(jì)要求長度后進(jìn)行，TRD入⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖回撤速度為10～15 min/m，TRD入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖回撤速度為50～60 min/m。

③ 成墻施工。成墻攪拌水灰比為1.5，水泥漿相對(duì)密度1.35。TRD入⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖成墻施工平均前進(jìn)速度70～75 min/m。TRD入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖平均前進(jìn)速度80～85 min/m。從施工風(fēng)險(xiǎn)及設(shè)備能力角度考慮，TRD施工入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖風(fēng)險(xiǎn)較大，施工工效極慢，費(fèi)用更高。

3）由地表沉降變動(dòng)曲線（圖4）可知，從2019年6月5日成墻開始至2019年6月8日上午成墻完畢，地表處于向上變形中，其中DB1、DB2測(cè)點(diǎn)變形比較明顯，成槽結(jié)束后的24 h內(nèi)地面變形復(fù)原最快，36 h內(nèi)地面變形不大，隨后逐漸穩(wěn)定。

圖4 地表沉降變動(dòng)曲線

由土體測(cè)斜監(jiān)測(cè)成果可知，CX1、CX4測(cè)點(diǎn)深度在35～60 m的位移較大，由此可說明距離槽段越近，變形幅度會(huì)越大，成墻結(jié)束24 h內(nèi)，恢復(fù)最快變形發(fā)生在CX1測(cè)點(diǎn)深度43 m的位置，最大位移達(dá)10.2 mm；成墻完畢24 h后，位移逐步趨于穩(wěn)定。

由土體分層沉降監(jiān)測(cè)曲線（圖5）可知，土體分層沉降在成槽階段為向上變形，變形顯著位置為離槽段較近處，其中FC1-6累計(jì)向上變形達(dá)7.1 mm。試成墻完畢后，F(xiàn)C1-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)下沉達(dá)8.5 mm。

圖5 FC1土體分層沉降曲線

4 TRD施工

4.1 施工方案的確定

通過分析試成墻結(jié)果，對(duì)正式施工擬定了如下方案：

1）重型設(shè)施對(duì)場(chǎng)地承載力要求比較高，在施工場(chǎng)地鋪設(shè)鋼板等措施，確保機(jī)械的穩(wěn)定性。

2）TRD施工入⑥2中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖風(fēng)險(xiǎn)較大，施工工效極慢，費(fèi)用高，從經(jīng)濟(jì)性、適用性考慮，TRD施工入⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖可滿足項(xiàng)目施工要求。

3）根據(jù)試成墻結(jié)果，采用成槽機(jī)引孔。

4.2 施工參數(shù)的確定

1）墻厚800 mm，墻深為入⑥1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖不少于500 mm，大于60 m。

2）水泥摻量35%，即每立方米被攪拌土體摻入630 kg水泥，水灰比1.5。

3）挖掘液配比：水1 000 kg，設(shè)計(jì)膨潤土摻量50～100 kg/m3，實(shí)際膨潤土摻量100 kg/m3，1.03≤相對(duì)密度≤1.17。

4）固化液配比：水1 000 kg，水泥1 500 kg（水泥摻量35%），相對(duì)密度1.35，水灰比1.5。

5 成墻質(zhì)量分析

1）鉆孔取芯強(qiáng)度檢測(cè)。TRD施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行鉆孔取芯，沿TRD中心線共取7處，每個(gè)取芯孔從上到下分別取5組試塊，結(jié)果從芯樣上看，色澤均勻一致，連續(xù)性好，較為完整。等厚度水泥土攪拌墻在硬質(zhì)土層中的強(qiáng)度為0.95～1.02 MPa，滿足28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于0.8 MPa的設(shè)計(jì)要求。

2）滲透性檢測(cè)。取4#、6#取芯孔，每個(gè)孔自上而下每個(gè)土層取3組芯樣，處理后芯樣達(dá)到飽和狀態(tài)，進(jìn)行28 d室內(nèi)滲透性試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)測(cè)得的滲透系數(shù)都在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，均滿足墻體滲透系數(shù)不大于10－7cm/s的設(shè)計(jì)要求，墻體整體滲透性良好，具有一定的止水效果。

3）水位下降情況。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，在原圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍增加一圈TRD后，外側(cè)的承壓水觀測(cè)井和潛水觀測(cè)井平均降深達(dá)到1 m，確保了基坑的整體安全，說明TRD的止水效果和施工質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果。

6 結(jié)語

針對(duì)TRD在含礫中粗砂等硬質(zhì)土層中打入較困難、工效明顯下降等問題，可采用工程鉆機(jī)、旋挖機(jī)、成槽機(jī)引孔的方式，對(duì)原砂層、巖層整體強(qiáng)度進(jìn)行削減，同時(shí)引孔有利于TRD切割箱“吃入”巖層，確保TRD施工順利進(jìn)行。與GPS-18鉆機(jī)相比，成槽機(jī)、旋挖機(jī)在引孔的同時(shí)可以取出⑤層中部分卵礫石，避免石塊卡入TRD鏈條，在含礫中粗砂等硬質(zhì)土層中，采用成槽機(jī)引孔盡管施工成本高、場(chǎng)地要求高，但在復(fù)雜地層中適應(yīng)性更強(qiáng)。實(shí)踐證明，TRD應(yīng)與成槽機(jī)施工保持相對(duì)的距離，一般控制在TRD單日完成量1.5倍左右，因?yàn)槌刹凼┕づcTRD施工保持的距離過長，會(huì)導(dǎo)致表層的障礙物塌落至溝槽中，影響TRD施工。