新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕施工工法

耿德宇 GENG De-yu

（民航專業(yè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，北京100102）

0 引言

濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)二期改擴(kuò)建工程?hào)|飛行區(qū)場(chǎng)道工程位于濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)，由于機(jī)場(chǎng)西北側(cè)臨近黃河，下穿通道基坑開挖深度范圍內(nèi)地下水豐富，有效隔水層埋深較深，為保護(hù)地下水資源，基坑地下水治理采取止水帷幕隔水措施，基坑止水帷幕設(shè)計(jì)深度45m，常規(guī)的民航專業(yè)工程采用的止水帷幕施工工藝在深度、垂直度和止水效果方面達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

1 特點(diǎn)

TRD 工法利用TRD 工法機(jī)施工，設(shè)備采用電力驅(qū)動(dòng)，節(jié)能環(huán)保，施工效率高，質(zhì)量可靠，施工中具有成墻深度大、地層適應(yīng)性強(qiáng)、連續(xù)性及均勻性好等特點(diǎn)。成型后的新型水泥土攪拌連續(xù)墻具有優(yōu)異的防滲、止水性能。與傳統(tǒng)工法相比，TRD 工法的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：首先，施工深度大，利用TRD 工法進(jìn)行施工，一般最大深度可達(dá)45m（理論深度為60m）；其次，適應(yīng)地層廣，對(duì)硬質(zhì)地層，如硬土、砂卵礫石等，作業(yè)優(yōu)勢(shì)尤為明顯；第三，成墻品質(zhì)高，墻體具有良好的截水性能，并且水泥土質(zhì)量均勻、離散性小、強(qiáng)度高；第四，高安全性，重心低、高穩(wěn)定性，被廣泛用于高度有限制要求的場(chǎng)所；第五，成墻具有連續(xù)性，接縫少，墻體厚度均勻；第六，噪音、振動(dòng)較小。

2 適用范圍

TRD 工法在地層上適用于人工填土、粘性土、淤泥和淤泥質(zhì)土、粉土、沙土、碎石土等地層；墻體厚度一般為350mm～850mm，墻深一般不宜大于60m；平面布置一般采用直線布置，減少轉(zhuǎn)角，圓弧段的曲率半徑不宜小于12m。

在施工作業(yè)過程中，需用何種作業(yè)工法，需要對(duì)土質(zhì)條件、墻體性能、墻體深度、環(huán)境保護(hù)等要素指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

3 工藝原理

通常地層中存在透水性較好的粉細(xì)砂層，也是賦存地下水的地層。目前山東濟(jì)南地區(qū)為保護(hù)地下水資源，在基坑開挖過程中，一般不允許采取降水方案。采用TRD 工法進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要借助動(dòng)力箱液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏈鋸式切割箱，采用連接分段作業(yè)方式，施工至設(shè)計(jì)位置，實(shí)現(xiàn)水平橫向推進(jìn)挖掘作業(yè)，利用鏈鋸的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的切割與攪拌，同時(shí)通過將固化液注入切割箱底部，利用水泥漿等固化液強(qiáng)制混合攪拌原位土體。在水泥膠凝的過程中，攪拌均勻的水、水泥、土拌合物形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B性能的水泥土連續(xù)墻，在基坑外形成一圈封閉的止水帷幕墻，從而截?cái)嗷油獾叵滤?/p>

TRD 工法采用水平軸鋸鏈?zhǔn)角懈钕溲貕ι畲怪闭w攪拌，該工法有別于傳統(tǒng)的垂直軸螺旋鉆桿水平分層攪拌，通過充分?jǐn)嚢璧叵虏煌貙又械念w粒，實(shí)現(xiàn)與水泥漿液混合，攪拌效果更好。

采用新型水泥土攪拌連續(xù)墻工法進(jìn)行作業(yè)時(shí)，與傳統(tǒng)的柱列式水泥土攪拌連續(xù)墻工法存在一定差異，這是因?yàn)樾滦退嗤翑嚢柽B續(xù)墻工法需要在地基中插入鏈鋸型切削刀具，將墻體掘削至設(shè)計(jì)深度，實(shí)施橫向掘削和攪拌作業(yè)，并水平推進(jìn)，進(jìn)一步構(gòu)筑高品質(zhì)水泥土攪拌連續(xù)墻。

利用TRD 工法進(jìn)行施工時(shí)，成墻步驟分三步進(jìn)行，如圖1 所示，按照挖掘—回撤挖掘—成墻攪拌的順序進(jìn)行作業(yè)，即按照預(yù)定深度利用鋸鏈?zhǔn)角懈钕鋵?shí)施鉆探作業(yè)，首先注入挖掘液進(jìn)行挖掘作業(yè)，土層松動(dòng)一定距離后，進(jìn)行回撤挖掘作業(yè)至原處，然后注入固化液攪拌成墻；通過充分混合地基土，進(jìn)行松動(dòng)攪拌處理，再實(shí)施固化成墻攪拌作業(yè)。利用三步法進(jìn)行成墻作業(yè)時(shí)，切割推進(jìn)速度0.2m/h～2.0m/h，回撤切割推進(jìn)速度在5m/h～10m/h，成墻攪拌推進(jìn)速度1.0m/h～3.0m/h。

圖1 三步施工法成墻工序示意

4 新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕設(shè)計(jì)

新型水泥土攪拌連續(xù)墻作為防滲截水帷幕，隔斷一層潛水和兩層承壓水，為滿足坑底土體抗管涌穩(wěn)定，墻底進(jìn)入隔水層3m。墻體設(shè)計(jì)厚度800mm，根據(jù)詳勘顯示的不同部位隔水層標(biāo)高變化，墻體設(shè)計(jì)深度為45m。固化劑采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比不少于25%；28d 漿液試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于0.8MPa、鉆孔取芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到0.8MPa，并且墻體滲透系數(shù)不高于10-6cm/sec。

施工允許偏差：垂直度不大于1/250，墻厚±30mm，墻底標(biāo)高30mm，中心線位置±25mm。

5 工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 TRD 工法3 循環(huán)成墻示意圖

①測(cè)量放線。作業(yè)前，按照業(yè)主提供的設(shè)計(jì)圖紙、坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)等參數(shù)指標(biāo)，確定圍護(hù)墻中心線角點(diǎn)坐標(biāo)，通過放樣的方式對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核處理，同時(shí)對(duì)護(hù)樁做好防護(hù)工作，并與相關(guān)單位進(jìn)行放線復(fù)核。

②開挖導(dǎo)向溝槽。利用TRD 工法開挖導(dǎo)向溝槽，需要考慮該工法用到的相關(guān)設(shè)備的重量，并對(duì)圍護(hù)墻中心線進(jìn)行放樣，對(duì)施工場(chǎng)地通過鋪設(shè)鋼板等方式進(jìn)行加固，滿足施工場(chǎng)地所需的機(jī)械設(shè)備對(duì)地面的要求，確保樁機(jī)穩(wěn)定性能。沿著圍護(hù)墻中心線平行方向，按照槽寬1.2m、溝槽深度1.0m 的標(biāo)準(zhǔn)，用挖掘機(jī)開挖工作溝槽。

③吊放預(yù)埋箱。按照深度3m、長(zhǎng)度2m、寬度1m 的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)埋穴需要借助挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘開挖，并利用吊車將預(yù)埋箱吊放到對(duì)應(yīng)的預(yù)埋穴。

④樁機(jī)就位。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)班班長(zhǎng)統(tǒng)一指揮樁機(jī)就位工作，移動(dòng)過程中，確保樁機(jī)四周的安全性，樁機(jī)四周不存在障礙物，移動(dòng)作業(yè)完成后，及時(shí)組織開展糾正、檢查定位工作，確保樁機(jī)平穩(wěn)、平正。

⑤切割箱與主機(jī)的連接。將切割箱利用吊車放入預(yù)埋穴，并進(jìn)行加固處理；將TRD 主機(jī)移動(dòng)至預(yù)埋穴位置，并連接切割箱，切割箱進(jìn)入挖掘作業(yè)環(huán)節(jié)。

⑥安裝測(cè)斜儀。進(jìn)入設(shè)計(jì)深度后的切割箱，需要安裝測(cè)斜儀。利用安裝的多段式測(cè)斜儀管理切割箱內(nèi)部的垂直精度，誤差控制在1/250。

⑦成墻。利用TRD 工法成墻，安裝好測(cè)斜儀后，連接主機(jī)與切割箱。預(yù)先將挖掘液注入切割箱底部，再返回挖掘原處，強(qiáng)制混合攪拌固化液與原位土體，進(jìn)而形成具有等厚特征的水泥土地下連續(xù)墻。

5.2 操作要點(diǎn)

①施工前準(zhǔn)備。

1）巖土工程勘察報(bào)告。

2）環(huán)境保護(hù)的相關(guān)資料，如臨建（構(gòu)）筑物、地上和地下管線等。

3）調(diào)查有關(guān)地下障礙物的相關(guān)資料。

4）整理測(cè)量基線、水準(zhǔn)點(diǎn)等相關(guān)資料。

5）整理工程設(shè)計(jì)相關(guān)的文件資料。

②開始施工作業(yè)前，參照設(shè)計(jì)圖紙和坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，精確計(jì)算出連續(xù)墻中心線角點(diǎn)坐標(biāo)，并復(fù)核坐標(biāo)數(shù)據(jù)。采用新型水泥土攪拌連續(xù)墻作為灌注樁排樁的止水帷幕時(shí)，應(yīng)先施工等厚度水泥土攪拌墻，再施工灌注樁排樁。

③施工前，對(duì)場(chǎng)地標(biāo)高進(jìn)行實(shí)測(cè)，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整處理；對(duì)于不良地質(zhì)、地下障礙物等影響TRD 工法成墻質(zhì)量因素，需要事先進(jìn)行處理，然后利用TRD 工法進(jìn)行止水帷幕施工作業(yè)。

④在施工過程中，針對(duì)局部土層存在的松軟、低洼問題，借助素土回填用挖機(jī)分層夯實(shí)處理，綜合分析TRD 工法作業(yè)相關(guān)設(shè)備重量，分別鋪設(shè)溝槽，全方位、多層次保證施工作業(yè)設(shè)備對(duì)地基的要求。

⑤新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕必要時(shí)（地層復(fù)雜、帷幕設(shè)計(jì)深度較深）應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)段試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定施工技術(shù)參數(shù)，通過閉合試驗(yàn)段驗(yàn)證降止水效果。

⑥應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)墻深，組合拼裝新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕切割箱，在施工過程中，保持TRD 工法樁機(jī)底盤水平方向和導(dǎo)桿垂直，施工前進(jìn)行軸線引測(cè)，正確就位TRD 工法樁機(jī)，樁機(jī)立柱導(dǎo)向架垂直度誤差1/250，通過自重勻速下沉，速度40mm/min～70mm/min。

⑦自行打入切割箱時(shí)，確保垂直精度，精確控制挖掘液的注入量，確?；旌夏酀{的高濃度、高粘度屬性。

⑧施工現(xiàn)場(chǎng)，在切割箱體內(nèi)部安裝測(cè)斜儀，管理墻體的垂直精度，墻體垂直度誤差1/250。

⑨測(cè)斜儀安裝完后，組織開展水泥土墻體作業(yè)。對(duì)于成型墻體，搭接50cm 以上的已成型墻體，轉(zhuǎn)角部位兩邊延伸長(zhǎng)度100cm；應(yīng)嚴(yán)格控制搭接區(qū)域挖掘速度，充分混合、攪拌固化液與混合泥漿，保證搭接質(zhì)量。搭接施工如圖3 所示。

圖3 后續(xù)成型TRD 墻體搭接施工示意

⑩新型水泥土攪拌連續(xù)墻施工中，挖掘液混合泥漿流動(dòng)度為主控項(xiàng)，應(yīng)控制在145mm～240mm 之間，通過外摻膨潤(rùn)土進(jìn)行調(diào)節(jié)，混合泥漿流動(dòng)度在粘性土中施工時(shí)應(yīng)取大值，配制時(shí)膨潤(rùn)土可少摻或不摻，砂性土中應(yīng)取小值，膨潤(rùn)土摻量宜≥50kg/m3。

11○鋸鏈?zhǔn)皆O(shè)備主機(jī)攪拌結(jié)束后或因故停待需要停機(jī)處理時(shí)，切割箱體應(yīng)停放在臨時(shí)停放區(qū)內(nèi)且全部拔出。臨時(shí)停放區(qū)長(zhǎng)度不宜小于5m，應(yīng)遠(yuǎn)離成墻區(qū)域不小于3.4m，遠(yuǎn)離原狀土邊緣不小于1m，并注入穩(wěn)定混合泥漿作為穩(wěn)定液進(jìn)行臨時(shí)退避養(yǎng)生操作，防止切割箱被抱死，同時(shí)每隔2h～4h 應(yīng)啟動(dòng)一次設(shè)備，低速運(yùn)轉(zhuǎn)10min～30min。穩(wěn)定混合泥漿流動(dòng)度不宜大于200mm，膨潤(rùn)土摻量宜≥50kg/m3，穩(wěn)定水膠比5～10。

12○臨近保護(hù)對(duì)象時(shí)，開放長(zhǎng)度不宜超過10 延米，并嚴(yán)格控制垂直度、推進(jìn)速度。

13○一段工作面施工完成后，進(jìn)行拔出切割箱施工，場(chǎng)地有條件的宜優(yōu)先選用外拔，即沿設(shè)計(jì)墻體向外延伸切割3m～4m，并在距離設(shè)計(jì)墻體端部1～2m 處拔出切割箱。確需采用內(nèi)拔時(shí)，應(yīng)在完成墻體后，回撤至設(shè)計(jì)墻體端部2m 處拔出切割箱。利用鋸鏈?zhǔn)皆O(shè)備主機(jī)依次拔出切割箱，時(shí)間不超過3h，同時(shí)將等體積的混合泥漿注入切割箱底部。

14○切割箱拔出時(shí)，孔內(nèi)避免產(chǎn)生負(fù)壓，造成周邊地基沉降，應(yīng)根據(jù)拔切割箱的速度調(diào)整注漿泵工作流量。

15○維修保養(yǎng)設(shè)備，針對(duì)硬質(zhì)地層環(huán)境，由于鉆具磨耗大，準(zhǔn)備各類備件，及時(shí)更換鑲補(bǔ)，確保施工正常進(jìn)行。

16○對(duì)TRD 工法加強(qiáng)施工過程監(jiān)理，做好對(duì)成型墻體質(zhì)量檢測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)補(bǔ)救，避免造成損失。

6 材料與設(shè)備

6.1 主要施工機(jī)械設(shè)備

①TRD 工法主要設(shè)備為鏈鋸式銑槽機(jī)，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和切割箱三部分組成。動(dòng)力系統(tǒng)一般以電力或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)切割箱上的鏈鋸，鏈鋸上配置撕裂刀，通過鏈鋸的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)撕裂刀切割土體。

②后臺(tái)注漿系統(tǒng)。后臺(tái)注漿系統(tǒng)主要由水泥罐、攪漿池、注漿泵和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。后臺(tái)漿液有膨潤(rùn)土護(hù)壁泥漿和水泥漿液，按照設(shè)計(jì)配比由控制系統(tǒng)自動(dòng)投料，攪拌完成后由高壓注漿泵輸送到TRD 主機(jī)，通過切割箱中管路注入溝槽內(nèi)，混合攪拌。

6.2 主要施工使用材料

水泥土攪拌墻一般采用P.O325 或P.O425 水泥。

7 質(zhì)量控制

7.1 一般規(guī)定

①新型水泥土攪拌連續(xù)墻的質(zhì)量檢查與驗(yàn)收應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50202 的有關(guān)規(guī)定。

②新型水泥土攪拌連續(xù)墻的質(zhì)量檢驗(yàn)分成成墻期監(jiān)控、成墻檢驗(yàn)和基坑開挖期檢查三個(gè)階段。

③成墻期質(zhì)量檢驗(yàn)，包括水泥土攪拌連續(xù)墻的水膠比、水泥摻量、漿液的泵送量、穩(wěn)定液的密度及流動(dòng)度；攪拌機(jī)切割推進(jìn)的速度；水泥土攪拌連續(xù)墻的成墻質(zhì)量；水泥土試塊的制作與測(cè)試。

④成墻后質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括水泥土墻身強(qiáng)度檢驗(yàn)及墻體質(zhì)量檢驗(yàn)，必要時(shí)可進(jìn)行墻身抗?jié)B性檢驗(yàn)。

7.2 成墻施工前準(zhǔn)備工作檢驗(yàn)

①成墻前應(yīng)對(duì)水泥、膨潤(rùn)土、外摻劑等材料進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)出廠質(zhì)量證明書、合格證等書面材料進(jìn)行驗(yàn)收，按規(guī)定做好原材料復(fù)試。

②成墻前應(yīng)對(duì)成墻放線定位尺寸進(jìn)行復(fù)核，對(duì)成墻機(jī)械設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和驗(yàn)收，鋸鏈?zhǔn)角懈畹毒叱叽鐟?yīng)滿足墻體的成墻厚度要求。

7.3 成墻期質(zhì)量檢驗(yàn)

①按照設(shè)計(jì)和施工工藝要求，對(duì)漿液水膠比、水泥摻量進(jìn)行檢驗(yàn)，確保漿液不存在離析現(xiàn)象。

②根據(jù)設(shè)計(jì)和施工工藝要求，漿液泵送量按獨(dú)立延長(zhǎng)墻身確定，監(jiān)控檢查工具可以適泵送計(jì)量器、泵送壓力等。

③穩(wěn)定液的水膠比宜根據(jù)施工機(jī)械性能，結(jié)合切割圖紙的土層地質(zhì)情況確定，當(dāng)無特殊要求時(shí)，可參照表1 執(zhí)行，流動(dòng)度宜為145mm～240mm。

表1 鋸鏈?zhǔn)椒€(wěn)定液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

④水泥漿液的密度及水泥漿液混合泥漿流動(dòng)度宜根據(jù)施工機(jī)械性能，結(jié)合切割的土層地質(zhì)情況確定，無特殊要求時(shí)，水泥漿液混合泥漿流動(dòng)度宜150mm～280mm。

7.4 成墻后質(zhì)量檢驗(yàn)

①采用淺部開挖方式驗(yàn)證墻體厚度及位置偏差。

②墻體強(qiáng)度成墻后，采用現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣強(qiáng)度的方式進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收，采用單動(dòng)雙管（三重管鉆具）去芯樣，鉆頭直徑不宜小于110mm。芯樣選取位置應(yīng)沿墻體深度方向結(jié)合加固土層特性確定，每孔取芯數(shù)量不應(yīng)少于3 組，每組3 件試塊。取芯鉆孔垂直度偏差不應(yīng)大于1/300，深度應(yīng)小于墻體深度，鉆取芯樣后留下的孔洞應(yīng)注漿填充。用于抗壓強(qiáng)度檢測(cè)的水泥土墻齡期不宜少于28d，取芯孔數(shù)量應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

③等厚度水泥土連續(xù)墻體鉆芯宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水泥土芯樣特征進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如鉆芯孔偏出墻體，在這種情況下，需要評(píng)價(jià)鉆芯取樣部分（表2）。

表2 鋸鏈?zhǔn)椒€(wěn)定液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

④重要防滲工程，當(dāng)存在明確要求時(shí)，對(duì)墻體抗?jié)B性能應(yīng)采用芯樣滲透試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，必要時(shí)對(duì)墻體抗?jié)B性能利用墻體注水試驗(yàn)進(jìn)行確定。鉆孔技術(shù)要求及鉆孔數(shù)量按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。

8 結(jié)語

采用TRD 工法成功實(shí)施45m 深新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕，新型水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕施工過程取樣及成墻實(shí)體取樣效果良好，降止水效果明顯。有效保護(hù)了地下水資源，取得巨大社會(huì)效益。通過實(shí)施止水帷幕，在不降水的條件下干槽施工基坑，確保基坑安全。本工程的順利實(shí)施為今后山東濟(jì)南地區(qū)深大基坑地下水治理提供了新的解決辦法，具有推廣價(jià)值。