城市建筑群中TRD工法在深基坑工程中的應用

崔莎莎 朱騰騰 鮑豐

收稿日期：2024-01-07

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

摘 要：深基坑工程在土方開挖階段大面積深層降水時，應用合理的基坑支護技術有助于降低對周邊各種市政管線、建筑物的不利影響。結合項目的特殊性，綜合考慮客觀的施工條件、項目特點、安全風險、經(jīng)濟效益等因素，選擇等厚水泥土攪拌墻作為止水帷幕。施工前進行試驗段施工，確定關鍵施工參數(shù)和施工步驟，在不影響工期的前提下，保證正式施工時TRD工法止水帷幕的成墻質量。

關鍵詞：深基坑工程；TRD工法；止水帷幕；成墻質量控制

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）03-0013-03

0 引言

基坑內、外地下水的有效控制，對周邊建筑、市政基礎設施及其管線影響十分重要。地下水控制不當，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，且確保其施工質量，是深基坑工程施工的重要一環(huán)。

總結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、施工機械、優(yōu)點、適用范圍、施工成本等均不同。選擇止水帷幕類型時，需針對每個項目的特殊性，綜合考慮地質水文條件、周邊環(huán)境、經(jīng)濟性能、安全性能等多方面影響因素，滿足深基坑工程的施工要求。

本文結合杭州市錢塘江南側區(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TRD工法施工質量的控制要點，為今后類似深基坑工程的降水方案提供參考價值。

1 工程概況

項目位于杭州市蕭山區(qū)錢江世紀城核心區(qū)域，包括3棟超高層建筑及其裙房，設3層地下室，采用鋼框架-混凝土核心筒結構體系，最大建筑高度147.30 m，總建筑面積約220 580 m2。建設場地周邊環(huán)境復雜，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，周邊地面下埋設的管線種類繁多。基坑工程總面積約22 627 m2，基坑周長約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 工程地質和水文條件分析

基坑開挖階段持續(xù)時間較長，跨越雨量較大的春季和夏季，強降水對基坑開挖影響較大。

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

建設場地地下水位較淺，主要受大氣降水滲入補給，自然蒸發(fā)為主要排泄途徑，淺水層對基坑工程的影響最為密切，主要涉及基坑圍護、開挖、降水和抗浮設計。

3 止水帷幕類型選擇

距離本項目建筑紅線較近的建筑為東側和北側的辦公樓，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，基坑支護外側必須設置一圈止水帷幕。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 適應范圍

三軸水泥土攪拌樁主要利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學反應，使原狀土結成整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的連續(xù)樁體，適用地層范圍較廣，既可做止水帷幕也可做支護結構，一般加固深度在30 m以內。

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進行切割攪拌，且持續(xù)水平橫向推進，并灌入水泥漿，形成一定強度等厚度的止水墻，適應地層范圍較廣，可適用于部分硬質地層，抗?jié)B性能好，最大施工深度達80 m，不適合轉角較多的地段[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。相關研究結果表明，當止水帷幕完全隔離斷承壓含水層時，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，隔斷基坑內外水力聯(lián)系可有效控制基坑內降水對坑外環(huán)境的影響[2-3]。具體插入深度應結合土層的分布、基坑支護方案、坑外水位的選取、止水帷幕寬度及其力學模型的驗算等方面，必要時經(jīng)過現(xiàn)場試驗才能最終確定。

3.3 工期、成本分析

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

3.4 施工質量、安全分析

三軸水泥攪拌樁打樁架較高，國內常用的樁架高度達到30 m以上，機械作業(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)墻成槽機械架體較高，需多種施工機械配合施工，安全影響因素較多，施工過程復雜，不易保證成墻質量。TRD主機機身高度較低，通常10 m左右，穩(wěn)定性好，安全系數(shù)高，可實現(xiàn)無縫連接，垂直度容易保證，成墻質量均勻。

三軸水泥攪拌樁施工過程存在較高的安全風險，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?？紤]到TRD工法的優(yōu)點，結合項目的實際情況，確定選用TRD工法作為基坑工程的止水帷幕[5-7]。

本項目采用的基坑支護設計方案為鉆孔灌注樁結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，坑內被動區(qū)采用φ850 mm@600 mm三軸水泥攪拌樁加固?？油獠捎靡慌?00厚TRD工法止水帷幕止水，樁底進入基坑底部以下6 m，進入不透水層，以減少基坑內大面積過深的降水對周邊市政管線的不利影響。止水帷幕總長約608 m?？觾取⒖油饩x用自流深井降水，坑內井點間距為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50口，坑外井點間距12 m，合計55口。

4試驗段施工

4.1 試驗目的

考慮到場地自身條件、施工機械的性能、水泥摻量、固化液水灰比、膨潤土摻量、掘進速度等多種因素均影響水泥攪拌土的成墻質量。在正式施工前，進行現(xiàn)場等厚度水泥土攪拌墻試成墻試驗，以檢驗等厚度水泥土攪拌墻施工工藝的可行性以及成墻質量，確定實際采用的水泥摻量、固化液液水灰比、膨潤土摻量、施工工藝、挖掘成墻推進速度等施工參數(shù)和施工步驟，確保施工質量符合設計要求[8]。

4.2 試驗概況

試驗段選用設備型號為CMD850的鏈條式成槽機，該設備最大成墻深度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被動輪+6節(jié)3.65 m切割箱，總長25.40 m，墻厚700 mm，采用100～700 mm寬度的刀具（每片平均6個，共66個），呈菱形布置，確保全斷面切割土層。

墻體采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為25%，固化液水灰比1.5，挖掘液采用鈉基膨潤土拌制。每立方被攪土體摻入約100 kg的膨潤土，成墻掘進速度保持在40 mm/min左右。墻身強度應采用試塊試驗并結合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無側限抗壓強度標準值不小于1.2 MPa。

試驗段施工時采用應用最廣泛的“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結構最外側的一道止水帷幕，其墻體成型質量允許偏差應滿足設計要求，如表1所示。

4.3 試驗結果分析

試驗段墻身總長15 m，施工前合計做9組28 d水泥土漿液標準養(yǎng)護試塊，試塊規(guī)格70.7 mm×70.7 mm ×70.7 mm，試塊強度檢測報告顯示，其強度均滿足設計要求的1.2 MPa。

養(yǎng)護期28 d后現(xiàn)場鉆孔取芯，采用φ110 mm鉆頭，連續(xù)鉆取全樁長范圍內的樁芯，取出的樁芯不得長時間暴露空氣當中，應及時蠟封，立即送檢，鉆孔取芯完成后的空隙應注漿填充。墻身共取芯3個，每個取芯數(shù)量為6組，鉆出的芯樣顏色呈深灰色，硬度較大，結構較完整，外形整體上呈柱狀，表面光滑，芯樣強度均滿足設計要求的1.2 MPa。

統(tǒng)計分析人工測量數(shù)據(jù)得知，墻圍、墻深、成墻厚度偏差均保持在設計允許偏差范圍內，機械設備自帶的傾斜儀監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示墻體垂直度偏差始終控制在1/250以內。

成墻質量檢測結果表明，試驗段應用的施工參數(shù)和施工工藝具有可靠性，應以此為依據(jù)編制專項施工方案，指導本項目水泥土攪拌墻的施工。

5 施工要點

本項目等厚水泥土攪拌墻已施工完畢，實際工期比計劃工期提前3 d，成墻質量均滿足設計要求，施工過程中形成如下8方面的施工控制要點。

5.1 設備準備

根據(jù)等厚度水泥土攪拌墻的設計墻深進行切割箱數(shù)量的準備，并通過分段續(xù)接切割箱挖掘，打入到設計深度。

5.2 場地準備

對影響成墻質量的不良地質和地下障礙物，事先予以處理再進行施工。根據(jù)基坑圍護內邊控制線，先用挖掘機開挖1～1.2 m寬的施工導槽，深度約為2 m。開挖溝槽余土應及時處理，以保證TRD工法正常施工。

5.3 正式成墻

正式成墻施工機械的型號應同試驗段保持一致，通過注入挖掘液先行挖掘土體至水平延長范圍，再回撤橫移充分混合、攪拌土體。施工過程中，必須嚴格按照試驗段確定的施工參數(shù)和施工步驟進行有序施工，嚴格控制掘進速度。拔出切割箱時不應使孔內產生負壓而造成周邊地基沉降。注漿泵的工作流量應根據(jù)實際挖掘速度的變化作調整。

5.4 垂直度控制

利用切割箱內部的多段式測斜儀進行墻體的垂直精度管控。施工時應保持等厚度水泥土攪拌墻樁機底盤的水平和導桿的垂直，成墻前采用全站儀及經(jīng)緯儀進行軸線引測，使等厚度水泥土攪拌墻樁機正確就位，并校驗樁機立柱導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拌漿設備，電腦控制配合比，嚴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。嚴格控制搭接區(qū)域的推進速度，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角處的成墻質量和防水性，轉角處每個方向的TRD工法水泥土攪拌樁需各向外延伸1 000 mm。

5.7 成墻質量檢測要求

每臺班抽查2幅等厚度水泥土攪拌墻，每幅制作水泥土試塊3組，取樣點應低于有效墻頂下1 m，采用水中養(yǎng)護測定28d無側限抗壓強度。需按一個獨立延米墻身取芯檢測，數(shù)量為墻身總延米的1%，且不少于3個。每個取芯數(shù)量不應少于5組，且在基坑坑底附近應設取樣點。

5.8 質量安全監(jiān)控

加強墻體施工過程的質量、安全監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)質量、安全問題應主動與業(yè)主及設計單位聯(lián)系，以便及時采取補救措施，避免造成不必要的損失。

6 結束語

基坑內、外降水止水措施是否合理直接影響基坑的安全狀態(tài)，長時間大面積的降水對周邊環(huán)境的不利影響十分顯著。本文結合實際項目的特殊性，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，詳細論述了TRD工法在高層建筑深基坑工程止水帷幕中的成功應用，形成專項施工方案，提出TRD工法成墻質量的主要施工要點，對今后類似地質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。

參考文獻

[1] 韋嫻，李友，賈成亮，等.超大超深復雜地層基坑地下水止水帷幕技術研究[J].建筑工人，2023，44（8）：45-48.

[2] 趙宇豪，童立元，朱文駿，等.不同止水帷幕插入深度下基坑降水對周邊環(huán)境的影響預測分析[J].水利水電技術，2020， 51（5）：126-131.

[3] 楊界峰.不同止水帷幕設計下基坑降水影響分析[J].江蘇建筑，2023（1）：79-82.

[4] 管錦春.深基坑止水帷幕TRD工法與SMW工法應用分析[J].施工技術，2016，45（15）：90-92.

[5] 葛永超.TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的應用[J].工程建設與設計，2021（9）：29-31.

[6] 王宏琳，岳紅波，王飛，等.TRD工法在地鐵車站端頭止水帷幕中的應用[J].工程技術，2021，48（7）：74-76.

[7] 魏巍.TRD工法在深基坑止水帷幕工程中的應用[J].施工技術，2021，5（3）：60-61.

[8] 馮天力，王迪，張小華，等.TRD止水帷幕成墻質量控制[J].建筑技術，2022，53（8）：1036-1040.