TRD工法在深基坑工程中的应用

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TＲD工法在深基坑工程中的应用

高丽丽

摘 要

摘要:随着城市高层建筑、地铁工程、市政工程的快速发展，地下空间开发规模日益增大，深基坑工程近10年来急剧增加，且迅速向“大、深”方向发展。天津市紧邻渤海、土质软弱、地下水丰富且赋存条件复杂，多年来发生的基坑事故大都与地下水控制不当有关。因此，在深大基坑工程中控制地下水尤为重要。常规的双轴深层搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩、旋喷桩等已无法满足深大基坑工程地下水控制的要求。2010年天津地区引进TＲD工法，施工形成的水泥土连续墙体可隔断深层承压水，止水效果好;内插型钢施工便利，但由于墙体水平刚度有限，存在一定的局限性。

关键词:TＲD工法;深基坑工程;承压水;支护效果

引 言

TＲD工法又称等厚度水泥土搅拌墙技术，是一种新型的水泥土搅拌墙施工工艺;该方法将传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌方式变革为水平轴锯链式切割箱沿墙体深度垂直整体搅拌方式。主机动力箱液压马达驱动锯链式切割箱，切割箱分段接长、挖掘至设计墙底标高后，再横向持续推进，同时在切割箱底部注入挖掘液或固化液，使其与成墙深度范围内原位土体充分混合搅拌，构筑成高品质的水泥土搅拌墙。TＲD工法搅拌充分、均匀，墙体连续无冷缝，也可插入型钢以增加搅拌墙的刚度和强度，适用于各种土层，在一般的砂土层中施工最大深度60m，搅拌墙厚度达450～900 mm。自20世纪90年代我国引入TＲD工法以来，众多专家、学者对其在基坑中的应用进行了研究;其中王晓南、余伟等探讨了TＲD工法在深基坑围护结构中的应用并提出了深基坑支护研究的发展方向;黄成在杭州某深基坑支护工程中对比分析了TＲD工法和SMW工法的支护效果，探讨了TＲD工法的止水性能;杨林德、钟才根、潘军、廖瑛、朱晓宇等分别对包括TＲD工法在内的不同基坑支护形式的位移、变形监测及结构稳定性进行了研究。本文以天津市民园体育场基坑工程为例，重点介绍了TＲD工法在天津地区的应用情况，以期为相关研究及工程实践提供借鉴。

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工程概况

民园体育场南北两侧为地上3层，西侧为地上2层，东侧地上为1层走廊，中部为标准足球场，拟建体育场整体地下2层，拟采用框架结构、桩基础。工程场地位于天津市五大道文化旅游区内(见图1)。

基坑面积约为24 000 m2，周长约为600 m，基坑深度达10.85～12.4 m。本工程特点是基坑四周均紧邻市政道路，道路以外为1～4层市重点保护建筑，年代久远，大都为砖木结构，结构稳定性差。南侧:拟建基坑距大理道用地红线约4.7 m，距南侧1～3层建筑物约19.0 m;西侧:拟建基坑距衡阳路用地红线最近处约7.7 m，距西侧1～4层建筑物最近处约21.7 m;北侧:拟建基坑距重庆道用地红线最近处约10.0 m，距北侧2层建筑物最近处约22.4 m;东侧:拟建基坑距河北路用地红线最近处约9.4 m，距东侧1～2层建筑物最近处约24.4 m。

此外，基坑周边管线密集、四周道路、管线及建筑对地面位移、沉降极为敏感，场地狭小，设计施工难度大，支护体系变形控制要求高。

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工程地质水文地质条件

2.1工程地质条件

根据该项目工程地质勘察报告可知，场地地势较为平坦。本场地内特殊性岩土主要为人工填土层(Qml)杂填土(地层编号①1)、素填土(地层编号①2)及冲填土(地层编号①3)。杂填土松散杂乱;素填土土质结构性差，土质不均匀;冲填土土质总体较软，土质不甚均匀。特殊性岩土对本工程基坑支护有所影响。基坑涉及深度范围内各层土性计算选用指标如表1所列，基坑工程场地典型地质剖面如图2所示。

2.2水文地质条件

埋深约18.00～33.00 m段全新统下组陆相冲积层(Qal)粉土(地层编号⑧2)及上更新统第五组陆相冲积层(Q3eal)粉土(地层编号⑨2)可视为承压含水层，其下埋深约33.00～35.00 m段上更新统第四组滨海潮汐带沉积层(Q3dmc)粉质黏土、黏土(地层编号⑩1)可视为承压含水层的相对隔水底板。本场地承压水水头标高按大沽高程0.00 m考虑，25.0 m以上各土层渗透性指标如表2所列。

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基坑支护方案

3.1基坑支护设计的特点及难点

本工程基坑面积约为24 000 m2，地下二层，开挖深度为10.85～12.4 m，属深大基坑工程。深基坑工程实施过程中受到基坑开挖、降水以及施工动载等许多不确定因素的影响，而且周边环境复杂，因此存在很大的风险性。

本场地浅层分布有较厚的填土层，其中埋深4.0～6.5 m处填土以淤泥质土为主，流塑～软塑状态，对基坑变形不利。埋深6.5～10.5 m处为较厚粉土层，含水量大，透水性好，给基坑侧壁带来渗漏隐患，且承压含水层距基坑底较近，存在承压水突涌的可能。复杂的工程地质、水文地质条件是本基坑工程设计中必须重点考虑并给予妥善处理的问题。

本项目位于天津市和平区五大道风景区，项目周边四面临路，道路狭窄，道路以下均埋设市政管线，道路以外均为老建筑物，年代久远，大都为砖木结构，结构稳定性差。周边道路、管线及建筑对位移、沉降极为敏感，基坑围护及降水设计中做好对道路、管线及建筑物的保护工作是设计中的重点工作。

3.2基坑支护方案选择

根据以上对本工程基坑支护设计特点的分析，结合工期的要求和市建科委专家评审意见，该基坑支护方案采用水泥土地下连续墙(TRD工法)内插型钢+两道钢筋混凝土内支撑的支护形式。内插型钢施工便利，工期短，型钢可回收再利用，环保经济。

TRD工法墙厚850 mm，有效高度33.5 m，已隔断⑧2、⑨2承压水层，内插700×300×13×24的型钢，间距600 mm。水泥土地下连续墙(TRD工法)固化剂采用P.O42.5普硅水泥，水泥掺入比不小于25%，水灰比为1.0～2.0。施工单位根据现场试成墙结果可适当调整参数，以确定合适的施工工艺及参数，确保施工质量。根据基坑形状采用两个半圆形、中间加对撑的“眼镜”型支撑形式。第一道支撑位于现地表下2.7 m，第二道支撑位于现地表下8.2 m，基础底板施工完成并回填后，可拆除第二道支撑。施作地下一层外墙时，需在第一道支撑处留洞，待施工至±0.00 m时，回填后方可拆除第一道支撑。支撑采用钢筋混凝土支撑，混凝土强度等级C35。两道支撑体系杆件截面一致，腰梁截面1200 mm×800 mm，环梁截面2400 mm×900 mm，对撑截面1200 mm×800 mm，辐射杆截面700 mm×800 mm。基坑围护平面图如图3所示，基坑围护典型剖面如图4所示。

3.3基坑支护单元计算

围护桩内力及位移的计算采用平面单元计算的方法。该方法采用朗肯土压力理论，杂填土及粉土粉砂层采用固结快剪指标，水土分别计算，粉质黏土、黏土层采用直剪快剪指标，水土合并计算，用弹性抗力法求得计算结果。对于支护桩嵌固深度，本设计主要通过基坑的抗倾覆安全性和整体稳定安全性来确定。计算软件为同济启明星(frws7)。基坑支护的计算模型如图5所示，每沿米墙宽的内力位移计算结果如图6所示。由以上计算结果可以看出，桩身最大水平位移32.4 mm，可满足周边环境对变形的要求。弯矩和剪力均能满足型钢承载力要求。

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简要实测资料

4.1监测方案

该项目进行了基坑周边管线、道路变形(沉降、位移)监(沉降、水平位移、倾斜、裂缝)监测;支护桩深层水平位移、垂直位移及裂缝监测;支撑体系变形(沉降、水平位移及裂缝)监测;支撑体系内力监测;立柱水平位移和沉降监测等多项监测。本文仅对道路沉降和支护桩深层水平位移监测结果进行叙述和分析。

结合周围的环境情况所确定的测点布置方案如图7所示。

4.2监测结果及分析

选取较典型的4#点和14#点桩身水平位移曲线进行分析，围护桩顶P14点水平位移较大，达41.4 mm，略大于计算值32.4 mm。坑边地面出现裂缝并产生沉降，约30.0～40.0 mm，由于距道路较远，并未对邻近道路管线等造成影响;其他观测点最大位移均在20.0 mm左右，小于计算值，对环境影响不大。

局部桩顶变形较大有三方面的原因，一是浅部人工填土较厚，场地经过翻槽处理后土体结构性比预估的要差;二是第一道支撑位于桩身3.5 m处，第一步挖土支护桩处于悬臂状态，挖掘机开挖起始处桩顶变形大于计算值，后期开挖变形叠加导致桩顶变形较大;三是型钢刚度较小，抗弯抗变形能力相对较差。

水泥土连续墙止水效果良好，整个基坑开挖及施工过程中无渗漏水现象，基坑侧壁干爽;深层承压水已隔断，且隔断效果良好，降水未对周边环境造成不良影响，周边建筑物及道路无明显沉降。

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结 论

(1)该项目坑深10.85～12.4 m。周边环境复杂，需要保护的道路及建筑物较多，市重点保护建筑物年代久远，大都为砖木结构，结构稳定性差;采用TRD工法桩内插型钢，两道混凝土支撑，支护效果良好。

(2)TRD工法止水效果良好，有效隔断深层承压水层，基坑侧壁无渗漏现象，止水降水效果良好，确保了已有建筑物、道路和管线的正常使用。通过该实例说明，TRD工法用作止水帷幕，适用于深大基坑存在较厚粉土粉砂层或地下水赋存条件复杂等基坑项目。

(3)型钢相对于灌注桩或地连墙等钢筋混凝土构件来说刚度较小，作为支护桩挡土构件存在局限性。因此，在软土地区一般适用于坑深不超过12m的基坑。

(4)局部变形较大处，为减少拔桩对周边环境的影响，制定了型钢拔除专项方案，并请资深专家进行论证。采用“隔五拔一”的方法进行试拔，型钢拔除后，及时在空隙处采用双液注浆等措施充填。试拔效果良好，周边变形稳定。

来源：《水利水电技术》

整理：TRD工法网

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