杭州市地铁7号线工程土建施工SG7-2标段城站站深基坑项目位于杭州市上城区,该基坑南侧紧邻运营中的地铁1号线,直线最短距离12米,基坑周边环境复杂,基坑上方原为住宅区,地下障碍物多,地下水丰富且为⑦层承压水,开挖难度大。深基坑支护方式为800厚地下连续墙,南侧靠近地铁侧采用TRD工法作为止水帷幕对地下水进行隔断。本文介绍了TRD工法在在紧邻运营地铁基坑中的应用,阐述了TRD
施工工艺、要点及施工中极易出现的问题和处理措施。
0 引言
随着城镇化的不断发展,城镇开发逐渐向纵深方向加大,大规模的城市综合体、超高层建筑以及超大型城市交通枢纽等地下的空间,超深超大基坑不断出现在城市轨道交通、地下
综合管廊、老旧建筑物等环境敏感的老城区区域。这使得施工过程中对深基坑围护形式的稳定性、安全性、经济性以及基坑周边环境的保护要求越来越高。TRD工法作为一种新型的基坑围护止水帷幕,既能隔断深度30~60m 深层承压水,又能有效控制对周边环境的影响,是一种可持续发展、循环经济的绿色工法。
1 TRD工法的基本介绍
1.1 TRD工法简介
TRD工法(Trench-Cutting&Re-mixing Deep Wall Method),中文叫法比较多,最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”,后陆续有文献称其为:等厚度水泥土地下连续墙工法,原位置上混合搅拌壁式地下连续墙施工法,水泥加固土地下连续墙浇筑施工法等。
TRD工法由日本90年代初开发研制,是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。至2017年,不完全统计施工330项工程,总面积约为233㎡,施工最大深度56.8m,壁厚550mm-850mm。该工法将水泥土连续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。
1.2 TRD工法的原理
TRD工法机利用插入地下的带有链传动刀头和注浆管的切割箱进行深度切割和横移切割并进行上下运动循环分搅拌,同时灌注水泥凝结剂,固化后便形成均匀的水泥土连续墙。如果在过程中 插人H 型钢之类的芯材,可以使连续墙成为基坑挖掘工程中的挡土防渗或承重墙使用的一种全新的止水、防渗支护结构施工技术。
1.3 TRD工法的特点
(1)稳定性更高
TRD工法与传统的工法相比,前者在施工的过程中一直将切割箱插在地下,因此发生倾倒现象的几率为0,机械的高度和施工的深度是没有什么关系的(约为10米),其稳定性和传统的工法相比更高,同时通过性也比传统工法更好。
(2)成墙的质量更好
TRD工法与传统的工法相比,搅拌更均匀,施工的连续性更强,不会发生咬合不良的现象,进而有效的保证了墙体的连续性能和止水性能更强。TRD工法可以在任意间隔插入H 型钢等芯材,不仅能有效的增强连续墙的强度,还能节省施工材料,降低工程成本,与此同时,还可以有效的提高施工效率。
(3)施工精度高
TRD工法与传统工法相比,施工的进度不会受到深度的影响,因而无论施工深度有多深,其质量都是有保障的。通过施工管理系统对切削箱体各深度X、Y方向数据进行有效的监测,实时操作调节,进而有效的保证成墙的精度,提高墙体质量。
(4)适应性强
TRD工法比传统工法应用范围更广。包括粘性土、砂土、砂砾及砾石层,在标贯值30 击以上的密实砂层以及无侧限抗压强度不超过10MPa 的软岩中也具有良好的适用性。砂、粉砂、粘土、砾石等一般土层及N 值超过50 的硬质地层中施工。例如:鹅卵石、粘性淤泥、砂岩、油母页岩、石灰岩、花岗岩等。
(5)施工深度大
最深项目案例可达60 米,成墙厚度550~850mm。
2 施工实施的关键问题和对策
2.1 工程概况
杭州地铁7 号线工程土建施工SG7-2 标段城站站位于杭州市上城区,处于规划海潮路) 与规划婺江路交叉路口,沿规划海潮路南北向布置; 为地下二层车站,基坑开挖深度15.14 米,局部17.14 米。站位西侧为规划商业,站位东侧为规划商业和住宅,均尚未实施。站位南侧为既有1 号线区间,已开通运营,距离基坑最近距离11.5 米。站位北侧为住宅。
图1项目平面位置图
根据安全评估报告 , 城站站
基坑施工期间对运营1号线盾构隧道风险等级为II 级;7号线盾构始发期间风险等级为特级。为确保运营1 号线的隧道安全,在城站站基坑与运营号线盾构隧道之间增设一道宽850mm 的TRD 水泥搅拌墙止水帷幕, 以隔断两者地下水的联系。
2.2工程地址条件
地质勘查报告表明,拟建场地区域地质构造单元属于扬子准地台钱塘台褶带,浙西北大复向斜翼部,属于古河道和正常沉积区过渡地带,在此范围内的地基土属于第四系沉积物,主要有饱和粘性土、粉性土和沙土组成。根据实地详勘钻孔揭露。拟建场地地层较稳定,具体揭露的底层有:新进人工填土、第四系全新冲基层及第三系新余群。
2.3TRD工法工艺
2.3.1施工准备
(1)场地及道路的部署
在进行施工道路的部署时,不但要考虑其与水泥土搅拌桩墙(TRD)成桩机械承载要求相符合,同时还需确定其适应日后基坑施工的需要。因此,相应的工程施工人员在施工现场进行内外2 圈、宽8m的环形主道路的设置,场地内部进行宽8m的副道路的设置(一条)。该项工程中水泥土搅拌桩墙(TRD)成桩机械荷载大约为1500kn。另外,为了有效的满足施工的需要,施工人员在进行道路的施工时,采用C20混凝土进行浇筑工作,且其浇筑的厚度为20厘米,同时,下铺单排双向Φ12mm@150mm的钢筋,以此确保道路的强度和承载能力。在进行地坪浇筑施工前,首先,施工人员对表层素土进行有效的处理,利用压路机对其进行分层压实;其次,根据文明施工的要求,施工现场其它区域做厚10厘米素混凝土硬地坪;最后,道路地坪施工滞后,要进行坡向排水沟的施工。
(2)测量放线
先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点,精确计算出围护墙中心线角点坐标,进行坐标数据复核;利用测量仪器进行放样,同时做好护桩,通知相关单位进行放线复核。
(3)开挖沟槽
根据测量放出的边界线,采用挖土机开挖沟槽,并清除地下障碍物。
2.3.2工艺流程
图2TRD工法工艺流程图
TRD 工法主要施工工序分为: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。 其中切割成墙采用三序成墙施工顺序: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、松动土层一段距离,然后回撤挖掘至原处,再注入固化液向前推进搅拌成墙。
以下为等厚度水泥土搅拌连续墙各施工工序图:
图3切割箱自行挖掘工序图
图4切割箱回撤挖掘工序图
图5切割箱拔出分解工序图
2.4施工要点
2.4.1转角处理
施工过程中存在多处转角,为确保水泥搅拌墙转角处的连体性,需预留水泥搅拌墙转角施工空间,在拐角处各延长0.5 米搭接以保证搅拌墙的连续性;在与地连墙的搭接处预留0.5 米外放口,在后期采用高压旋喷桩进行处理,以保证施工连续性和基坑止水效果。
2.4.2 桩机定位及垂直度修正
TRD 工法采用硬地坪施工,施工时桩机行走时沿定位线移动,定位线用全站仪放线,用白灰线在钢板上打出一条步履行走路线,定位线以步履带内边一致,确定到切割箱的距离是即到墙体轴线的距离。TRD 移动时,统一指挥,移动前看清上、下、左、右各方向的情况,TRD移动结束后认真检查定位情况并及时纠正。TRD 应平稳、平正,并确保TRD的重直度,铺设钢板的路面标高用水准仪测量高程,以便控制切制箱的长度和墙体高度。TRD定位后再进行定位复核,定位偏差值≤ 15mm,标高偏±50mm,桩机垂直度偏差<1/250。
2.4.3 切割箱的安装及纠偏
TRD 工法定位完毕后,开启回旋刀链锯切割土体,并依次拼接刀具下钻至设计桩底标高。本设备切割箱宽度为0.85m。施工时根据设计深度合理调配切割箱的长度和块数。在施工过程中,通过安装在切割箱内的测斜仪,测斜仪能及时将切削箱的垂直度反应在桩机驾驶室的电脑上。若发现倾斜,及时用机身斜支撑和门架支撑修正切割箱,确保墙体的垂直度。斜支架能调整机身的前后向垂直度,门架能调整机身的左右向垂直度,通过反复的调整斜支架和门架,把成墙的垂直度控制在1/250 以内。
2.4.4 固化液和挖掘液的拌制
固化液采用P.O42.5 级水泥浆液拌制,水灰比控制在1.5 左右, 水泥掺量30% 。挖掘液采用膨润土,要求黏度为30.5s, 滤失量12.2cm3, 筛余为3.3%,屈服值2.5 进行拌制,根据相类似工作经验,被搅动土体掺入80~100kg/m³ 的膨润土。浆液拌制采用自动拌浆设备,后台标明施工参数。水泥浆液配置好后,停滞时间不得超过2h,防止发生浆液离析,影响水泥浆液与土体的均匀拌合。施工中保持泥浆的流动性,采用NLD-3 型流动度测试仪测试。按搅拌的难易程度,及时调整混合泥浆的流动性指标,增加浆液的携渣能力,提高TRD 工法成墙的均匀性和胶结度。挖掘液配比水: 膨润上:CMC = 1000:90:0.6,相对密度为1.08,水灰比1.5,固化液相对密度为1.46。
2.4.5 水泥土墙体成墙施工
TRD 成墙采用三序成墙施工顺序,先行挖掘速度控制在lm/h 内,成墙搅拌速度控制在2m/h 内。当桩机就位完成后,将水平链锯式切割箱拼接并下钻至设计桩底标高,开始水平横向挖掘前进,同时在切割箱底部注入挖掘液,然后再水平挖掘回撤至开始点,保证充分混合、搅拌、切割土体,最后再一次水平推进注入固化液,使其与原土体强制混合搅拌,形成水泥土搅拌连续墙。等厚度的水泥土搅拌墙应连续施工,搭接已成型墙体时,搭接距离约30~50cm,搭接施工时,要放慢掘进速度,确保搭接质量。水泥士搅拌墙的垂直度≤ 1/250, 墙位偏差≤ 50mm, 墙身偏差≤ 20mm, 成墙厚度偏差值≤ 20mm,实时监测成墙重直度。搭接施工时,要放慢掘进速度,确保搭接质量。水泥士搅拌墙的垂直度≤ 1/250, 墙位偏差≤ 50mm, 墙身偏差≤ 20mm, 成墙厚度偏差值≤ 20mm. 实时监测成墙重直度。
2.5TRD施工常见突发情况及预防措施
2.5.1 停电
TRD 施工设备采用后台用电,前台主机和动力头均用柴油发电机的方式。若遇到突然停电,可将后台送浆泵内余浆放出来,并把储浆桶内水泥浆清理干净,TRD 主机每隔半小时空转5min,防止水泥浆液凝固,防止TRD 主机切削结构被埋。
2.5.2 机械损坏
TRD 施工时应配备专业的修理工2 人,全天轮流值班,且预备一定量的施工配件。当遇到机械损坏时,能在第一时间抢修, 防止因机械损坏停工而延误工期。
2.5.3 堵管
若发生管道堵塞,应立即停泵处理。维修工立即检查送浆管路,及时更换堵塞的管道,快速恢复生产。待处理结束后,立即把搅拌钻具启动并停留约2min 后继续注浆,等注浆约60s 后恢复横向搅拌切割。
2.5.4 施工过程中切割箱倾斜角度过大
若在施工过程中切割箱遇到上软下硬土质,会导致切割箱倾斜过大。桩机应重新回撒,调整切割箱至垂直位置,再次切割该段位置,并适度将切割箱上下提升。
2.6TRD成墙对周边土体的影响
通过对该施工过程进行理论模型数据分析得出以下结论:2m 处土体位移和沉降变形最大为:位移变形量-2.03mm, 土体隆沉变形量2.34mm;4m 处土位移变形最大为:位移变形量-0.95mm,土体隆沉,变形量为1.03mm。成墙施工过程中2m 处土体位移量比4m 处明显。4m 处测点最终位移量与该试验设计要求位移量+2mm 相比,满足小于2mm 的要求;成墙施工引起的上体隆沉最终为向上隆起,隆起量不大,满足要求。
3 结语
本文叙述了TRD 工法具有的特点和优点,同时并结合对实际工程的理论模型数据分析,对其关键问题和决策做了有效的分析。并在案例中预测TRD工法在工程中的应用得到了良好的效果,相信通过不断的总结和实践,TRD 工法将会有更大的发展空间。