摘 要:随着基坑工程向深、大、紧、近方向的发展,深基坑的围护施工难度也凸现出来。TRD 工法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。相比于传统的地下连续墙工法,TRD工法具有成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、施工速度快的明显优点,TRD 围护墙在深基坑工程中的应用也有显著成效。
关键词:TRD 围护墙 深基坑工程 应用
一,TRD围护墙及其在深基坑建筑工程中的应用背景
自上世纪九十年代以来,我国兴建了大量高层建筑、道路桥涵及地铁车站等公共设施,基坑工程不断向深、大、紧、近方向发展,随之出现的各种基坑施工问题给基坑工程的设计、监测以及施工工艺提出了更高要求,深基坑的围护施工难度也凸现出来。无论在成墙深度方面,还是在成墙均匀度、连续性等方面,深基坑的传统围护施工都已经不能满足工程中的高难度施工要求。TRD 围护结构为一种新型地下支护形式,凭借其墙体均匀、止水性好,厚度一致,表面平整,H 型钢设置灵活等优点,在深基坑工程中越来越得到重视和应用。
TRD 工法即水泥加固土地下连续墙工法,是日本90 年代开发的一种新的施工方法,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。TRD工法中的T指Trench cutting(地下挖方),R指Re-mixing(混合物),D指Deep wall method(深层地下连续墙),所以
TRD工法可以称为等厚度水泥土地下连续墙工法。TRD 工法的中文名称最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”。与目前经常采用的单轴或多轴螺旋钻孔所形成的柱列式地下连续墙工法相比,其主要优点是成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好,施工速度快。
TRD设备由主机和刀具两大部分组成,插入地基中并沿刀架横移,同时作回转运动, 在深度方向上将各层土全方位搅拌、混合,灌入水泥浆液,并与原状土进行混合搅拌形成等厚度质量均匀的水泥加固土地下连续墙。TRD 工法的基本原理是利用主机沿造墙的方向移动,主机所带的链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混台原土并灌入水泥浆,形成一定厚度的墙体,以取代目前常用的高压喷射灌浆,单轴和多轴水泥土搅拌桩组成的柱列式地下连续墙。
二,TRD 围护墙在深基坑工程中的应用步骤 (一)TRD 围护墙在深基坑工程应用中的设计方法 1,设计计算
等厚度型钢水泥土搅拌墙采用相关规范中板式支护结构的设计计算方法进行围护墙的内力和变形计算,并应对基坑的整体稳定性、抗倾覆稳定性、坑底抗隆起等各项稳定性进行计算。墙体抗弯刚度只计算内插型钢的截面刚度。在对等厚度型钢水泥土搅拌墙进行支护结构内力、变形和各项稳定性计算时,支护结构的深度应取型钢的插入深度,不计入型钢端部以下水泥土的作用。应对型钢翼缘端部间的型钢和水泥土交界面受剪承载力进行验算。水泥土搅拌墙的深度除需满
足型钢的插入要求外,还应满足基坑的抗渗流稳定性要求。
2,设计与构造
墙体厚度为550~850 mm,并按50 mm 模数调整,墙厚应与内插型钢截面相匹配。为确保型钢插入和隔水可靠性,墙厚宜大于型钢截面高度100~150 mm。内插型钢间距应均匀布置,且型钢中心距不宜小于550 mm,以便型钢拔出。墙体深度主要取决于型钢插入深度和隔水两方面要求。墙体深度宜深于型钢底部0.5 m,以便型钢插入。同时墙体深度应满足隔水深度要求。整个墙体深度范围内水泥掺量均一,水泥掺量宜取20%~30%,在渗透性较弱的地层中宜取低值,当地层中存在较厚的强透水层时,水泥掺量宜取高值。
(二)TRD 围护墙的施工工序
TRD 围护墙的施工工序主要有六步,即:
第一,开挖沟槽。利用挖机开挖施工沟槽,沟槽宽度约为1300mm,深度约为1000mm。
第二,吊放预埋箱。用挖掘机开挖深度约3m、长度约2m、宽度约1m 的预埋穴,并将预埋箱吊放入预埋穴内。
第 三,桩机就位。在施工场地的一侧架设激光经纬仪,通过照射出的光束点,调整桩机的位置。由当班班长统一指挥桩机就位,移动前看清上、下、左、右各方面的情况,发现有障碍物应及时清除,移动结束后检查定位情况并及时纠正,桩机应平稳、平正。
第 四,切割箱与主机连接。用指定的履带式吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴,利用支撑台固定;TRD 主机移动至预埋穴位置连接
切割箱,主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘工序。
第 五,安装测斜仪。切割箱自行打入到设计深度后,安装测斜仪。通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪,可进行墙体的垂直精度管理,通常可确保1/250 以内的精度。
第 六,TRD 工法成墙。测斜仪安装完毕后,主机与切割箱连接。在切割箱底部注入挖掘液或固化液,使其与原位土体强制混合搅拌,形成等厚水泥土地下连续墙。
TRD 工法成墙后还需要进行检测,等厚度水泥土搅拌墙墙体的检测包括强度检测和抗渗性能检测。墙体强度检测主要采用水泥土试块强度检测方法,包括水泥土强度室内配比试验、浆液试块强度试验、钻孔取芯试块强度试验三种检测方法。
三,TRD 围护墙在深基坑工程中的应用案例
在杭州金沙印象城工程中,该工程地下四层,地下室面积约5.9 万平米。北面靠近地铁范围支护采用三轴水泥搅拌桩中间夹地下连续墙,其它部位采用三轴水泥搅拌桩和钻孔灌注桩结合体及沿基坑周边采用TRD等截面搅伴墙全场封闭结构。基坑深19.3米,局部落深区域深20.7米,开挖基坑周长约584米,场地自然地面标高-0.8 米(相对绝对标高6.000m)。其中TRD 搅拌墙,墙体宽0.7m,有效墙顶标高-0.8 m,有效桩长34.2m,内周长625.7m,固化剂采用PO42.5普硅水泥,参入比25%,水灰比1.0-2。 在以上工程具体实施过程中根据工程的地质实际情况拟定的配合比为:采用 P.O42.5 级普通硅酸盐水泥,水泥掺量 25%,即每立方被搅拌土体掺入 450kg/m 3 水泥,
水灰比不大于 1.5。在成墙前的先行挖掘和回撤挖掘时掺入 100kg/m 3 膨润土。该配方拌制的浆液经放置24h实验,其物理性能稳定,浆液流动性良好。TRD搅伴墙经该工程实际证明此方法具有安全简便,而且成本较低,施工便利,施工时间短,施工质量可靠,止水效果良好的特性。
四,TRD围护墙应用在深基坑工程中的展望
TRD围护结构深基坑的稳定性和安全性,是设计和施工中的关键环节。尽管 TRD 工法的研究在近几年来已成为国内外研究的热点,并在 TRD 工法施工工艺上取得了很大的进展,但对于 TRD 工法地下连续墙在开挖时整体稳定性分析以及对于周边环境的影响还缺乏全面,系统,深入的研究,TRD 这种新工法仍存在诸多不足,其主要问题有:
第 一,TRD 工法支护墙体设计中,支护墙体入土深度的合理确定仍是关键问题;
第 二,TRD 工法深基坑在开挖过程中的数值模拟、对于土体本构参数的选取还需进一步研究;
第 三,对于 TRD 工法在深基坑开挖的时空间效应开挖过程中的监测数据分析,有待更深入的研究;
第 四,因 TRD 工法地下连续墙相对于其它围护结构的造价更昂贵的围护结构形式,因此必须进行合理设计与研究分析,以确保安全和经济的有机统一,尤其对施工过程中的 TRD 围护结构深基坑的变形必须严格控制以防倒塌。
尽管仍有这样那样的不足,但不可否认,根据现有深基坑工程应用来看,TRD工法支护效果很好,相对于其它工法,TRD 围护墙体现出良好的挡土与止水效果,具有良好的应用前景。TRD围护墙应用于深基坑的工程实践,也可为类似基坑工程型钢水泥土搅拌墙和超深隔水帷幕的设计提供新的设计思路和借鉴参考。
参考文献:
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[2] 李白 刘小丽 黄敏.微型桩在基坑工程中的应用与思考.2011年全国工程地质学术年会论文集.2011年
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