TRD工法等厚水泥土连续墙在厚砂层中的应用

张晓辉

1.河北省保定市地质工程勘察院 河北 保定 071051

2.北京市启力岩土工程有限公司 北京 102208

随着城市建设的步伐加快，建筑场地日益紧张，地下空间的拓展亦不断发展，基坑工程规模不断加大加深，其对高水位地区地下水处理和隔水要求愈来愈高。TRD 工法作为日本近年来研制的一种新型工法，具有施工深度大、适应地层广和成墙品质好等优点，其在渗透性较强的厚砂层中搅拌成墙后隔水性能可靠，强度均匀连续[1]。

东夏园162地块项目作为深大基坑，开挖支护过程中穿过第四系超厚富水砂层，其自稳能力差、介质胶结强度低，在开挖扰动及地下水作用下极易失稳破坏，诱发塌方、涌水、涌沙等重大工程事故，TRD工法在本项目首次应用，并取得较好的成果[2]。

1 工程概况

拟建工程位于北京通州区城市副中心，运河东大街与同济路两条通州区核心主干道交汇处，运河东大街以北，通济路以西，地块编号为FZX-0901-0162，地铁6号线、M102号线（规划中）在此交汇，属于双地铁上盖项目。地块边界东至通济路，南至运河大街，西至创新路，北至勤政东街。

本项目占地面积28000㎡，基坑面积24000㎡，总建筑面积为148137㎡，为商业项目。该项目地上7层，檐高43.5m，设置4层地下室，结构型式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础型式为平板筏板基础。

该项目支护结构工程属于超危大工程，且周边环境复杂（四边临近道路、临近既有管廊、既有6号线地铁）。跨越临地铁50m保护范围、管廊30m保护范围。

其中室内±0.00标高为21.35m。地下四层底板垫层底面标高0.53m（-20.82m），地下三层结构底板垫层底标高4.33m（-17.02m）。场地地面标高20.8-21.2m，基坑开挖深度地下四层为20.27m，地下三层为16.47m。基坑周边长620m。

基坑支护形式：采用渠式切割水泥土连续墙截水帷幕（TRD帷幕墙）+支护排桩+4道预应力锚杆+预留土台支护形式。

为了确保地下工程的施工安全，本项目先后组织了三次专家论证，即组织岩土专家进行了超危大工程专家论证、组织地铁岩土专家进行了临地铁超危大工程专家论证、组织管廊岩土专家进行了临管廊超危大工程专家论证，三次专家论证结果均为一次通过。

图1 基坑TRD平面布置图

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质条件

基坑围护范围浅部为人工填土及新近粉质黏土，下部全部为砂层，属于超厚含砂层。

地层简述如下：

（1）人工填土层

黏质粉土素填土①层：黄褐，稍密，稍湿，以黏质粉土为主，含少量砖渣、灰渣。

（2）新近沉积层

黏质粉土②层：褐黄色，中密～密实，稍湿，含云母，氧化铁。局部含粉质黏土透镜体，夹 粉质黏土②1层。

细砂③层：褐黄色～灰黄色，密实，湿，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

（3）一般第四纪沉积层

细砂④层：灰黄色～灰色，密实，饱和，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

细砂⑤层：灰色，密实，饱和，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

粉质黏土～黏土⑥层：灰色，可塑，很湿，含云母、氧化铁。局部含重粉质黏土夹层。

细砂⑦层：灰黄色，密实，饱和，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

粉质黏土～黏土⑧层：灰黄～灰色，可塑，很湿，含云母、氧化铁。

细砂⑨层：灰黄～灰色，密实，饱和，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

粉质黏土⑩层：灰色，可塑，很湿，含云母、氧化铁。

细砂⑪层：灰色，密实，饱和，主要矿物成分为石英、长石，含云母。

（4）粘质粉土、粉质粘土：灰色，硬塑，密实，很湿。本层层厚 3.1-13.0m，层底标高-29.48—-19.65m。

（5）细中砂：灰色，饱和，密实。

（6）粘质粉土、粉质粘土：灰色，可塑，密实，很湿。

2.2 水文地质条件

勘察钻探深度范围内观测到两层地下水，具体水位观测情况详见附表1“地下水位深度标高一览表”。

表1 地下水位深度标高一览表

场地内实测第一层水～潜水主要含水层为细砂④层，主要补给来源为大气降水，主要排泄方式为蒸发及地下水径流。

场地内第二层水～承压水主要含水层为细砂⑦层，主要补给来源为地下径流，主要排泄方式为侧向径流。

地下水位自7月份开始上升，9至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约1～2m。

近年来南水北调的水对北京地下水进行了大量补充，北京地下水位相对于勘察时间上升明显，经过水文补充勘察，场地稳定水位基本在4.5m，加上场地内超厚砂层，含水量大，地下水渗透系数大，对基坑开挖影响很大。

3 基坑地下水控制设计概况

（1）TRD墙及疏干井设计参数

本工程地下水控制设计渠式切割水泥土连续墙截水帷幕（TRD连续墙）及基坑内疏干井疏干，TRD墙厚800mm宽，墙深43m，墙顶标高20.6m，墙底标高-22.4m（绝对标高；坑内疏干井：深度 28m，底标高-7.25m（绝对标高），井间距 25m×25m ,以平面图为准。施工前结合结构底板图，尽量避免与梁柱位置冲突， 疏干井位置可适当调整，以避开工程桩、局部深坑等。井直径600mm，井管外径为400mm的无砂混凝土滤水管，坑内疏干井随土方开挖逐节摘除。TRD工程量统计如表2。

表2 工程量统计

表3 工序工效表

（2）TRD等厚水泥土搅拌墙施工相关参数

设计43 mTRD等厚水泥土搅拌墙，切割箱配置9 节，由下至上排列分别是：1 节4.3m 被动轮＋8 节 4.88m 切割箱，总长 43.34m，加上动力头连接余尺 1.34m

（3）切割刀具配置

根据TRD设计深度、等厚水泥墙宽度，切割箱刀具分别配置780mm、580mm、380mm，250mm，依次排列安装在链条上，循环安装，切割箱链条循环运转过程中分层分步切割形成800mm厚的全断面的墙体宽度。

（4）水泥材料及配比

TRD等厚水泥土搅拌墙水泥材料选取P.O42.5水泥，水灰比1.0-1.1，设计掺量25%，搅拌墙体每延米用水泥量约16t。

（5）TRD成墙设备

自2005年引入国内始，设备逐步国产化，使设备性能适应不同的地层，可以在直径小于100mm卵石、砾石地层、单轴抗压强度≤5MPa的极软岩地层、各类砂土层等。本次施工根据地层条件TRD水泥土搅拌墙设备采用TRD-D850、TRD-D型设备进行施工，使用2台套设备。

（6）TRD水泥土搅拌墙检验指标

垂直度不大于1/250，墙厚±30mm，墙底标高±30mm，墙中心线位置±25mm。

（7）等厚度水泥土搅拌墙28d浆液试块无侧限抗压强度标准值不小于1.0MPA，墙体渗透系数不大于10-7·10-4cm/s。

4 施工准备

4.1 场地准备

进场后，依据设计图纸测量定位墙中心线，内外墙线，洒白灰线，参照甲方提供的地下管线图，进行分层开挖导沟，破除清理浅部障碍物、渣土、废弃管线等，采用素土回填压实施工场地，二次放线，沿设计墙体中心线开挖导沟，做好场地准备；后台搅拌系统场地铺设钢板及硬化。

4.2 水电准备

由于现场网电总容量小，租赁800KVA柴发，为TRD桩机供应电力，后台采用网电提供动力，满足施工要求；场地地下水丰富，搅拌用水量大，采用4口降水井提供搅拌用水。

4.3 后台搅浆系统布设

在规划好的后台区域 配浆系统，配置80t水泥罐三个，100方水箱一个，配料系统一组，上水系统、搅拌机组1台，自动控制室，配电室等。

4.4 施工排泥浆处理

为避免污染场地，沿墙体中心线开挖排浆沟，容纳部分废浆，同步在完工区域堆挖废浆池，施工时用挖掘机掏浆到废浆池，晾晒，固化后土方铺路使用。

4.5 主要材料

该项目地下水丰富，为保证成墙质量，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。采用钠基膨润土做护壁搅浆的原材料。每立方米被搅拌土体掺入100kg 膨润土。

5 施工方法及质量保证措施

5.1 工艺流程

TRD工法，原理是利用链锯式切割箱逐节竖向打入地层中，然后做水平向切割土层，链条携带刀具上下回转，加入固化液混合搅拌，形成等强度等厚度的止水墙。

成墙工艺：

施工工艺采用先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌工艺成墙。

5.2 施工要点

5.2.1 测量放线

根据设计院总坐标图，采取TRD帷幕墙中心交点、拐点坐标，并编号，用RTK-GPS进行定位，随时校准，测量放线并验线后施工。

5.2.2 沟槽开挖

清障后再次平整场地，测量放线，打白灰线，沿中心线开挖1.5m*1.0m沟槽，为施工做准备。沿墙体内侧边线铺设钢板，设备行走枕木，稳固平整方便设备行走，技术人员做好墙体中心线平行标记标桩。

5.2.3 开挖预埋穴放置预埋箱

在设计起始点左侧5m范围，利用挖掘机沿止水帷幕中心线方向，开挖深约 4m、长2.5m、宽 1m 的预埋穴，用25t吊车将预埋箱吊放入预埋穴内，放置平稳，周边回填土平衡稳固。

5.2.4 主机对位

在场地北侧确定好起始位置，做好标记，由班长指挥桩机移动，移动前观察上、下、左、右的情况，发现问题及时处理，对位后桩机调整平稳，启动动力头钻进，第一节刀箱打入地下，机组人员分拆动力头与第一节刀箱。

5.2.5 切割箱与主机对位

提前用吊车将第二节切割箱吊入预埋穴箱内，利用支撑台固定，班长指挥TRD主机平移至预埋穴位置连接切割箱，主机再返回起始施工位置对接已打入地下的第一节切割箱，继续钻进；依次用吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴循环8次，直到配置好切割箱全部打入地下，挖掘至设计深度。

连接切割箱后，专人检查，保证连接正确牢固，所有配置好的切割箱连接完毕，保证切割深度满足设计要求。施工过程中勤检查刀具的磨损程度，提钻后，及时更换已磨损的刀具，保证切割质量。

5.2.6 安装测斜仪

每连接一节切割箱，安装一段测斜仪，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，保证 1/250 的垂直度要求。

5.2.7 TRD工法成墙

切割箱钻到设计要求，检查测试测斜仪，主机与切割箱有效安全连接，进行三工序等厚度水泥土搅拌墙施工。

第一工序：先行挖掘，后台注浆系统输送挖掘液，切割箱沿墙体中心线向前推进，挖掘切割地层土，形成成槽段，按图纸划分10m为一施工段，需要预留刀箱位置空间，保证成孔质量。

第二工序：回撤挖掘，第一成槽段完成后，切割箱再沿切割成槽中心回撤至切割起始点，随时补充切割液，回撤速度均匀，护壁完整，预防塌孔。

第三工序：成墙搅拌：切割箱回撤至切割起始点后切换注浆液，通过高压注浆泵均匀注入水泥固化液，切割箱二次向前推进，过程中槽内挖掘液和固化液在刀具的搅动下均匀拌和，形成等厚水泥土搅拌墙。 按要求预留拌合土的试块，用于检验成墙质量。

5.3 拔出切割箱

全部成墙施工结束，在策划的切割箱起拔区域注入同配比的固化液，加入缓凝剂，边起拔刀箱边注浆，确保对切割箱占据空间全部有效充填，切割箱起拔结束完成TRD墙施工。

5.4 冷缝处理

施工过程中，由于设备维修和迎接国庆2次停工，形成2处冷缝，冷缝处理措施如下：在远离冷缝侧重新下刀箱先行挖掘成孔，向冷缝位置切割不小于500mm，位置要准确，回撤挖掘成幅，成墙搅拌，本幅水泥掺量增加5%，达到冷缝交界面的处理效果。

6 质量保证措施

6.1 垂直度保证措施

场地平整压实，钻机行走钢板铺设平整，测量顶面标高，各板面标高要在允许误差之内。

6.2 水泥土强度和防渗性保证措施

后台采用自动化计量设备，确定好水灰比后，自动计量自动搅拌，保证水泥掺量、搅拌时间满足设计要求；搅拌成墙掘进，保持匀速搅拌，达到搅拌均匀性、渗透系数一致。

6.3 转角搭接连续性保证措施

本工程共设计4个拐角，先行施工侧成墙外延1000mm。拐角后，在远离拐角处侧重新下刀箱先行挖掘成孔，向已成墙位置切割不小于500mm，位置要准确，回撤挖掘成幅，再成墙搅拌，本幅水泥掺量增加5%，采用十字搭接保证转角完整性和密封性，达到转角搭接防水抗渗效果[3]。

7 效果评价

完成TRD止水墙、护坡桩等工序，基坑进行土方分层开挖，锚杆分层锚固。

根据TRD施工过程控制及检测检验结果，TRD帷幕止水墙成墙质量高，密实性好，隔水性好，成墙性均匀、完整性好，渗透系数较大程度的提高。基坑开挖到基底后，迎基坑面桩间土水位线在8.35～6.91m，至槽底标高4.33m-0.53m范围，桩间喷锚面均干燥无水，无渗漏，水泥土搅拌墙墙身隔水效果良好。满足总包单位基础及结构施工，效果良好。该工艺可以先行施工，缩短支护工期。

8 结束语

（1）本工程TRD施工时，支护方案在优化中，提前施工，优化了工期，节约工程造价。

（2）厚砂层饱和含水，要达到防水隔水效果，工艺设备选择是关键，其次是水泥掺量控制、水灰比控制和挖掘液的控制。

（3）确定北京市通州区潞城镇FZX-0901-0162地块TRD隔水帷幕，施工设备为TRD-D 、TRD-850型成槽机、最优水泥掺量25%、水灰比1:1、挖掘液采用钠基膨润土 。

（4）成墙水泥土试块检测结果表明: 水泥土搅拌墙墙体强度为1.0 ～3.55MPa，满足≥0. 8MPa 的设计要求，达到防水隔水的目的。