王一兆，李志利，隋耀華，張思遠(yuǎn)，徐世楊，馮德鑾

（1、廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣州 510010；2、廣東工業(yè)大學(xué) 廣州 510006）

0 引言

TRD（Trench cutting Re-mixing Deep wall）工法，又稱渠式水泥土地下連續(xù)墻施工工法，是利用鋸鏈?zhǔn)角邢鞯毒哌M(jìn)行渠式等厚度水泥土地下連續(xù)墻的施工技術(shù)，其主要工藝分為鏈鋸型切削刀具縱向和橫向切削土體、注漿攪拌和水平推進(jìn)構(gòu)筑3個(gè)主要工序，由此形成無縫連續(xù)的渠式等厚度水泥土地下連續(xù)墻［1-2］。

TRD 工法技術(shù)首先由上海引進(jìn)，然后在上海地區(qū)及華東地區(qū)迅速普及，有較多的工程實(shí)際應(yīng)用［3-4］。其中，上海國(guó)際金融中心深基坑工程試驗(yàn)中，坑深達(dá)到56 m，通過現(xiàn)場(chǎng)非原位成墻試驗(yàn)，為TRD 工法在深厚砂質(zhì)地層中作為止水帷幕的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)依據(jù)，另外，TRD 工法已在天津和淮安地區(qū)深厚密實(shí)堅(jiān)硬砂層、南昌地區(qū)礫砂層和上海軟土地層的多個(gè)基坑工程中得到成功應(yīng)用，因其成墻工效高，墻體隔水性能可靠，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益［5-10］。已有試驗(yàn)研究成果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果表明：在適當(dāng)?shù)乃鄵搅織l件下，TRD 水泥土墻體的抽芯試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及抗?jié)B性容易滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)周邊環(huán)境的影響可得到有效控制。值得指出，南昌綠地中央廣場(chǎng)工程中使用TRD 工法圍護(hù)技術(shù)，基坑深度達(dá)17.45 m，場(chǎng)地多為沖積層，底部為巖層，其中TRD 墻體實(shí)現(xiàn)入巖深度達(dá)0.5 m，基坑安全性及止水性能良好，再次驗(yàn)證TRD 工法圍護(hù)技術(shù)的地層適應(yīng)性。此外，TRD 工法安全穩(wěn)定，連續(xù)成墻，接縫極少且內(nèi)插型鋼回收率達(dá)100%，貼合綠色環(huán)保施工要求［6］。然而廣州地區(qū)地層相對(duì)復(fù)雜，尤其是軟土地層，更是具有含水率高、有機(jī)質(zhì)含量高、壓縮性高、承載力低、透水性地、變形穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)的“三高兩低一長(zhǎng)”的顯著的地域特征，工程性能極差。因此，TRD 工法在廣州地區(qū)復(fù)雜地層深基坑工程中應(yīng)用的適用性和優(yōu)越性需要作進(jìn)一步的探討。本文以廣州地鐵某停車場(chǎng)基坑工程項(xiàng)目為依托，詳細(xì)介紹了TRD 工法的設(shè)計(jì)方法及工程實(shí)踐效果分析，為TRD 工法在粵港澳大灣區(qū)的推廣和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 工程概況

1.1 基坑概況

廣州地鐵某停車場(chǎng)基坑工程位于廣州市番禺區(qū)番禺大道南東側(cè)，夾于市橋水道與順德水道之間，場(chǎng)地地下水豐富。停車場(chǎng)U 型槽基坑長(zhǎng)約260 m，寬約30 m。場(chǎng)地現(xiàn)狀地面標(biāo)高約為4.6～7.9 m，整平標(biāo)高為+5.5 m?；由疃葹?～11.3 m?；幽蟼?cè)距離番禺大道南路僅4.95 m。

1.2 水文地質(zhì)概況

停車場(chǎng)U 型槽基坑工程地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，地層分布及特征如下：

素填土：稍壓實(shí)～壓實(shí)，未完成自重固結(jié)，分層厚度0.30～2.50 m；

淤泥：流塑，主要成分為黏粒、粉粒及有機(jī)質(zhì)，分層厚度0.60～5.10 m；

淤泥質(zhì)粉細(xì)砂：飽和，松散，級(jí)配不良，局部夾薄層淤泥，分層厚度1.00～5.10 m；

粉質(zhì)黏土層（沖積-洪積）：軟可塑～硬可塑，局部含砂粒，分層厚度0.50～8.05 m；

將測(cè)得的MIC值與CLSI動(dòng)物源細(xì)菌抗菌藥物敏感性試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(2013年第4版)肉湯稀釋法規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)菌株(ATCC?25922)MIC值允許范圍(表1)進(jìn)行比較，判定受試菌對(duì)抗菌藥的敏感性。

粉質(zhì)黏土層（殘積）：硬塑～堅(jiān)硬，成分以粉粘粒組成，土質(zhì)不均，分層厚度0.90～7.40 m；

泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化層：巖芯呈現(xiàn)堅(jiān)硬的土狀，遇水容易軟化崩解，分層厚度0.70～7.20 m；

泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層：巖芯呈半巖半土狀，碎塊夾土狀，巖質(zhì)極軟，分層厚度1.20～7.50 m。

本項(xiàng)目的工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，存在較厚的軟弱土層，其最厚深度達(dá)10 m，滲透性較大的粉砂層厚度達(dá)5 m，因此，長(zhǎng)度復(fù)雜的水文地質(zhì)條件對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和止水效果有嚴(yán)格的要求。

2 總體設(shè)計(jì)方案

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基坑工程采用內(nèi)插H 型鋼TRD 工法支護(hù)形式，綜合現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境、地質(zhì)條件和基坑深度，基坑支護(hù)分為4 個(gè)區(qū)段，如圖1 所示。其中，A 段：基坑深度6.2～11.3 m，采用850 mm 厚TRD 工法墻內(nèi)插HN700×300×13×24型鋼，型鋼水平間距1.0 m，冠梁采用C30混凝土，截面尺寸為0.8 m×1.2 m，腰梁采用鋼腰梁，設(shè)置兩道支撐，第一道為混凝土支撐，截面尺寸為0.8m×0.8 m，水平間距9.0 m；第二道為鋼管支撐，截面為直徑?609 mm和壁厚t=16 mm，水平間距3.0 m。TRD工法基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的典型剖面圖如圖2所示。B段：基坑深度4.5～6.2 m，采用850 mm 厚TRD 工法墻內(nèi)插HN700×300×13×24型鋼，型鋼水平間距1.0 m，冠梁采用C30混凝土，截面尺寸為0.8 m×0.8 m，水平間距9.0 m。C 段：基坑深度1.5～4.5 m，采用850 mm 厚TRD 工法墻內(nèi)插HN700×300×13×24 型鋼，型鋼水平間距1.0 m，頂部設(shè)置0.8 m×1.2 m 的C30 混凝土冠梁，懸臂支護(hù)。D 段：基坑深度0～1.5 m，采用1∶2.0放坡支護(hù)，坡面采用噴射混凝土防護(hù)?；觽?cè)壁安全等級(jí)為A段一級(jí)，其余二級(jí)。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置示意圖Fig.1 Plan of Foundation Pit Support Structure

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面（A段）Fig.2 The Section Profile of Foundation Pit Support Structure（Segment A） （mm）

2.2 不同摻量水泥固化土的滲透和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

TRD 工法中，等厚水泥土攪拌墻的材料強(qiáng)度和滲透系數(shù)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和滲透性產(chǎn)生重要影響。同時(shí)，場(chǎng)地存在較厚的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層，為此，需要對(duì)不同水泥摻量固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲透性展開分析。

2.2.1 試驗(yàn)材料

現(xiàn)場(chǎng)各土層的基本物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。試驗(yàn)所采用的固化劑為普通硅酸鹽水泥，其基本化學(xué)成分如表2所示。

表1 土樣的基本物理指標(biāo)Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of the Soil and Rock Material

表2 水泥的化學(xué)成分Tab.2 Elemental Composition of Cement

2.2.2 試驗(yàn)方法現(xiàn)場(chǎng)取回的土樣經(jīng)烘干、碾碎、過2 mm篩后置于塑料桶密封備用。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試樣直徑39 mm、高度80 mm，滲透試驗(yàn)試樣直徑61.8 mm，高度40 mm。制備方法為：按一定配比稱取適量干土和水泥，置于配樣桶中，充分混合，對(duì)于淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，設(shè)定水泥摻量為15%、25%、30%和35%，對(duì)于粉質(zhì)黏土，設(shè)定水泥摻量為15%、20%、25%、30%和35%，水灰比均為1∶1。根據(jù)土體的天然含水量及1∶1的水灰比所需水量取適量水摻入，攪拌均勻。將洗凈的三瓣模組裝好，內(nèi)壁涂一層薄機(jī)油，置于涂有機(jī)油的玻璃片上，將土體分3～5 層加入模中搗實(shí)、整平、覆蓋玻璃片，放入塑料袋密封，置于底部有少量水的密封箱中，養(yǎng)護(hù)至齡期后進(jìn)行試驗(yàn)，齡期分別為7 d、14 d和28 d。其中，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度制備62組試樣，每組3個(gè)平行試樣，共186個(gè)試樣；變水頭滲透試驗(yàn)進(jìn)行6組測(cè)試。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

⑴不同配比條件下水泥固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同配比條件下水泥固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Unconfined Compressive Strength of Solidified Soil with Different Cement Content

⑵不同配比條件下水泥固化土的滲透試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 TRD等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻取芯檢測(cè)結(jié)果Fig.4 Unconfined Compressive Strength of the TRD Cement-soil Mixing Wall

2.2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖3?可知，對(duì)于淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，其固化土土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量和齡期的增加而增加，當(dāng)水泥摻量大于30%時(shí)，水泥固化土的28 d抗壓強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求；由圖3?可知，對(duì)于粉質(zhì)黏土，其固化土土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量和齡期的增加而增加，當(dāng)水泥摻量大于15%時(shí)，水泥固化土的28 d抗壓強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求；由圖3?可知，對(duì)于淤泥，其固化土土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量和齡期的增加而增加，當(dāng)水泥摻量大于30%時(shí)，水泥固化土的145 d 抗壓強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求，但對(duì)于28 d 齡期，當(dāng)水泥摻量達(dá)到35%時(shí)，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.62 MPa，仍然小于設(shè)計(jì)要求的1.8 MPa；這樣高水泥摻量低抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)象可能是由于淤泥中含有一定的有機(jī)質(zhì)引起，考慮到TRD墻體的現(xiàn)場(chǎng)抽芯抗壓強(qiáng)度測(cè)試均大于2.4 MPa，與試驗(yàn)測(cè)定的1.62 MPa 有較大差異（水泥土墻體的抽芯抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖4），故此，經(jīng)分析勘察報(bào)告，按照?qǐng)?bào)告揭示的淤泥與淤泥質(zhì)粉細(xì)砂的層厚比例，制備了淤泥+淤泥質(zhì)粉細(xì)砂的固化土試樣，并測(cè)定了其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖3?所示；由圖3?可知，對(duì)于淤泥+淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，當(dāng)水泥摻量大于30%時(shí)，水泥固化土的28 d抗壓強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求；由圖3可知，水泥固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量的增加而增加，但當(dāng)水泥摻量超過30%后，水泥摻量的增加對(duì)水泥固化土強(qiáng)度提高的貢獻(xiàn)不再明顯。

由圖5可知，當(dāng)水泥摻量大于15%時(shí)，水泥固化淤泥質(zhì)粉細(xì)砂7 d 齡期的滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，其中設(shè)計(jì)要求為水泥土攪拌墻的滲透系數(shù)小于1.0×10-7cm/s。

圖5 水泥摻量與滲透系數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship between Cement Content and Permeability Coefficient of the Solidified Soil

因此，工程實(shí)際中水泥摻量為30%可滿足水泥土TRD墻體的強(qiáng)度和滲透性設(shè)計(jì)要求。

2.3 TRD工法等厚度水泥土地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目TRD 墻體的設(shè)計(jì)厚度為850 mm，采用P.O.42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，其中，水泥摻量為30%，水灰比為1.0，TRD 主機(jī)鋸鏈?zhǔn)角邢鞯毒呔蜻M(jìn)時(shí)的挖掘液采用鈉基膨潤(rùn)土拌制，膨潤(rùn)土摻量為10%。設(shè)計(jì)要求TRD 墻體的28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于1.8 MPa。TRD墻體采用TRD-E型的TRD主機(jī)進(jìn)行成墻施工，采先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌的施工工藝。設(shè)計(jì)要求TRD 墻體的垂直度不大于1/250，墻位偏差不大于15 mm，墻深偏差不得大于50 mm，成墻厚度偏差不得大于20 mm。TRD 等厚度水泥土地下連續(xù)墻的墻身強(qiáng)度采用28 d齡期后鉆抽取芯來判定。

3 TRD工法工程實(shí)施效果分析

3.1 TRD 工法等厚度水泥土地下連續(xù)墻現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

TRD 工法等厚度水泥土地下連續(xù)墻現(xiàn)場(chǎng)施工過程安全、順利、施工效率較高，成墻效率達(dá)到8～12 m/d，水平掘進(jìn)速率為0.4～1.0 m/h，挖掘和回撤速率為5～8 m/h，攪拌成墻速率為2.0～2.5 m/h，養(yǎng)護(hù)28 d 后對(duì)TRD 等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻進(jìn)行抽芯檢測(cè)，抽芯孔位如圖1 所示。TRD 等厚度水泥土地下連續(xù)墻抽芯檢測(cè)結(jié)果如圖4 所示。TRD 工法構(gòu)筑的水泥土地下連續(xù)墻體質(zhì)地均勻、芯樣強(qiáng)度較高、防滲性能良好。鉆孔抽芯試樣的平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均大于2.4 MPa，可以滿足設(shè)計(jì)要求（1.8 MPa）。在開挖過程中，基坑內(nèi)側(cè)坑壁干燥，無滲漏水現(xiàn)象，說明TRD工法構(gòu)筑的等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻的止水可靠性，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍如圖6所示。

圖6 基坑圍護(hù)體側(cè)壁現(xiàn)場(chǎng)Fig.6 Site of the Side Wall of the Foundation Pit

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑各段TRD 工法等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻內(nèi)插H 型鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體水平位移和周邊環(huán)境沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分別如圖7、圖8 所示?；訉?shí)施過程中，整個(gè)基坑TRD 墻體的最大水平位移出現(xiàn)在C 段的墻體頂部，最大位移量為17.5 mm，該段支護(hù)體系為懸臂的TRD 墻體內(nèi)插型鋼；對(duì)于帶內(nèi)支撐體系的區(qū)段，最大水平位移出現(xiàn)在坑底附近，為10.0 mm；整個(gè)基坑周邊最大沉降量為36.8 mm?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和周邊地面沉降均在《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012》［11］規(guī)定的限值之內(nèi)。采用內(nèi)插型鋼的TRD 工法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)控制基坑和周邊環(huán)境的變形有很好的效果。

圖7 基坑各段TRD墻體的水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.7 Horizontal Displacement Monitoring Results of Each Section of the Foundation Pit

圖8 基坑各段地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.8 Monitoring Results of Surface Settlement in Each Section of Foundation Pit

由基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況和監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，內(nèi)插H 型鋼TRD 工法的擋土止水效果良好。因此，采用內(nèi)插H 型鋼TRD 工法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)地下水位控制和周邊環(huán)境保護(hù)是有效的。

4 結(jié)論

本工程是廣州地區(qū)首個(gè)采用內(nèi)插H 型鋼TRD 工法作為支護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕的基坑工程，工程場(chǎng)地地層復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，地下水豐富，對(duì)基坑的擋土結(jié)構(gòu)和止水帷幕的可靠性提出了較高的要求，基坑工程采用內(nèi)插H 型鋼TRD 工法作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保了基坑工程的順利實(shí)施，得到的主要的結(jié)論如下：

⑴TRD 工法構(gòu)筑的等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻墻體均勻性和連續(xù)性好，水泥土膠結(jié)良好，芯樣平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均不小于2.4 MPa，基坑內(nèi)壁無滲漏情況，止水效果良好。

⑵對(duì)于淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，其固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量和齡期的增加而增加，當(dāng)水泥摻量大于30%時(shí)，水泥固化土的28 d抗壓強(qiáng)度和滲透性可滿足設(shè)計(jì)要求。

⑶基坑的實(shí)施過程和監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移和周邊地面沉降均處于合理可控范圍，采用內(nèi)插H 型鋼TRD 等厚度水泥土攪拌地下連續(xù)墻作為擋土止水結(jié)構(gòu)對(duì)基坑位移和周邊地面沉降的控制是安全可靠的，可為同類工程項(xiàng)目提供借鑒與參考。