中建二局第三建筑工程有限公司长薪文化旅游城项目 北京 100070
摘要：随着地上土地资源空间有限的情况下，地下空间的开发利用已成为新时代建筑行业的发展趋势，从单一的规则建筑向大、深、紧、复杂多变发展，在这种发展格局下，给基坑支护及止水技术提供了不小的挑战。TRD工法（水泥加固土地下连续墙浇筑施工法）是以链锯式刀具为主要机具，在插入地基过程中链锯式刀具与主机连接，回旋刀链锯可竖向垂直或横向水平移动进行对地下土体的切削，同时加入水泥浆与土体充分搅拌，形成水泥土固化液，然后在水泥土中插入型钢，形成坚固的水泥土连续墙。对硬质地层（硬土、砂卵砾石、软岩石等）具有良好的挖掘性能。结合工程实例对TRD工法在基坑支护中的支护的安全性及止水效果进行分析。
关键词：水平切割；基坑支护；止水；TRD工法
1、TRD工法概述
TRD工法以其施工速度快周期短、工程造价合理、对环境污染小、施工噪声小、附属设备少、适应大多数地层、截水性能好、操作机械安全稳定，型钢可以重复利用，是可持续发展，循环经济的绿色工法，用作基坑支护结构、H型钢芯材回收时，节约成本。具体内容如下：
（1）完全实现TRD工法施工的优势：①施工深度大，理论可达60m。②高安全性，设备高度仅10.1m，重心低，稳定性好，适用于高度有限制的场所。③连续切割成墙，施工冷缝较少，墙体等厚均匀，H型钢可随意按照一点间距设置（型钢满足支护稳定即可）。④成墙精度高，墙体直线度通过激光经纬仪控制，切割刀组内置测斜仪，及时有效的反应墙体垂直度。
（2）降本增效：TRD工法内插H型钢，租用厂家H型钢，只需支付少量租金，待主体结构施工到一定程度后拔除型钢，可重复使用。租用厂家装配式的型钢利用高强度螺栓进行连接组织，减少人工费、材料费、并且缩短工期；支撑立柱全部采用在工程桩基础上埋设型钢格构柱，在支撑拆除后，可将底板以上的型钢格构柱进行回收，减少成本。
（3）绿色施工：施工噪音为54～60db（相当于三个人同时说话的声音强度），振动在65db范围（相当于浅度睡眠不会被吵醒），施工机械工程完成后TRD内插型钢及型钢内支撑等均可回收重复利用，减少资源浪费，不会存在地下障碍物且不会对周边环境造成影响。
（4）TRD工法适用范围
a、防止地下水流入地下挖掘工事中；
b、防止倾斜面的崩溃；
c、截断对临近建筑物的影响；
d、建筑物、盾构竖井、半地下道路等开挖工程中的挡土防渗墙等；
e、河川大堤护坡、防渗墙、防管涌；
f、腐植土层的地基改良；
g、城市地下空间建设开发利用；
h、 大坝防渗处理等等；
2.案例概况
本案例工程属于城市地下空间的建设开发，工程名称以下简称“长薪河”。
2.1长薪文化旅游城工程概况
在已建成建筑物中间（两侧建筑物净距宽度约为50m），业主单位规划做一条人工河长薪河，总长度约为775m左右，总建筑面积约为8.3万平方米，开挖深度18.35m地下二层，部分存在夹层，结构形式为框架结构，中间部分为地下观光河道，河道上空中部镂空顶板为预应力梁板，河两侧为商铺，拟建场地距赣江约500m，地下水极其丰富。现长薪河南北侧主体结构均已施工完毕，正在进行长薪河部位施工，长薪河部位需从原先已经下挖9.25m的基坑，然后进行基坑支护施工，并继续下挖10.41m。根据设计单位出具长薪河基坑支护图纸，基坑支护采用TRD工法850mm厚水泥土地下连续墙，采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为25%，掺5%膨润土，水灰比为2.0，地下连续墙制作后应立即插入H型钢间距900～1200mm。
2.2水文地质情况
本工程地下水类型主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水二种类型。
据江西省勘察设计研究院钻探揭露，勘探深度内，场地地层结构由人工填土（Q4ml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、第三系新余群（Exn）组成。按其岩性及工程特性，自上而下依次划分为①冲填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④细砂、⑤中砂、⑥砾砂、⑦强风化泥质粉砂岩、⑧中风化泥质粉砂岩。总体上，拟建区土体性质相对较差，不利于坡体稳定。
2.3基坑支护设计关键控制点简述
本基坑设计控制关键点是在场地现有的施工条件下，既要保证支护工程安全最大程度限制周边地层变形，减少对周边环境的影响破坏，又要做到经济合理，统筹规划东、西两侧基坑施工顺序及搭接问题，采用工期较短，耗资相对较少的支护方案，从而实现“安全、经济、环保”目标。故最终选择TRD工法进行本工程基坑支护及止水的施工方案。
3.TRD工法施工工艺简述
3.1开挖导向槽
利用挖机开挖施工沟槽，导向槽宽度约为1000mm，深度约为1000mm。
3.2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，利用吊车或挖机将预埋箱吊放入预埋穴内。预埋箱的作用在于切割箱在自行打入过程中临时放置、支撑切割箱。（如采用自身机械打不进中风化岩层时，将采用旋挖钻机引孔，间距5m引一个孔。）
3.3机身就位连接
在施工场地的一侧架设全站仪，调整桩机的位置。由施工员统一指挥桩机就位，观测各方面情况，机械行走路径上障碍物及时清除，机械要保证平稳。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。
3.4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。
3.5 TRD工法成墙
测斜仪安装完毕后，主机与切割箱连接。采用TRD工法三步施工法，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。
链锯式切割箱首先注入挖掘液先行挖掘一段距离，然后回撤挖掘至原处，再注入固化液向前推进搅拌成墙。
3.6插入型钢
型钢宜在水泥土墙施工结束30分钟内插入，沿墙中心线每隔一定间距插入一根H型钢。
3.7置换土处理
将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放，集中外运。
4.TRD地下连续墙施工
4.1 TRD试验段施工及结果分析
4.1.1试验段成墙施工
按照设计图纸要求：水灰比为1.5mm，水泥掺量为土体质量的25%，膨润土掺量为土体质量的5%。TRD西安许强设计深度15.5m。芯材型钢长度为16m。
2016年12月10日上午9：00开始开挖沟槽，地下水位高，无法成槽，届时开始回填1m后红土，2016年12月11日10:30分开始下第一节切割箱（每节切割箱3.65m），11：30分下第二节切割箱，14：25分第三节切割箱时，机械设备摆动厉害，无法继续下切割箱，14:50分将以下切割箱转为平切，至16：50分平切2m，而后继续下切割箱，第三节切割箱下放到位，以此类推直至切割箱下放总长至14.6m时无法继续往下切割，此时继续转入横切任无法切割，机械剧烈抖动，无法进尺。
4.1.2试验段墙体成果分析
(1)本工程地下水位高，距离赣江最近约500m，在实验段施工TRD时土层面为细砂，开挖TRD沟槽时无泥浆护壁，连续塌孔，在TRD采用3个循环的方法（先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌）横向切割时，地下水位过高会导致已切割部位塌孔。场地土质以粗砂和砾砂为主，极易沉淀，为办证切割顺利，切割液的粘稠度要达到能够让粗砂和粗砂和砾砂悬浮，需提高膨润土掺量。
(2)根据土质要求，本次试验段墙体必须进入强风岩层，以确保止水效果，本次试验段实际切割深度为14.00m（既强风化岩层面），距离图纸要求还差1.5m无法下切，且TRD机械切削岩层效率太低，且极易损坏切割箱及刀排，故此要进入岩层需采用其他辅助机械设备。
(3)经过28天钻芯取样结果及28天强度分析，试验段墙体密实度良好，芯样描述为灰色柱状、较硬、灰量正常、搅拌均匀。
4.1.3 针对试验段成墙结果总结
（1）本工程水位就在作业面下部200mm左右，施工TRD时无法切割成槽无法开挖导沟槽，影响施工，正常施工时需组织降水及增加切割液的粘稠度避免因泥浆护壁不足而导致切割后塌孔现象；水位高，地质松软，由于机械振动，机械发生不规则沉降，切割箱与切割槽不在一条垂直轴上，切割效率降低，影响成墙精度。
（2）TRD工法机在切割细砂层、中砂层、砾砂层及标贯击数在21击以下切割深度25m以下的均以1.5m每小时横向速度切割；进入强风化岩层效率约0.4m每小时横向速度切割而进入中风化岩层效率低约0.15m每小时横向速度切割，且对机械磨损程度大。
4.2根据试验段墙体重新拟定TRD施工方案
4.2.1水位影响TRD施工处理
（1）对于地下水位过高，在TRD施工路径外侧施工降水井，降水井间距宜小于15m；对于地表水采用挖掘机开挖简易导水槽，经过明排降水。
（2）增加切削液泥浆浓度，膨润土由原来的5%掺量增加至20%掺量。
（3）在TRD主机机位下部满铺钢板，加大主机与松软地质的接触面积，最大程度减小因主机重量而导致的不均匀沉降。
4.2.2 TRD入岩处理
采用旋挖机引孔机辅助TRD成墙施工
（1）旋挖机先分段引孔，从现状地表至型钢底标高（基岩埋深浅的情况按入岩2m控制；基岩埋深深的情况以型钢桩长控制，同时入岩1.5m），旋挖引孔采用跳打引孔防止塌孔的方式，如先施工1、3、5、7号孔，再施工2、4、6、8号孔。成孔直径1m、孔距为1.2m（即为全部引孔）。
（2）旋挖机分段引孔结束后，TRD分三步法成墙施工，墙厚850mm：第一步为掺入粘性土和膨润土的切割施工，切割至止水帷幕底标高（入岩1.5m）；第二步回切搅拌，使得土体进一步松散均匀；第三步注入水泥浆，与地基土强制搅拌混合均匀。
（3）TRD分段施工完毕后插入H型钢（基岩埋深浅的情况按入岩2m控制；基岩埋深深的情况以型钢桩长控制，同时入岩1.5m）。
4.3正式施工成墙效果
4.3.1墙体整齐均匀
对TRD墙体开挖前内插型钢间距均匀，开挖后墙体密实无渗漏现象，经过第三方检测单位检测，墙体的水平位移在累计最大为2.20mm（报警值为30mm），TRD墙体内外水位高差在5.0m左右，开挖后两边建筑物沉降及位移基本无变化，对建筑物扰动极小。
4.3.2施工过程中标高控制
TRD成墙前务必要控制土方开挖标高（一般是在压顶梁底部标高开始开挖导沟槽），若开挖标高没有控制到位，则水泥土将会漫至导沟槽顶标高，后期需花费人工清理剔凿多余的水泥土，增加施工成本。
4.3.3经济性分析
施工TRD水泥土地下连续墙主要包含如下费用：
表4-1 TRD基坑支护水泥土连续墙费用组成（深度在30m以下）
根据上表在结合现场实际内插型钢中每1.2m一根，设TRD墙高20m，墙长为12m，墙宽0.85m，内插型钢为20.5m，旋挖引孔按照全面引孔计算为一个计算单元，则次计算单23我3二位元水泥土连续墙造价指标为：（0.85×20×12）×850=173400元；旋挖引孔：（0.85×20×12）×977.58=199426.32元；内插型钢：（20.5×12×185×1900）/1000=86469元；故一个计算单元TRD水泥土地下连续墙造价指标约为173400+199426.23+86469=545764.23元，折合每立方米造价2675.3元，此外施工20m一下墙体施工横切速度保证在1.0米每小时以上。
6．经验总结
（1）对于地下水位较高的施工场地，需采取有效的降水措施，且适当增加切削液的浓度含量，使成槽部位侧壁形成泥浆护壁。
（2）对于岩层埋深较潜的情况下，需旋挖引孔机或其他辅助机械帮助TRD施工机械入岩，进而增加施工速度，降低机械磨损；对于岩层埋深较深的情况，可直接采用TRD工法机进行施工，无需其他辅助机械。
（3）TRD成墙后止水效果非常明显，在整个基坑均无渗漏，但应控制好施工冷缝，在冷缝交接处在新旧交接墙体处交叉切割500mm（或在冷缝交接处补高压旋喷桩），控制挖掘速度，使固化液与混合泥浆充分混合、搅拌，搭接施工中须放慢搅拌速度，保证搭接质量。
（4）TRD水泥土地下连续墙，对比先行主流的工法（SMW、CRM）TRD工法在保证基坑支护及止水条件下在机械设备、施工工艺、成本、工期、地下空间资源利用、绿色施工上有着明显的优势。
参考文献：
[1]行业标准，《渠式切割水泥土连续墙技术规程（JGJ/T303-2013）》，中国建筑工业出版社，2013。
[2]龚晓南，《深基坑工程设计施工手册》，中国建筑工业出版社，1998。
[3]王卫东, 翁其平， 陈永才. 《56m深TRD工法搅拌墙在深厚承压含水层中的成墙试验研究》，岩土力学, 2014。
[4]江西省勘察设计研究院《南昌新洪城大市场长薪河地下工程岩土工程勘察报告（详细勘察）》2016。
论文作者:刘玉伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/13
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