TRD工法在北方地区的适用性分析

摘要：TRD工法在东南沿海、沿江地区应用较多，适用地质条件一般为软土地层。但也可以适用于标贯值不大于100击的软、硬质土层，中粗砂质土层，还可在颗粒直径小于100mm的卵砾石层和全风化及强风化软岩中施工。北方地区应用较少，经验数据和可以借鉴的案例不多。工程位于北京市通州区，北侧距离北运河210 m，地下水位较高。综合考虑工期和成本，选用TRD工法止水帷幕。根据以往的施工经验及行业规范要求，TRD止水帷幕施工前需要先做试验。通过试验验证并总结了TRD工法在本地区的可行性。

关键词：北方地区；TRD工法；截水帷幕

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1.1 TRD止水帷幕的特点

TRD工法的主要特点是施工深度深，可达60m。墙体厚度可在550~850mm中选择，常用厚度550 mm,700 mm,800 mm,850 mm。适用地层广，可以适用于N值不大于100击的软、硬质土层，中粗砂质土层，还可在颗粒直径小于100 mm的卵砾石层和全风化及强风化软岩中施工。

1.2 TRD止水帷幕的优点

（1）机械设备稳定性好，低重心，设备高度控制在10m左右，没有设备倾覆风险，施工安全性高。

（2）垂直度精度高，自带测斜系统，可以在水平方向和垂直方向高精度施工。数据化监控质量有保障。

（3）把不同粒度构成的地层土进行混合、搅拌，在深度方向形成强度偏差很小的水泥土搅拌墙体。

（4）墙体的连续性。墙体整体性好，连续性强，施工缝少，切割箱体连续进行横向行走构筑无缝搭接高品质止水性的水泥土搅拌墙，止水性能优异。

（5）施工噪声小，振动小，环境影响小。

（6）可形成等厚度水泥土搅拌墙，可插入H型钢、组合钢箱、钢管、钢筋混凝土预制构件等劲性构件，形成等厚度劲性水泥土搅拌墙，芯材间隔可根据需要自由调节。

1.3 TRD止水帷幕工艺流程

TRD工法采用锯链式设备，垂直切削下沉至设计深度，横向推进注入水泥浆液，形成连续、等厚、无缝的水泥土墙体的一种施工工艺。该工艺分为一步法、两步法和三步法。

切削：通过轨链上安装的刀头进行切削，刀头被压附在原状地基上，通过轨链转动带动向上方或下方进行切割动作。

搅拌：通过轨链滚动形成的对流来进行混合切削搅拌。原状土与水泥浆形成流态的混合浆体，搅拌均匀，废浆液由地表排出。

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本项目等厚度水泥土搅拌墙止水帷幕的深度较深，达49m，需穿过标贯平均值约70的细中砂6层（平均厚度约9 m），标贯平均值约124的细中砂8层（平均厚度约7 m），最终需进入第四纪沉积层9层重粉质粘土–粉质粘土隔水层，局部进入9-1粘质粉土及砂质粉土层及9-3粘土层，9层土贯入度平均值约150mm/击，土层较硬，施工难度大。对于TRD工法机的适用性造成巨大的挑战。

综合本场地地层特性、开挖深度以及墙体防渗漏要求高的施工条件，考虑机械的工作能力以及垂直度性能情况，本次等厚度水泥土搅拌墙试成墙选用TRD-EN型号设备。TRD设备主要由主机、锯链、喷浆处构造组成。

TRD-EN工法机技术参数表

TRD主机有2条导轨，液压装置控制，横向导轨控制竖向导杆及锯链进行水平运动，竖向导轨用以提升或下放刀具。驱动轮固定在导杆上，其旋转带动刀架上的链条运动，使刀具切割、搅拌、混合土体，同时灌入浆液，完成造墙过程。

锯链由尖端导轮、切割箱和链条刀具组成。切割箱厚度450mm，单节长度1.22~4.88 m，逐节接长，切割箱组合后的长度决定墙的深度，可达60m。导轮与切割箱对链条起到导向和支撑作用，链条上装有刀片，切削混合土体。墙体的厚度由刀具的规格决定，50mm一个模数，范围550~850mm。

TRD注浆处有2个注浆孔、2个高压空气孔，在挖掘和成墙过程中注入挖掘液、固化液、高压空气等。注浆泵流量应可调，不宜小于800 L/min，额定压力不小于2 MPa，并应配置计量装置。根据墙深，选择匹配的空压机，压力宜为0.8~1.5 MPa，供气量应满足施工要求。构造如图1所示。

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（1）测量放线。施工前，根据设计图纸或建设方提供的坐标基准点，精确计算出成墙中心线角点坐标，利用测量仪器进行放样，并进行坐标数据复核，同时做好护桩。并通知总包单位、监理单位进行复核确认并及时完成测量报验。

（2）开挖沟槽。成墙中心线放样后，对施工场地进行铺设钢板等加固处理措施，确保施工场地满足机械设备对地基承载力的要求，确保桩机的稳定性。用挖掘机沿成墙中心线平行方向开挖工作沟槽，槽宽约1.2 m，沟槽深度约1.0 m。

（3）吊放预埋箱。利用挖掘机沿围护墙中心线开挖深约5 m、长约2 m、宽约1 m的预埋穴之后，用起重机将预埋箱吊放入预埋穴内。

（4）桩机就位。由当班班长统一指挥桩机就位，移动前观察上、下、左、右各方向的情况，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。

（5）切割箱与主机连接。用起重机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至设计深度。

（6）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。

（7）TRD工艺成墙。TRD测斜仪安装完毕后，主机与切割箱连接，进行三步序等厚度水泥土搅拌墙施工。步序1：先行挖掘。通过压浆泵注入挖掘液，切割箱向前推进，挖掘松动原土层、切割成槽一段行程。步序2：回撤挖掘。根据作业功效，一段行程的成槽完成后，切割箱再回撤至切割起始点。过程中再次强制搅拌挖掘液和原位土体，形成混合泥浆。步序3：成墙搅拌。切割箱回撤至切割起始点后调换浆液，通过压浆泵注入固化液，切割箱向前推进使固化液与混合泥浆搅拌，形成等厚水泥土搅拌墙。

（8）浆液流动度及比重测试。先行切割步序中，通过测试挖掘液混合泥浆的流动度进行成墙品质的管理。浆液流动度及比重测试器具为水泥胶砂流动度测定仪（NLD-3型）和泥浆比重称（NB-1型）。

（9）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，集中处理。通过晾晒之后，进行场外运输消纳。

（10）拔出切割箱。在施工位置或施工深度变更区域将切割箱拔出，再重新组装切割箱进行后续作业。

本次试验包括工艺试验段和闭合试验段2个分项。闭合成环试验段的矩形轴线尺寸为60 m×60 m，为保证4个角接头施工质量，每个面向外延伸0.50 m，本次试验段共32延米长，桩长490 m，墙厚0.80 m，墙底进入⑨层，施工前将场地平整至标高21.000 m，墙底标高为–28.000 m。

不同配合比试验段，分为A,B,C三段，每段3m，连续共计9m，深度49m，墙厚0.8m。

整个试验区的位置为场地西北侧。

A段配合比：水泥掺量20%；水灰比1.2，试验阶段不调整，工程施工时根据实际施工情况调整。

B段配合比：水泥掺量25%；水灰比1.2，试验阶段不调整，工程施工时根据实际施工情况调整。

C段配合比：水泥掺量30%；水灰比1.2，试验阶段不调整，工程施工时根据实际施工情况调整。

根据本次试验段的施工，2019年10月26日开始至2019年11月8日施工结束，共计14 d（包含停水泥等1 d），工作量为39.3 m。

通过以上数据，基本可以推算出本工程TRD止水帷幕的功效，下切割箱20 h左右，起拔切割箱20 h左右，水平切割推进速度平均0.5~0.9 m/h，回撤切割的推进平均速度7~8 m/h，成墙注浆的推进平均速度1.2~1.6 m/h，结合第一标段的TRD平面图可以推算出日平均完成6 m。日平均完成的6 m，已包含了拐角的下、起拔切割箱，桩机的日常维护，临时性停滞时间的摊销。

本次功效分析仅针对TRD-EN纯电动力型号（合资）。其他型号的机型、动力和功率不同，施工功效或有不同，需综合判断。

5.1垂直度保证措施

地基处理：平整场地，对局部松散的土层，事前回填渣土并分层夯实或注入水泥与原状土混合拌制，再铺设不小于2层钢板，确保施工场地的平整度及地基承载力满足大型机械设备行走的要求。

校正主机导杆垂直度：TRD工法机拼装完成后及移位后，使用经纬仪分别从正面、侧面校正桩机立柱导向的架垂直度。

安装测斜仪：切割箱打入至设计深度后，在切割箱体内安装测斜仪，实时监控切割箱面内与面外的偏差情况，并及时通过驾驶员操控调整，确保TRD等厚度水泥土搅拌墙墙体垂直度满足设计要求。

5.2水泥土强度和防渗性保证措施

选用符合设计要求及国家现行标准的水泥，确保进场原材料质量合格。水泥进场应附质保单，按规定做好原材料复试，水泥按每批每500 t做一组原材料试验。严格控制水泥掺入量，按照设计要求并根据地层的实际情况进行合理调配水灰比。严格按照工序成墙的步序进行止水帷幕施工，控制切割箱横向推进速度及切割链转速，合理控制喷浆压力、流量，确保水泥土被均匀搅拌。

5.3转角搭接均匀性保证措施

水泥土连续墙施工应用连续性，不得出现24 h施工冷缝，如因特殊原因出现施工冷缝，则接缝处水泥掺量为30%，冷缝接缝处水泥土墙搭接不少于30 cm，并在接缝处补打止水帷幕。

水泥土连续墙遇转角部位为保证其止水效果需在交叉点每边向外延伸1 m，以保证水泥土墙的连续性。

施工完成后，立即将主体与切割箱分离，根据起重机的起吊能力一般将切割箱分成2~3节/次起拔。

根据现场场地以及墙体施工情况选择切割箱的外拔或内拔起拔形式。

5.4施工冷缝的预防处理

针对可能导致产生施工冷缝的搭接、内拔切割箱以及外拔切割箱等施工环节、因素进行详细分析，并制订了针对性的人员、设备、材料等应急物资和应急处理预案，确保非正常停机、故障检修阶段的成墙搭接区域的墙体强度和搅拌的均匀性，降低墙体发生渗漏水的风险。

5.5施工过程应急处理措施

加强设备的维修保养，每台班重点检查动力系统及链条、刀具，同时配置备用发电机组，在电供给不正常的情况下，一旦停电可及时恢复供浆、压气、正常搅拌作业，避免延误时间造成埋钻事故。

加强对TRD工法施工过程的监控及对成型墙体的质量检测工作，如发现质量问题应主动与业主、监理及设计单位联系，以便及时采取补救措施，避免造成不必要的损失。

试验段开挖照片

试验段取芯照片