深基坑中TRD工法与传统工法的比较分析研究——以上海苏河洲际中心120街坊项目为例

关键词：深基坑；TRD工法；传统工法；上海苏河洲际中心120街坊项目

▍0 引 言

随着城市建设迅猛发展，超大、超深基坑已广泛应用于各类建筑施工中，传统的深基坑一般采用搅拌桩（双轴搅拌桩、三轴（五轴）搅拌桩、高压旋喷桩）作为止水帷幕，但是当承压水埋置深度超过30m则难以施工隔断，并会由于施工深度过深而导致垂直度难以控制，往往会出现下部未完全咬合而出现漏水现象。而TRD工法在超深基坑的施工中体现出其绝对的优势。

▍1 苏河洲际中心120街坊项目概况

苏河洲际中心120街坊项目位于上海市闸北区北至天目西路，西至光复路苏州河，南至改建后长安西路，东至长安路。占地面积约为15836m2，建筑面积约为85564m2。

西北侧邻近已建成的地铁13号线区间隧道，隧道结构边线距离地下室边线最近约10m。北侧的北横通道也在施工中。此外，东北侧距安源小区用地红线约3m~14m，东侧距长安路道路边线最近约2m，西侧距现有光复路道路边线约30m～80m，距苏州河岸约40m～93m，周边环境条件较复杂。

图1  苏河洲际中心120街坊项目周边环境示意图

基坑围护形式为：三轴搅拌桩槽壁加固+地下连续墙+三道水平砼支撑，坑底加固采用高压旋喷桩以及三轴搅拌桩（强弱加固）。地墙两侧设Ф850@600搅拌桩进行槽壁加固，外侧套打46m，内侧搭接搅拌桩深30m，普通硅酸盐水泥P.O42.5掺量20%。超深三轴搅拌桩，上部20m水泥参量建议值为20%，下部水泥参量建议值30%。

‍

图2 小坑止水帷幕平面布置图

▍2 场地工程地质条件

2.1 地质及场地概况

根据本项目的岩土工程勘察报告，土层分布情况如下：

图3 苏河洲际中心 120 街坊项目施工场地土质分布情况

2.2 地下水情况

120街坊西侧邻近苏州河，苏州河防汛墙距离拟建工程地下室边线最近约为32m，根据勘探结果，拟建场地潜水位埋深较稳定，苏州河水位变化对其基本无影响。

场地内承压水分布于第⑦层及第⑨层。承压水水位埋深约为3.0m～12.0m。根据勘探结果，测量的第⑦层承压水的水位埋深一般为7.13m～7.78m（相应标高约-3.51m—4.57m）。

▍3 止水帷幕施工的选择

本项目北侧小基坑是重中之重，一方面邻近距13号线区间隧道仅10m，对基坑的变形控制和地铁的保护要求极高；另一方面北横通道将施工至此区域，如小基坑未能在此之前施工完成，需停工待此区域的北横通道施工段完成才能施工，这将造成极大的损失，因此工期极其紧张。所以合理的设计方案和施工质量是影响基坑安全稳定性的两大重要因素。

根据原设计方案，采用的是超深三轴搅拌桩，但从施工安全性、止水效果和施工进度，我认为TRD工法在本项目中更具优势，所以下面对两种方案进行对比研究。

3.1 三轴搅拌桩（SMW工法）

超深三轴搅拌桩工法的工艺就是先钻孔再接钻杆，当加接的钻杆深度达到设计深度后进行搅拌喷浆成墙。

超深三轴搅拌桩工法采用四搅两喷施工工艺，可以获取较均匀的水泥泥浆和原状土须，且通常情况下，会进行两次注浆搅拌操作，可以提升水泥泥浆与土体的搅拌效果。

根据本工程设计方案，采用直径ф850@600三轴搅拌桩工法作为止水帷幕和地下连续墙槽壁加固，设计桩长30M和46m，水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥，掺量20%，采用套接一孔法施工，二喷二搅施工工艺（即下沉搅拌喷浆和提升搅拌喷浆），形成水泥土搅拌墙。在实行喷浆操作时，施工人员会通过控制空压机切割土体，这种方式可以保证搅拌质量，还可以避免桩体内部出现大量气泡。在SMW工法操作时，需要严格控制下降及提升速度，将其分别控制在0.85m/min和1.2m/min，并需要在桩底部分实行反复注浆搅拌操作，直至搅拌效果符合项目需求。

由于三轴搅拌桩施工受自身机械高度和施工桩长的限制，导致桩机在施工时垂直度很难控制，由此会出现因下部咬合不到位而漏水的现象。本项目○71、○7 2为砂层，因施工过程中需接钻杆，三轴搅拌机下沉搅拌后水泥土容易出现砂沉积，而发生钻杆埋钻现象，严重影响成桩的质量。

本项目临近13号线地铁线路，对基坑变形控制的要求极高，因此止水帷幕的施工质量直接影响着地铁的正常运行和基坑的安全稳定性。

三轴搅拌桩施工，往往是地下成桩深度越深，地上桩架设备的立柱越高，因而桩架的体积增大、重量增加、既不灵活也不安全，施工现场受限因素加大，对施工工期也有很大影响。除此之外，在实行三轴搅拌桩施工时，较容易遇到施工深度不符合设计需求、地下管线不符合施工要求、停电停机等问题，如果停机时间较长，还容易出现浆液堵塞罐体、断桩事故的发生，且桩顶常会出现位移，水平位移量较大。在水泥细粉存放及卸运、油料渗漏、夜间施工材料运输时，都会出现不同程度的大气污染、水污染及噪音污染，尤其是水泥等散沙扬尘较为突出，较容易破坏施工场地及周边环境的空气质量。

3.2 TRD工法

TRD工法施工原理是利用插入地下的带有链传动刀头和注浆管的切割箱进行深度切割和横移切割并进行上下运动循环充分搅拌，同时灌注水泥凝结剂，固化后便形成均匀的水泥土连续墙。TRD工法由日本神户制钢所在1993年研究开发，并于1999年广泛应用于各类工程的基础加固及防渗处理上，2005年，我国引进了TRD工法，经过一段时间的发展和磨合，目前已在我国各类施工工程上都得到了良好应用，获取了出色的施工效果。它与传统工法由垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌所形成的柱列式水泥土墙不同，具有一定工艺优势。

其TRD工法施工特点:

1）TRD工法具有较强的适应性。对于任何土质或施工土层，TRD都具有较好的适应性和施工优势，可以应对各种复杂施工场地，整机地面部分最大高度10m，以及N值范围在100击以下的软质施工土层均可以使用TRD工法，能适应多种施工场地复杂工况的作业。

2）相较传统三轴工法设备而言，整机高度低，安全性能好。TRD工法施工设备高度较低，仅10.1m，适用于大部分施工场景，尤其是对施工设备有高度限制的施工现场和设计方案，比如高架桥下部，且TRD工法设备重心比传统工艺所需设备重心更稳，稳定性更好，保障了施工人员的人身安全，可以大幅减少传统工艺设备的安全隐患，有效避免施工现场安全事故的发生。

3）垂直方向上进行土壤和水泥浆混合搅拌的施工特点，可在不同土层均形成均匀、等厚、连续、无搭接的挡土、挡水性能好的高品质地下连续墙，大幅降低水泥泥浆的离散型，较传统工艺，TRD工法成墙质量更好，墙体截水性能也更好。

4）TRD工法的最大优势是适用于各类土层和砂砾石层，而且还可以在颗粒直径小于100mm的卵砾石层和全风化以及强风化软岩中施工。因此在本项目砂层中能很好地保证成桩质量。

5）接缝较少，墙体等厚，传统工艺下的墙体连接无法避免缝隙的出现，也无法精确控制墙体厚度，但是TRD工法具有连续成墙技术，有效避免墙体连接缝隙的产生，可以实现墙体与墙体之间的无缝衔接，大幅提升墙体稳定性和耐用性，且TRD工法可以精准控制墙体厚度，将墙体厚度维持在700mm左右，通过激光经纬仪能好的控制墙体垂直度，精确控制墙体倾斜角度，墙体质量得以保证。

6）环保性高。由于传统工艺的限制性，经常会出现大量施工垃圾，扬尘也较为严重，对环境污染较大，而TRD工法不会造成施工现场扬尘弥漫的情况，减少了环境污染问题，具有显著的环保效果。

图4 传统工法与TRD工法设备高度对比

TRD工法施工工艺：

TRD工法施工大致分为三道工序：切割箱下沉开挖工序、水泥土搅拌成墙工序、切割箱拔出分解工序。一般水泥土搅拌墙工序采用三循环的方法：即切割箱钻至设计深度后，首先注入挖掘液沿着开挖好的沟槽向前先行挖掘一段距离，然后返回挖至原处，再注入向前推进搅拌喷浆形成等厚的矩形墙体。

在实行TRD工法进行施工时，有几点需要施工单位和工作人员注意的地方，具体如下：

要确保施工场地土面平整，便于施工人员修建桩机便道。施工场地的平整度直接影响着TRD工法的施工效果，复杂的施工地形条件不利于施工设备的顺利运行，会延误施工进度，一般情况下，TRD工法设备均为进口原装，且对施工土地要求较为严格，如果因地形复杂出现TRD工法设备故障问题，则需要将破损设备送至原产地加工厂进行检修维护，所需时间较长，为规避这种问题，则需要确保施工土地的平整性。如面临施工现场土地不平整的情况，则需要施工人员立即停止施工，并及时向上汇报，待技术人员进行土地分析和填平之后，再恢复施工。在填平施工场地时，需要依据土地条件设计合理的填平方案，如果施工现场为低洼地带，则可以选择清理淤泥，补充回填土的形式。除此之外，平整的施工场地具有较好的路面承载力，可以确保TRD工法设备的正常移动，尤其是可以确保桩机的顺利移动。在设计TRD工法技术参数、施工方案及流程时，建设单位需要依据事先调查好的施工现场土质情况及参数进行精确计算，必要时可以选择两组技术人员同时进行土质勘探和参数计算。

严格控制水泥注入量。在施工人员实行深基坑挖掘工作时，需要严格把握水泥注入量，将其控制在最小数值范围内。

如遇突发情况，施工人员可以实行黏土提前回填方案，这样操作的目的是为了确保泥浆粘度及浓度符合施工需求，避免施工土地突发地层状况，造成意外施工事故，有效提升施工人员人身安全和施工质量。

及时进行设备维护保养，增加备用设备。在施工时，由于施工操作的磨损，TRD工法设备会受到不同程度的磨损，尤其是施工场地土质较硬时，设备刀具消耗较大，因此在施工前，施工人员需要对设备刀具进行检查，对于磨损程度较重的刀具需要及时进行更换，避免设备刀具老化造成返工、破坏正常施工进度等问题。

除此之外，建设单位应在施工现场配备备用机器，比如备用发电机，这样可以提升项目应急性，避免突发停电时出现埋钻事故。

除上述提及的内容，施工人员及建设单位还有许多TRD工法施工细节需要注意，比如，在水泥土搅拌成墙工序时，需要对搅拌速度进行严格控制，要将水泥搅拌速度与泥浆浇筑速度控制在相同数值范围内，确保水泥土搅拌成墙工序的顺利进行。

3.3 TRD工法相对于传统工法在本项目中的优势

1）施工质量上，SMW工法接头较多、桩体在垂直深度上容易因搅拌不均匀而导致桩身强度不稳定。三轴搅拌桩施工深度越深时垂直度越难以控制，这就容易造成咬合不均匀而漏水的问题；TRD工法通过切割箱横向切割土体，搅拌、喷浆混合成墙，桩体水泥搅拌均匀度、止水效果和强度都较好。

2）在施工安全性方面，SMW工法三轴搅拌桩机架较高，行走时安全系数低；TRD工法主机机身仅10m，稳定性好，安全系数高。

3）在使用条件上，三轴搅拌桩在超过一定深度时需接钻杆，本项目地处沙层，这就容易出现埋钻现象，埋钻会严重影响桩身质量；TRD工法最深深度可达60m，适应各种土层。

4）使用三轴搅拌桩作为地下连续墙槽壁加固，由于三轴搅拌桩形成的桩身为柱体，因此连续墙的墙身平整度有一定的凹凸不平。而TRD工法形成的是等厚壁水泥土墙，墙身平整度较高。对于本项目要求两墙合一而言，连续墙的墙身平整度要求相对较高，TRD工法比传统三轴搅拌桩工法具有优势。

5）在工期方面，本项目止水帷幕合计周长325米，如采用三轴搅拌桩施工，工作量为270幅，平均每天可以施工10幅，施工工期为27天；如采用TRD工法，平均每天施工周长可施工20米，施工工期为14天。两者相比较采用TRD工法施工比传统工法可以节约13天，在施工进度方面具有绝对优势。

6）在现场协调上，三轴搅拌桩施工一般会产生30%方量的置换土需在现场堆放，会占用大量场地且需挖机不断配合挖掘。

本项目场地紧张，各种机械交叉施工，如用TRD工法替代三轴搅拌桩，产生的置换土较少，这就减少了场地的占用面积，可以更充分地利用施工场地，有利于施工平面布置和施工管理。

基于上述对比分析，虽然采用TRD工法的施工成本较三轴搅拌桩有所增加，但综合质量和工期成本，本项目采用TRD工法作为止水帷幕是最佳的方案，并获得了设计同意。

本工程采用TRD工法墙取得了良好的施工效果，除有局部桩身表面有轻微渗水外，其他区域没有很明显的漏水、流沙现象。据基坑监测报告数据显示，基坑边最大水平位移5MM,满足设计和地铁监护要求的。

地下连续墙的表面平整度很好，大大减少了总包单位的人工平整工作量，且TRD工法墙施工场地更为灵活，较传统施工方案地下深度越深，地上施工设备高度越高的现象，TRD工法墙更具有灵活性可安全性，组合式刀箱的设计从根本上解决了这一技术难题，大幅提升苏河洲际120街坊项目施工质量。

TRD工法和SMW工法都是目前国内比较常用的止水帷幕体系，但在“超大”、“超深”基坑中，TRD工法无论从质量、工期、安全或者土质条件适用性相对SMW工法都具有优势。

本文通过上海苏河洲际中心120街坊基坑支护项目，对两种工法的进行对比分析，希望可以对类似工程起到借鉴作用。