TRD工法在紧邻河道狭长深基坑工程中的应用

摘要：TRD工法作为一种较为成熟的基坑围护止水帷幕形式,在诸多重要基坑工程中发挥了积极作用。为探究TRD工法在城市密集区紧邻河道与既有道路的狭长型深基坑工程中的应用,以杭州市防空防灾教育馆及人防工程为实例,从该项目的基坑围护止水帷幕施工方案选择、TRD工艺流程梳理、TRD施工质量管控对策分析、河道围堰与改道方案剖析等方面进行分享,总结了该类深基坑工程采用TRD工法的工艺流程与管理举措。

关键词：TRD工法;深基坑;质量管控;狭长型;紧邻河道

▍0 引 言

随着我国城镇化发展与城市更新模式的不断演变，城市建设的强度将长期维持在较高水平。尤其是城市地下空间开发和利用的规模和速度是空前未有的，其将面临向下地层更深、开发面更广、功能要求更高、工况更为复杂的建设条件。目前，大规模的深基坑工程不断地涌现在城市道路、河道、轨道交通、既有地下管线及老旧建筑等附近，如何选择和优化与之匹配的基坑围护系统，来满足在不同地质条件和施工环境下的安全、经济、稳定及环境适应等需求，尤为重要。2022年1月，住房城乡建设部发布了《“十四五”建筑业发展规划》，对“完善工程质量安全保障体系”给予重视，并从建设标准、责任落实、监管水平、治理局面、设计质量、验收制度、标准化及信息化水平等方面提出了新要求；同时，强调要着重关注基坑、隧道及盾构等现场施工环节，完善风险防控技术措施。阻隔地下水渗漏是防控深基坑工程安全风险的重要举措。目前，渠式切割深层搅拌地下水泥土连续墙施工工法（Trench Cutting Re-mixingDeep Wall Method,TRD）作为一种较为成熟的基坑围护止水帷幕形式，已逐步推广应用于各类重要工程的施工中，并取得良好的反响”。TRD工法相较于水泥土搅拌桩施工方法，具有施工成桩深度深、施工机械高度低且灵活、施工成墙连续性好、止水效果和围护强度足等优势，在实际工程应用中需要结合现场条件来调整和选择合适的工序、路径、参数和配合工艺，以充分发挥该工法的施工效果和预期作用。为了进一步探究TRD工法在某些特别工况下的施工应用和管理举措，本文以杭州市防空防灾教育馆及人防工程为依托，考虑到该项目施工场地周边紧邻河道与既有道路，且基坑形状为狭长型，在深基坑围护止水帷幕施工中引入TRD工法进行研究与分析，以期为同类项目的施工应用提供参考。

▍1 TRD工法原理及优缺点

TRD工法是借助可拆卸、增配的链锯式刀具以横向作切割方式进行地下土体切割作业，并及时注入水泥浆液搅拌加固形成等厚、连续、均匀的地下水泥土墙体，作为基坑工程止水帷幕的重要技术措施。TRD工法可以结合切割土层的地质情况、深度要求及成墙厚度要求，精准选型、排列组合相应的刀具型式及使用顺序，调配加固强度大、凝结效果合宜的水泥浆液，或配合内插H型钢以达到止水与支护墙体合一的效果，实现切割深度达到30~60 m超厚地下土体并有效切断含水层，甚至可以适应坚硬地质及高寒低温作业环境条件。

TRD工法的优势主要体现在：

（1）地下成墙厚度大，深度更深；

（2）作业地层类型广，能够很好地适应软黏土、砂土、卵砾石和岩层等大部分地层工况；（3）施工效率和精度高，墙体搭接少，所形成的地下水泥墙体质量比其他止水帷幕的止水效果更强；

（4）作业空间要求低，其形成的地下墙体深度与施工机械高度无关联，能够适应狭小、限高等作业条件。

TRD工法也存在相应的不足，主要包括：

（1）施工线路受刀具切割方式限制，只能直线式进行施工作业，对于不规则基坑平面，需要设置合适的施工路线及搭接补强方式;

（2）施工机械自重偏大,在运输方式和场地平整上需要提前考虑;

（3）该工法缺乏针对性的施工规范指导。

▍2 工程概况

杭州市防空防灾教育馆及人防工程（以下简称“本工程”）位于杭州市上城区JG0605单元的02地块和37地块,其中02地块为斜方形,37地块为狭长梯形,两个地块位于既有河道的两侧,场地原始地形地貌较为复杂。本工程总建设面积约为1.8万m2,其中地下建筑面积近1.5万m2,地下三层、地上两层,通过下穿既有河道的地下室流线（连通道）来连接两个地块的地下空间,主要建设内容为杭州市防空防灾教育馆、地下人防工程、附属设施及展陈展项。项目场地布置图如图1所示。项目基坑开挖深度约为9.75～13 m,基坑周长约为637 m,基坑开挖面积约6 800 m2,总挖土方量约为8万m3,属于深基坑工程。基坑周边通行道路距基坑的最近距离约为6 m,由于距离过近,基坑施工易对周边道路产生影响,且施工作业的空间也会受限。项目邻近河道的宽度为10～20 m,深度为1～2 m,该河流主要为排涝作用,河道水位受降水影响较大,丰水期或暴雨季节的河道水位较高,考虑到河流紧邻用地红线,河水可能对场地地下潜水进行补给,进而对基坑工程施工造成不利影响。项目场地上空具有8～9 m的限高要求,包括建筑高度以及建造过程的施工机械高度,因此需要考虑施工机械的选型问题。另外,项目场地处于城市密集区域,建造过程更加需要重视遵守安全、环保、无干扰等原则。

▍3 TRD工法实践应用

3.1止水帷幕方案选择

基坑开挖影响范围内主要以素填土、粉土和淤泥质粉质黏土为主,坑底位于淤泥质粉质黏土中。基坑的东侧和南侧均为既有城市道路,西侧临近河道,周边地下管线分布密集,场地上空也具有限高要求。结合场地现状情况,针对止水帷幕系统和施工方案的选择,主要存在以下几方面考虑。

（1）由于横穿项目场地的河流为主干河道,不能进行断流处理,因此,在基坑工程施工过程中,其施工顺序应为先施工37地块、后施工02地块。另外,河道的围堰改道施工方案要与基坑工程施工方案相适应。

（2）由于施工场地紧邻河道,基坑止水要求高,且受限于现场施工机械作业高度的客观要求,在止水帷幕施工方案的选择上,传统的三轴搅拌桩或者SMW工法桩已无法满足要求,这是因为其地面机械的作业高度会受地下止水帷幕设计深度的影响,地下作业越深,则地上机械越高;而TRD工法采用的是链锯式刀具,恰恰在作业场地和灵活性上优势明显,不会对场地作业净空有太高的要求,且机械仅沿着成墙方向推进,对于施工作业面的要求也很低,形成的地下水泥墙体连续性好、厚度均匀、强度达标且深度有余。

（3）考虑到场地地下仍有存在旧基础、地下障碍物或不明情况的可能性,采取TRD工法能够有效适应和克服各类地质情况进行顺利作业。

（4）37地块的基坑形状为狭长梯形,有多处转折点,在实施TRD工法过程中要注意在拐角处留有延伸与搭接,确保形成墙体的连续性和密实性;另外,针对冷缝位置,需要采取高压旋喷桩进行加强处理。

（5）为减少基坑工程施工对周边环境的扰动影响,采用TRD工法,使地下喷浆过程压力较小,以降低对周边地层的扰动影响;并且,TRD施工机械相较于三轴搅拌桩和SMW工法桩机械,在作业过程中不易倾倒和侧翻,能减小周边人口活动密集范围的安全隐患。

3.2 TRD工法施工流程

TRD工法能够在基坑围护系统中起到止水和支护的双重保障效果,适用于地下水位较高或是临河等工况下的深基坑项目。本工程的围护设计场地标高为－0.400 m,02地块和37地块采用850 mm厚TRD水泥墙作为止水帷幕系统,底标高分别为－19.300 m和－22.550 m。在TRD工法应用过程中,需要结合现场的土质情况与试验结果进行综合调整机械参数或工序细节,例如为了确保所成墙体是延续和均质的,则可以微调水泥土墙体的搅拌周期或是结合土体切割情况,调整合适的刀具或掘进角度等。TRD工法的施工流程,如图2所示。

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（1）开挖沟槽：在TRD机械进场前,需要先针对场地地下浅层的障碍物进行一轮破除和清理工作,待清障结束后,采用黏性土进行场地回填并确保密实,为TRD机械顺利进场提供保障。为了有效指引TRD机械的正常作业和定位,需要在现场进行测量并设置控制线以便进行导槽开挖作业,需要及时处理余土。

（2）吊放预埋箱：在现场开挖尺寸约为2 m（长）×1 m（宽）×3 m（深）的预埋穴,并将预埋箱逐段吊放到预埋穴中,之后将预埋穴进行回填处理。

（3）桩机就位：在现场选取合适的点位架设全站仪,针对TRD机械位置进行指导,保证平稳、平正,并指示清除周边影响作业的障碍物。

（3）切割箱与主机连接：事先借助匹配的吊装机械将切割箱分段吊起并移放到预埋穴中;将TRD机械移动到预埋穴的位置,与切割箱进行装备连接,随后移动至现场预设的施工位置处进行首次切割作业。

（4）安装测斜仪：待TRD机械的切割箱切割土体达到设计深度以后,需要暂停作业并在切割箱内部安装测斜仪对墙体的垂直度进行精确控制。在TRD机械施工过程中,采用可视化监控设备实时对施工状况进行监控。

（5）TRD工法成墙：按照设计要求配置合理的水泥浆液,伴随着刀片切割土体注入浆液,使得浆液与土体混合搅拌作用,从而形成符合设计预期的等厚度水泥土地下连续墙。根据切割箱掘进方式和速率不同,可以将注浆成墙的循环频次也进行相应的调整。

（6）置换土处理：应提前规划好施工废弃泥浆的分段处理和堆放点位;并且根据现场情况,每利用TRD工法施工30～40 m距离后,应及时安排车辆对所产生的废弃泥渣进行外运处理,不占用施工场地,确保文明施工。

（7）拔出切割箱：待TRD机械完成当前施工段的作业后,应及时将切割箱拔出;若要进行后续作业,需要重新对切割箱进行组装。TRD机械现场作业流程,如图3所示。

3.3 TRD施工质量管控

3.3.1 TRD施工前期的质量管控

在施工准备阶段,需要结合基坑围护设计图纸和详勘报告,明确在本工程场地采用TRD工法的相关质量管控指标和技术措施,包括地下成墙质量控制、泥浆配比选择、墙体垂直度监控、作业路径及导槽质量控制等方面。需要评估和把控作业场地是否具备TRD机械的施工条件,包括TRD机械行进路线及其周边的浅层障碍物清理完毕、场地黏性土回填的平整度和密实度达标、针对局部松软或缺陷土质区域进行夯实加固处理、满足TRD机械正常作业的地基承载力需求、场地标高符合作业要求等方面。针对TRD机械作业的准确度进行把控,需要事先借助测量仪器设备在施工现场进行止水帷幕墙体的坐标点位放样、复核工作,现场设置合理的定位轴线,以便于规划施工机械的作业路径。严格把控施工组织设计、施工方案、监理实施细则等技术管理文件,并与基坑设计图纸进行对照和审核,确保落实设计意图和技术指标。

3.3.2 TRD施工过程的质量管控

为确保墙体成型质量,本工程的TRD水泥土搅拌墙施工采用三步法成墙技术,先将地下土体进行充分混合、搅拌松动以后,再注浆固化搅拌成墙。TRD施工过程的质量管控措施,包括：土质分层情况及相应的切割方案、原材料供应及把控、水泥浆液配比准备及测试、施工机械作业状态记录及保养方案、确保机械搅拌的连续性、切割推进速率及注浆频率动态控制、地下成墙的垂直度与切割路径进行实时监测与动态纠偏、拐角处或非连续成墙部位的施工质量与封闭性要进行严格把控等方面。针对TRD工法的施工质量指标控制,需要对施工机械底盘的水平度和导杆的垂直度进行监控和校验,确保桩机立柱导向架垂直偏差＜1/250;应确保地下成墙深度达到设计深度要求;借助切割箱内的测斜仪,对地下成墙的垂直度进行测量和预警,确保墙体的垂直度≤1/250;墙底标高及墙位偏差均应控制在±50 mm范围内;针对已成型墙体与当天新搅拌成型的墙体之间的搭接问题,需要确保搭接长度≥500 mm;拐角处墙体施工,采用拐角两侧分别外推2 m的方式来确保墙体拐角和搭接效果。

3.3.3 TRD施工后期的质量管控

在TRD施工结束后,随着基坑开挖施工逐步推进,能够直观反映出已施工完成的止水帷幕系统的整体服役效果。针对该阶段的质量管控措施,需要建立长期的质量监测数据采集与分析机制[7],借助实时动态监测手段对现有基坑围护系统运行情况进行多点位、多方面的质量反馈和预警,以便于现场管理人员结合监测结果与现场实际情况采取有效的处理、预防或补救措施,确保TRD水泥土搅拌墙在施工与服役期间的质量管控闭环。

3.4河道围堰与改道施工

考虑到本工程两个地块之间有河道贯穿,TRD在两个地块的施工方案会受制于河道影响,因此需要事先协调场地内河道的围堰与改道施工方案。综合考虑止水帷幕及基坑支护施工配合需求,来完成河道改道施工方案的决策。本工程的河道围堰与改道施工思路：

（1）首先将河道临时改道至02地块,并进行河道围堰和回填工作,预留出37地块和地下连通道处的基坑围护系统施工作业面,由南向北进行37地块和地下连通道处的止水帷幕、支护桩、基坑开挖以及地下室施工工作;

（2）待37地块和地下连通道处的基坑工程施工完成并覆土回填以后,进行河道改道改迁至37地块范围内,为02地块基坑工程施工留出足够的作业面,接着进行02地块的止水帷幕、支护桩、基坑开挖以及地下室施工工作;

（3）最后进行既有河道驳坎的恢复工作,确保修复后河道的宽度与流量满足市政规范要求。

通过对河道流量及施工周期的综合分析与评估,项目拟采用钢板桩土袋填心土筑岛形式进行河道围堰。其中,钢板桩采用槽型钢板,尺寸为1 500 mm（宽）×10 mm（厚）,每块钢板桩的长度为8 m;编织袋围堰的主要填料为黏性土,堰顶宽取2 m,内侧采用槽型钢板桩（2 m设一道围檩,加设横、斜支撑）,外侧采用编织袋围堰边坡,坡率取1∶0.5。项目拟采用临时围堰河道并埋设直径为0.4 m的波纹管作为临时通水措施方案进行施工。整个河道围堰及改道的施工周期拟安排在河道防汛期以后,在枯水季节安排施工,并对施工期间可能出现的降雨等情况事先制定预防措施,合理安排施工期河道临时排水,充分配备相应的应急设备、物资等,同时确保河道围堰施工期间设有专人进行值班。

▍4 结 语

通过杭州市防空防灾教育馆及人防工程的实践验证,TRD工法能够较好地应用于项目周边紧邻河道及市政道路、施工作业净空受限、基坑形状特殊、项目地块被河道贯穿等复杂工况下的深基坑工程止水帷幕施工,能够起到有效的止水作用,并能够给予一定的基坑支护强度,助力基坑工程顺利推进。本文对止水帷幕方案选择、TRD工法的施工工艺与质量管控措施等方面进行了研究与总结,以期为类似项目施工和管理提供参考。