TRD工法在深基坑支护工程中的应用

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

TRD工法(Trench-Cutting Re-mixing Deep Wall Method)是由日本于20世纪90年代初开发研制的新型等厚横移式水泥土地下连续墙施工工法[1-4]，与传统的单轴或多轴螺旋钻孔机所形成的柱列式水泥土地下连续墙工法不同，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。

1 工程概况

1.1 项目概况

海门路55#地块项目位于上海市虹口区的中心区域，由2 幢263 m高的办公楼和1 座3 层的主题商业中心组成。裙房地下共6 层，基坑开挖总面积约30 440 m2，属于一级安全等级基坑，环境保护等级为一级。上海市轨交12号线提篮桥站（已投入运营）位于基地北侧，其部分主体及附属结构位于基地范围内，如图1所示。

图1 施工区域概况及平面布置

根据设计要求，基坑围护结构与主体地下室结构外墙两墙合一，采用厚1.2 m地下连续墙。

1.2 地质条件

拟建场地属滨海平原地貌类型，地表覆有厚1.0～3.4 m的杂填土。一般地面标高在+2.28～+3.23 m。根据地质勘察资料，场地80.3 m 深度范围内地层均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成，具有成层分布特点。

1.3 水文条件

据上海地区区域资料，地下水主要有浅部黏性土层中的潜水，部分地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水。浅部土层中的潜水位埋深，离地表面0.3～1.5 m，年平均地下水位离地表面0.5～0.7 m，深部承压水位、潜水位和承压水位随季节、气候、潮汐等因素而有所变化。

2 加固选型

2.1 工程特点及难点

（a）拟建场地位于市中心，为一级安全等级基坑，施工安全性要求高。

（b）地下工程两墙合一，地下连续墙作为基坑围护结构同时也是主体地下室结构外墙，对侧壁加固体系的质量特别是止水性要求高。

（c）两侧加固有效桩长41 m，属超深止水帷幕，为实现地下连续墙的顺利成墙，止水帷幕垂直度要求不大于1/200。

（d）本项目周边条件复杂，且北侧紧邻轨道交通12号线提篮桥站，在施工期间需重点保护。因此，施工时必须将本工程对周边环境的影响降到最低，并进行实时监测。

2.2 方案比选

经工程地质与水文条件分析，适用于本工程槽壁加固的常用工法为三轴水泥土搅拌桩深层加固。但因本项目紧邻地铁站，且为超大、超深基坑，对加固方案的施工质量、安全性、垂直度、防水性、经济性等方面都提出了更高要求。我们通过对本项目的特殊性进行研究分析，且借鉴国内外相似案例的成功经验，决定引进新型的TRD工法设备（进行槽壁加固施工，以便更好地满足本项目的施工要求。

TRD工法20世纪90年代初由日本开发研制，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。该工法将水泥土搅拌墙的搅拌方式由传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌，改变为水平轴锯链式切割箱沿墙深垂直整体搅拌。其工作原理为通过动力箱液压马达驱动链锯式切割箱，分段连接钻至预定深度，水平横向挖掘推进，同时在切割箱底部注入固化液，使其与原位土体强制混合搅拌，形成的等厚度水泥土搅拌墙，也可插入型钢以增加搅拌墙的刚度和强度[5-8]。传统三轴水泥土搅拌桩工法与TRD工法成墙截面如图2所示，性能比较如表1所示。

表1 TRD工法加固与三轴水泥土搅拌桩工法加固主要性能与指标对比

图2 TDR工法与传统工法对比

通过对比分析，最终确定本项目基坑侧壁加固选型方案如下：

（a）外圈地下连续墙外侧采用单排700 mm TRD工法等厚度水泥土搅拌墙加固，加固深度41 m。

（b）其余区域采用Φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩传统工法进行槽壁加固，搭接250 mm，加固深度41 m。

3 工程应用

3.1 试验段施工

为准确推算TRD工法的推进速度与成墙时间，确定施工参数与成墙质量，并评估其环境影响与经济指标，我们先进行了一段长8 m、深41 m、厚800 mm的TRD试验段施工。施工工序如图3所示。

图3 TDR工法施工示意

3.2 TRD工效

本试验段TRD工效为切割箱自行打入挖掘工序约需要24 h，水泥土搅拌墙建造工序中，先行挖掘速度为45～60 min/m，回撤挖掘速度为10～15 min/m，成墙搅拌速度为30～35 min/m（水平每延米水泥用量12.9～15.5 t）；切割箱拔出分解工序4～5 h完成。

3.3 施工参数

（a）切割箱体配置为：1 段3.5 m、1 段1.22 m、10 段3.655 m，总长为41.27 m，尚有余尺0.27 m。

（b）挖掘液拌制采用钠基膨润土，每立方米被搅拌土体掺入100 kg膨润土，先行挖掘施工过程按1 000 kg水、50～150 kg膨润土拌制浆液；养生段挖掘液按1 000 kg水、200～300 kg膨润土拌制浆液。先行挖掘液浆液相对密度控制在1.02～1.04，养生段挖掘液浆液相对密度为1.06～1.10。根据泥浆的流动度控制挖掘液配比，从而保持槽壁稳定性。

（c）挖掘液混合泥浆流动度控制在160～240 mm，固化液混合泥浆流动度控制在150 ～280 mm。

（d）固化液拌制采用P.O 42.5水泥，每立方米被搅拌土体掺入25%～30%的水泥，即每立方米土掺入水泥450～540 kg；水灰比1.2，施工过程每1 000 kg水泥，掺1 200 kg水拌制浆液，根据现场浆液情况陆续调小水灰比，从而加强固化液效果。

桩身垂直度偏差≤1/250，槽壁加固后土体无侧限抗压强度1.2 MPa。

3.4 质量检测情况

（a）14 d、40 d取芯结果显示，14 d取芯强度普遍大于0.5 MPa，40 d取芯强度普遍大于0.8 MPa，且搅拌均匀性较好，水泥土离散性较低，整体强度较稳定。

（b）14 d、40 d的芯样渗水结果显示，14 d、40 d芯样抗渗系数普遍在10-6等级，同时，40 d的抗渗系数离散性也较小。

3.5 监测成果

等厚度水泥土搅拌墙试成墙过程中，布设了地表沉降监测点、深层水平位移监测点和深层土体分层沉降监测点进行相应监测。

3.5.1 地表监测点

从监测数据（图4）分析，成墙施工引起的地表变形规律与预期相同，在试验段成槽与成墙阶段引起的地表变形量相地表垂直位移变化曲线对较小，变化幅度在±5.0 mm 内。试验段施工过程中的地表变形具体表现为：从成槽开始至成墙结束，地面处于小幅上抬中，其中上抬相对明显测点为DB2～DB4（2.2 mm～4.4 mm），上抬最大值为14 日上午DB2（4.4 mm）；成墙结束后，地面变形处于恢复下沉中，其中成墙结束24 h内，变形恢复最快，集体出现由上抬至下沉的转变， 距墙体最近的DB2 变化幅度甚至达到6.4 mm。成墙结束36 h后，地面变形虽略有发展，但随着时间推移，基本趋于稳定。从地表监测点与墙体距离分析，试验段主要影响测点为DB2～DB7，对应平面距离在20 m 左右。

图4 地表监测点垂直位移

3.5.2 深层土体测斜

从土体深层水平位移监测成果分析，成墙施工引起的土体侧移规律与预期相同，从成槽开始至成墙结束，受墙体喷浆挤压，土体深层水平位移多向远离墙体方向位移，离试验墙段距离越近，位移幅度相对越大；其中14 日下午TX2 位移最大值达－10.4 mm，对应深度为35 m；由各监测点深层水平位移所处深度分析，不同深度变形相对明显测点为TX2～TX4，位移较大值所处深度在30～50 m 之间，成墙结束后，深层位移变形转换为趋近试验墙段的位移恢复中，其中成墙结束24 h内，位移恢复最快，其中尤以TX2 位移最明显，单日最大位移达11.1 mm，对应深度为37 m；土体恢复变形过程中，距试验段越近，变形恢复越大。成墙结束24 h后，位移速率放缓，变形逐步趋于稳定。

3.5.3 土体分层沉降

从土体分层沉降监测成果汇总表和曲线分析，成墙施工引起的土体不同深度垂直位移规律与预期相同，土体分层垂直位移在试验段成槽、成墙阶段，总体表现为上抬，其中最大值为14 日HT2-10，累积上抬达7.1 mm；由各测点位置分布分析，离试验段越近，土体分层上抬相对明显。试验段成墙结束后，各土层总体呈现下沉，其中最大值为16 日HT3-6监测点，最大累积下沉达10.2 mm；从各测点恢复下沉幅度来看，离基坑越近恢复下沉幅度越大，反之越小。

3.6 监测成果分析

（a）TRD 施工与常规搅拌桩施工引起的周围土体变形规律一致，均包括两阶段，即挤压变形和变形恢复，但该工艺引起的土体变形数值更小，恢复更快。

（b）土体各类变形在数值量级上均不大，采用TRD工法加固对周边环境安全更有利。

（c）结构松散的表层巨厚杂填土的存在，较大程度上可以消散土体中瞬时增加的挤压应力，对控制周边管线和地表变形有利。

4 结语

本项目采用新型TRD工法进行超深超大基坑侧壁加固施工，成功克服了紧邻轨交施工、周边环境复杂、水文地质状况多变等特殊条件下地下室外墙截水帷幕的施工难题。通过试验段施工综合各项监测数据，该工法安全稳定、施工质量高、防水性能好，且对周边环境影响小，为地下结构的开挖与施工创造了良好条件。