TRD-排桩工法在深基坑围护体系中的应用分析研究

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2022年09月05日 13:21:31
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍摘要

摘要：周边环境复杂且需超深止水的深基坑围护结构大多采用地下连续墙围护体系，但由于其需重型机械设备施工且周期较长，对于施工现场场地条件局促、工期紧的工程项目，则无法适用。TRD-排桩工法围护体系可弥补地下连续墙围护体系局限性。本文依托工程实例对TRD-排桩工法围护体系的施工技术、变形控制效果和技术经济性进行研究。

关键词：TRD-排桩工法；深基坑围护；基坑变形；技术经济性

▍前言

随着中心城区用地日益紧张，地下空间开发规模日趋扩大，对基坑围护体系的安全稳定、施工速度、环境保护和经济效益和成本等提出了更高要求。目前，周边环境复杂且需超深止水的深基坑围护结构大多采用地下连续墙围护体系，但地下连续墙施工涉及的槽壁加固、导墙施工、成槽等工序施工时间较长，且需配置大吨位履带吊和成槽机等大型机械设备，对施工场地空间要求较高，对于部分场地条件局促且工程进度紧张的工程项目，则不适用。而单纯的排桩-三轴搅拌止水帷幕围护体系或SMW工法桩围护体系，因其整体刚度较差，且三轴搅拌桩工艺不满足超深止水帷幕要求，并不适用于此类深基坑工程。由此，TRD-排桩工法围护体系因其施工工序少、施工机械轻便，在场地局促且周边环境保护要求高的深基坑工程中已有少量工程应用。目前，对TRD-排桩工法围护体系的研究尚少。周铮对TRD-排桩工法的施工工艺和质量控制做了介绍。胡耘等对TRD-排桩工法围护结构设计和施工进行了分析。但是，尚无对其技术、安全、经济分析的专项研究。

本文依托工程实例对TRD-排桩工法围护体系的施工技术、变形控制效果和技术经济性进行专项研究，并与地下连续墙围护体系进行对比，研究成果可供类似工程参考。

▍1 工程概况

上海市某基坑工程基坑面积10000m2，开挖深度9.95m，局部开挖深度14.25m。基坑环境保护要求高，周边环布地下管线、建构筑物，施工场地空间局促，不具备大型机械作业条件。场地土层中分布有微承压水，基坑抗突涌稳定性不满足规范要求，止水帷幕施工深度需达40m以上，且土层中含粉性土、砂性土，水平渗透系数较大，止水帷幕施工质量要求高。临近基坑边线有密集地下管线分布，场地表面广泛分布碎石、砖块等建筑垃圾，场地内原有建筑下有旧基础分布。因此，施工现场障碍物多，影响施工。

基坑围护设计阶段对三种围护形式(SMW工法、TRD-排桩工法、地下连续墙)进行了初步对比。

1)SMW工法刚度较低，变形控制能力差，易造成水泥土搅拌桩开裂漏水，且拔除型钢时对周边土体扰动较大。考虑到基坑四周紧邻市政管线、道路、已建建筑，环境保护要求相对较高，且场地内有水泥块、旧基础障碍物等不良地质条件，SMW工法较难满足变形控制要求。基坑面积也较大，施工工期较长，经济性不能体现，故不选用SMW工法。

2)地下连续墙围护体系具有止水、抗渗、挡土功能，工艺成熟，成墙质量可靠，施工风险小，且整体刚度大，对周边环境保护效果可控。但是，地下连续墙围护结构造价相对于SMW工法、灌注桩方案高很多，技术经济性需进一步分析。

3)TRD-排桩工法体系中，TRD止水帷幕成墙质量好，适于超深止水要求，排桩体系整体刚度较SMW工法好，同时排桩围护结构施工工艺成熟，施工机械小巧灵活，便于现场进度的工期控制，较适于本工程基坑实际情况，故选定TRD-排桩工法围护体系作为本工程基坑围护结构。

▍2 TRD-排桩工法围护体系施工技术

TRD水泥土墙成槽和搅拌有多种形式，每种形式对地下土质切削和搅拌要求不同，如何根据场地土质条件与土层分布，选用适合的TRD工法施工工艺，确保止水帷幕施工质量是保证基坑安全的重要控制点。根据本项目地层粉性土和砂性土分布厚度大的特点，根据现场成槽试验，选用三循环成槽施工工艺。

2.1 TRD水泥土搅拌墙施工

2.1.1 TRD水泥土搅拌墙三循环施工流程

TRD水泥土搅拌墙三循环施工流程如图2~图4所示。

图4 三循环水泥土搅拌墙成型工序

2.1.2施工参数控制

本工程设计TRD工法墙深1m，墙厚700mm。根据现场成槽试验，确定本工程TRD工法墙三循环成槽工艺施工参数控制如表1所示。

表1 TRD水泥土搅拌墙施工控制参数

2.1.3施工控制措施

根据工程场地粉性土和砂性土分布厚度大且地下障碍物多的特点，为控制成墙质量，在总结现场施工经验基础上提出以下施工控制要点：

1)根据地质详勘报告，对于不良地质和地下障碍物等可能影响成墙质量的不利条件，应先行彻底清障，再进行TRD工法墙(试成墙)施工。不良地质区域成墙施工时，应适当提高每延米水泥掺量10%~20%。

2)TRD工法水泥搅拌墙施工障碍物处理控制标准如下：埋深3m以内：利用挖机开挖清除，挖掘区域回填并分层夯实素土，压实度不低于90%；埋深超过3m：优先分级放坡开挖清除，若挖机无法清除，则根据障碍物类型采用旋挖钻机或全回转钻机(CD机)进行破除、清理，清障产生的空洞，采用8%水泥掺量的干拌水泥土分层夯实，确保地基承载力满足所用机械施工与行进荷载要求。

3)表层软弱土层区域采用素土换填并分层夯实，压实度不低于90%。根据TRD设备荷载，对施工操作区域加铺钢板，铺设2层以上，并应平行、垂直于沟槽两方向铺设，确保地基承载力满足所用机械施工与行进荷载要求及切割箱垂直度。

4)TRD工法桩机立柱导向架垂直度偏差不大于1/300。

5)对地层变化较多的区域，在切割箱打入放置时，以范围值内最小值控制挖掘液注入量，以高浓度、高粘度混合浆液应对急剧的地层变化，确保槽壁不坍塌。

6)成墙施工搭接区域的新施工墙体施工时，应先回撤并搭接已施工墙体约30~50cm，如图5所示。控制挖掘速度。控制固化液与混合泥浆搅拌速度不大于30min/m，使两者充分混合、搅拌。

7)TRD成墙暂停或施工结束时，切割箱体距已成墙区域应不小于3m，并对已成墙体区域注入高浓度混合浆液进行养护，防止后续施工时切割箱抱死。

8)一施工段成墙施工完成后，4h内拔出切割箱，拔除后注入与切割箱等体积的混合泥浆。根据切割箱上拔速度动态调整注浆流量，避免上拔产生孔内负压而造成周边地基沉降。

2.2 钻孔灌注桩施工控制

在一定长度区间TRD施工完成且达到墙体设计强度后，可安排钻机进行围护桩穿插施工。

根据本工程桩基实际情况和土质特征，钻孔灌注桩施工采用回转钻进正循环成孔、人工造浆护壁相结合工艺，采用间隔成桩工艺进行钻孔灌注排桩施工，保证新成孔桩与刚完成混凝土浇筑桩的施工安全距离不小于4倍桩径，或相邻桩施工间隔时间不少于36h。

钻孔灌注排桩成孔的关键在于泥浆配置参数控制，施工过程中严格按照场地土层条件选用不同配比参数的泥浆进行护壁。在粘土层成孔时，出口泥浆的比重控制在1.1~1.2。在淤泥质、砂质及其他易塌孔土层成孔时，出口泥浆比重控制在1.2~1.3，并应实时监测控制泥浆含砂率不大于1.1。

▍3 TRD-排桩工法围护体系变形控制能力

根据规范要求，需在3倍基坑开挖深度影响范围内布设基坑围护及周边环境监测点。本文仅对部分围护体系监测内容(围护结构顶部竖向、水平位移；围护结构侧向位移)和周边环境监测内容(坑外地表竖向位移；坑外潜水水位)进行分析，监测布点情况如图6所示，监测报警值如表2所示。

3.1 围护结构变形监测结果

各施工阶段围护桩深度-侧向变形如图7所示。可见随着开挖深度增加，围护结构侧向最大变形逐渐下移，最终稳定在坑底附近。其中，底板浇筑养护工况变形最大，最大值约27mm，位于深度约13m处。各施工阶段围护桩侧向变形值均小于报警值30mm。

围护桩顶时间-竖向位移曲线如图8所示。选取基坑西侧、南侧围护桩监测点位进行分析，可见随开挖深度增加，围护桩顶竖向位移增大，围护桩顶竖向位移变化区间约+1.22~-5.51mm，小于报警值30mm。

注：“＋”值表示向基坑内位移，“－”值表示向基坑外位移3.2地表沉降变形监测

在基坑外西侧、南侧地表设测点以监测基坑开挖对周边土体的扰动，监测剖面从基坑排桩边缘外2m起，以5m间距向外再设5个地表沉降测点。选取西侧道路中点测点监测情况分析不同距基坑距离地表沉降-时间及地表沉降-距基坑距离的变化情况，如图9、图10所示。

由图9可见，距基坑不同距离处地表沉降随时间变化规律基本一致，桩基及围护施工期间沉降速率较大，基坑开挖时地表沉降速率趋缓。地表沉降最大值出现在距基坑边12m测点，约23mm，小于报警值25mm。

由图10可见，地表沉降随距基坑距离增大呈先增大后减小的趋势，地表沉降在距离基坑边0~7m范围的数值较小，最大变形发生在距离基坑边12m处，最大值约23mm，而1倍基坑开挖深度范围外基坑开挖对周边土体影响趋小。

3.3 坑外水位监测

在基坑周边布置若干地下水位观测点以验证TRD工法墙的封闭性及止水效果，选取其中3个测点分析坑外地下水位-基坑开挖时间变化情况，如图11所示。3测点间坑外水位随基坑开挖变化规律大致相同，坑外水位大致稳定在地表下600~700mm，均小于水位报警值1000mm，说明TRD工法水泥土搅拌墙有良好的整体封闭性。

3.4 周边管线变形监测

选取基坑外西侧、南侧地下管线进行分析，如图12、图13所示。可见基坑外西侧、南侧道路下管线变形随基坑开挖进程的变化趋势大致相同，在桩基与围护施工期间(0-125d)，管线呈隆起趋势，隆起最大值为南侧上水管线，约5.89mm，随着基坑开挖，管线变形呈越来越大的沉降趋势，直至底板浇筑完成，沉降最大值为西侧电力管线，约18.99mm，小于bian xing 报警值20mm。