TRD工法桩与SMW工法桩工程应用特性对比分析
由 项敏 13818186389 撰写
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摘要：近年来，SMW工法桩、TRD工法桩、地下连续墙、钻孔灌注桩等基坑围护结构在我国软土地区得到了广泛应用。结合“绍兴市越东路及南延段智慧快速路工程二期Ⅰ标”项目，从TRD工法桩和SMW工法桩的施工工艺入手，探究了两者的工程应用特性以及经济效益，并对其进行了系统的归纳总结，经实践证明，TRD工法桩在基坑围护中具有广阔的发展前景。关键词：TRD工法桩；SMW工法桩；施工工艺；工程应用随着城市规模的不断扩大和城市土地供应的限制，带来了更多的基坑支护工作。SMW工法桩和TRD工法桩作为两种常见的桩基施工技术，已经在实际工程中得到了广泛研究和应用。刘树明等对SMW工法桩支护形式在深厚软土基坑的应用开展研究，研究表明：小应变土体硬化模型可有效模拟和预测基坑开挖的变形。李雪洋通过数值模拟，研究了SMW工法桩在某深基坑工程应用中的内力和变形等，并结合现场检测数据，验证了SMW工法桩在深基坑工程中的应用性。徐晓兵等通过对TRD工法桩在某综合整治工程中的工程应用效果进行分析，发现TRD防渗墙在富水圆砾地层中施工效果较好，墙体均匀连续。综上所述，诸多学者对SMW工法桩和TRD工法桩各自在工程中应用展开了研究，且大多集中于两种桩型在基坑支护中的受力和变形特性。此外，尽管两种工法桩在桩基施工完成后都能够达到增加地基承载力、改善地基稳定性和减小地震灾害等目的，但由于其施工原理和施工工艺的差异，两者在实际应用中存在一些优缺点。因此，本文以“绍兴市越东路及南延段智慧快速路工程二期Ⅰ标”项目为载体，对项目中运用到的TRD型钢水泥土搅拌墙与SWM工法桩的工程应用特性和经济效益进行了系统的归纳总结，分析结果可以为地基工程设计和施工提供合理的选择，为工程的质量和安全提供保障。越东路及南延段（杭甬高速—绍诸高速平水口）智慧快速路工程（二环南路以北至绍诸高速平水口）Ⅰ标位于浙江省越城区、柯桥区，北起设计桩号K20+800，南至绍诸高速以南昌峰路交叉口（设计桩号K23+400)，全长约2 600 m（其中地道约1 815 m)，主线采用双向四车道规模，以明挖隧道形式于平水江东侧布线，并于市人防教育中心前下穿至平水江，沿现有平水大道以隧道形式向南延伸，并于西昌路南侧出地与平水大道衔接，出地后的地面道路将扩容改造至双向六车道，终点接昌峰路。工程项目线路图如图1所示。
SMW工法自20世纪70年代问世以来，被广泛应用于基坑围护、地下结构、环保等领域，通过大量实战和总结，该工法技术发展迅速，已经是一项具备抗渗、高刚度且具备一定经济潜力的成熟围护工艺。SMW工法是利用三轴搅拌钻机在土层中切削土体，同时在钻头处加压注入调制好的水泥浆，与切割的土体充分搅拌，形成水泥土挡墙，且具备良好的抗渗性。若同时需要其具备一定的抗剪能力作为围护结构使用，可在切割注浆完成后，在水泥土浆液未硬化前及时按一定间隔或比例插入受拉抗剪材料（一般为H型钢），若型钢插入受阻也可辅以振动锤辅助沉桩，固化后由型钢抵抗剪力，形成SMW型钢水泥土搅拌墙复合围护墙体，可以作为止水帷幕和抗剪围护结构使用。SMW工法施工工艺如图2所示。
式进行搅拌喷浆，根据设计工艺的具体要求还可分为一喷二搅和二喷二搅，两者差别在于钻头上下搅拌时是否伴随着喷射浆液。当采用一喷二搅时，钻头下沉时既搅拌又喷浆，提升时只搅拌不喷浆，当采用二喷二搅时，钻头提升和下沉时均喷射水泥浆。在搅拌桩完成后插入型钢的比例可根据设计要求或所处环境实际情况来综合考虑，当搅拌墙受力要求较高时，可采用满插法，当受力需求不高时，出于经济性和进度考虑也可采取插二隔一和插一隔一法等，使墙体抗剪能力达到设计强度要求便可。型钢插法如图3所示。
TRD水泥土搅拌墙与目前工程中广泛采用的单轴和多轴搅拌桩机施工后所形成的柱列式搅拌墙有所不同，其是能够在各类土层和砂砾石、卵石层中连续成墙的较为新型的施工方法，适应性更强。因其成墙原理是利用链锯式刀具箱竖直插入事先挖好的土层中，启动机器后由链条带动刀具上下切割回转，同时沿着事先放好的基础线形轴横向运动，当土层上下被切割混合后刀排下方喷浆口喷射调配好的水泥浆液与土体混合切割搅拌，形成一定厚度的均质墙体。TRD工法施工工艺和成墙施工工序分别如图4，图5所示。
由于TRD搅拌墙切割方向为上下切割，而现实中土层上下层土质分布往往存在一定差异，比如上层多为黏土、砂质黏土、粉质黏土，往下则会出现粉土、含黏性土粉砂层、含黏性土砂砾石层等。因此，TRD的切割搅拌方式很好地将各层所蕴含的不同颗粒大小的砂、土、砾石等充分上下搅拌，使得不同粒径的颗粒均匀混合，各土层的孔隙得到重新排列，类似于混凝土中的粗细骨料均匀级配，加以水泥浆的注入使各层土层的抗渗、抗剪能力显著提升。当抗剪要求较高时亦可像SMW工法桩一样在墙体固化前按照比例插入型钢，增强其整体抗剪能力。就两者的成墙工艺来看其止水效果，TRD工法桩因其上下均匀切割搅拌和横向移动，墙体的均匀性和密实度更加突出，形成的墙体是真正意义上的“排墙”而非像SMW工法桩似的“排柱”，显而易见TRD工法桩其止水性能更加优秀，两者成型对比如图6所示。另外由于TRD成墙的连续性，在型钢插入时受间距制约较小，可在设计和规范允许范围内合理调整插入比例，在一定程度上节约了工期和投入，在施工效率上较SMW工法桩更有优势。
当下层土中卵石粒径较大时，TRD切割刀排可能会回转受阻，情况严重时甚至会发生刀排断裂的情况，影响工期正常推进。越东路智慧快速路工程二期Ⅰ标K20+800—K21+014段TRD施工时，偶有发现桩机刀排所带出地面的较大粒径卵石，且因下层大粒径卵石影响施工效率，我公司组织相关技术力量对TRD施工段进行“引孔”措施，即利用旋挖钻机对TRD施工段按一定距离和比例进行开钻，将下层大粒径卵石进行钻取和挤排，排除和降低大粒径卵石对TRD刀排的干扰影响，加快了施工进度，提高了成墙质量。此外，由于在城镇区域进行施工作业时，地下情况较为复杂，不仅有地质变化带来的影响，还可能存在某些地下障碍物等不明情况，采用TRD工法时其自带链条式刀具可以进行普通障碍物的切割，对一些普通的砂砾石层也能很好完成其切割成墙工艺。而SMW工法桩桩机则比较受限于特殊地质情况，钻孔成墙时所受制约因素也较多。以两者的成墙工艺来看，由于SMW工法桩所用到的单轴或多轴搅拌桩机，其成墙深度取决于桩机钻杆可抵深度，往往成墙深度越深其所用的钻杆也越长。因此，现场施工时对净空要求也越高，特别是遇到有架空线缆或高架桥梁区域时，机械高度愈加受限，同时机械高度越高在场地内行走时也越加不便，灵活性大大受阻且危险系数大大增加。而TRD机械设备则可以通过调节其组合刀箱的节数来控制成墙深度，设备净高不受成墙深度的影响，从根本上解决了净空受限的问题。另外由于刀箱位于TRD桩机侧面，施工时主机沿成墙方向横向移动，对行走工作面的要求较低，更为安全和便捷。SMW工法桩与TRD工法桩机械高度对比如图7所示。
在搅拌桩施工完成后，需要及时插入型钢保证墙体的抗剪性能，成墙后墙体的垂直度直接影响插入型钢顺利与否以及后期围护墙体整体质量。SMW工法桩在施工时，要时刻关注其垂直度和桩间距，测量调节较为繁琐。而TRD工法桩施工时，因为其具备一套完整的施工管理控制系统，通过多段式测斜仪实时监测桩身x，y轴方向上的数据变化，若发现偏差较大时可及时进行调节，保证成墙精度和垂直度，为后续型钢插拔提供保障。当采用常规的三轴搅拌桩机时，其成墙过程中为三根一组，桩与桩之间存在一定程度上的搭接，随着SMW工法桩完成延长米越长则存在的组数之间以及每组内部的搭接也越来越多。而TRD在成墙时是连续上下切割横向移动，只有在段与段的间隔部位需要有30 cm~50 cm的搭接区域保证其连续性，搭接部分较SMW工法桩更少，所需的水泥原材也更少、更为经济。搭接部分示意图如图8，图9所示。
以越东路智慧快速路工程二期Ⅰ标桩号K20+800—K21+014段850 mm厚TRD型钢水泥土搅拌墙为例，因其平面可直接按照矩形计算面积，而三轴搅拌桩（850 mm厚）其一次成型为三根搅拌桩约2延米，故两者均按照2延米长度且同深度进行计算。
两者相减可得每2延米TRD可比SMW工法桩节约搅拌墙面积约0.2m²。此外，随着搅拌墙所完成延米的增加，TRD工法桩可按照每日完成20延米计算，每完成20延米重复搭接一次，搭接宽度50 cm，面积为0．425m²，而SMW工法桩完成20延米时共计完成30根搅拌桩，搭接部分面积2．9m²，由此可见随着施工的进展双方所搭接部分的差值也将进一步增大，在同等深度的前提条件下，TRD工法桩也将比SMW工法桩节约更多的水泥原材，这更有利于成本的控制。目前，建筑行业越来越将目光聚焦于环保领域，文明施工将是工程进行过程中施工单位需严格把控的重中之重。TRD工法桩因其施工场地面小，受净空限制影响小，并且有全自动拌浆后台比传统SMW工法桩更加安全、文明、高效且对环境影响更小，所涉及的泥浆外运等清运安措费费用更低，在此方面TRD比SMW工法桩更为经济适用。但TRD桩机由于其特殊性，进出场费用较高，且施工时由于要吊放切割箱所以往往需常备吊车在现场配合TRD的施工，这无疑提高了TRD工法桩的造价。SMW和TRD工法都是目前较为成熟且有效的围护工艺，如何选择是项目初始阶段需要通过经济性、适用性以及所处环境等因素来综合考量择优选用。本文结合绍兴市越东路及南延段智慧快速路工程Ⅰ标基坑围护中的TRD工法桩，探讨了TRD工法桩与SMW工法桩工程应用特性和经济效益，证实了TRD工法桩在基坑围护中的应用具有广阔的发展前景，得到以下结论：1)TRD水泥土搅拌墙能够在各类土层，如砂砾石、卵石层中连续成墙，相较于SMW工法桩具有更强的适应性。2)TRD工法桩成墙厚度一致且搭接较少，上下切割时各土层中的大小颗粒搅拌更为均匀，相较于SMW工法桩具有更好的整体性和止水性。3)TRD桩机高度小，行走便捷安全，在净空高度受限的情况下，TRD工法桩比SMW工法桩更为安全。4)TRD桩机对垂直度控制更为精准便捷，且当对墙体的垂直度较高时，可对成墙方向实时监测调控。对墙体垂直度要求较高时，TRD桩机比SMW桩机更为合适。5)TRD成桩时，相较于SMW工法桩，搭接部分所需用水泥原材较少，因此，从成桩角度看，TRD工法桩更为经济。作者：陈成锋
编辑整理：项敏
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