TRD工法案例
孙贤瑛
摘要:针对闹市区不规则群坑施工问题,为降低群坑施工对周边环境的影响,对群坑施工方案进行了调整优化。通过采用超深TRD工法桩隔断承压水层、利用树根桩形成附加隔断、按照时空效应开挖土方、完善施工监测方案等优化措施,最终使群坑施工得到了理想的效果。优化后的施工方案可为以后类似工程的施工提供借鉴。
关键词:不规则场地;群坑施工;TRD工法;回灌井
随着城市建设的飞速发展,城市中心存在大量在已建建筑周围进行整体开发的项目。此类项目往往受外界条件限制,造成施工场地普遍不规则,地下施工阶段甚至形成群坑施工状态。因此,如何在确保周边建筑安全的情况下,高质量地完成地下群坑施工就显得十分重要。
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上海火车站北广场D地块总承包工程东至大统路,南至中兴路,西至普善路,北至沪太路、中华新路,邻近上海市长途汽车客运总站。工程主要由5栋建筑组成,总占地面积为33 314.9 m2,总建筑面积为118 046.2 m2,地上最高18层,地下2层(图1)。
图 1 项目示意图
1.1周边环境概况
整个地块被中部已有建筑分隔,周边已有建筑距离本工程围护最近为10 m(图2)。
图 2 周边环境示意
东南侧轨道交通1号线区间隧道(运营中的上海火车站站—中山北路站)直径6.7 m,埋深约12 m,距离本工程②区基坑最近仅15 m。东侧大统路地道为双向隧道,距离②区基坑最近处为30 m。邻近地铁隧道侧条形基坑安全等级为一级,基坑外围环境保护等级为一级。
1.2围护工程概况
基坑总面积约16 191 m2,其中:①区8 268 m2,挖深9.45 m,采用2道混凝土支撑;②区327 m2,挖深9.95 m,采用1道混凝土支撑、2道钢支撑;③区4728 m 2,挖深9.45 m,采用2道混凝土支撑;④区2 868 m2,挖深9.60 m,采用2道混凝土支撑。
基坑围护形式为φ1 0 0 0 m m钻孔灌注桩(深23~30 m),邻近地铁侧采用厚1 000、800 mm地下连续墙(深21~25 m)。围护外侧止水帷幕采用全封闭厚700 mm的TRD工法等厚度水泥土搅拌墙(深47 m)。围护内侧采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩墙。在北侧邻近已有建筑群的区域设置隔离桩(φ350 mm@350 mm双排、φ500 mm@500 mm单排)。
基坑围护剖面如图3所示。
图3 围护剖面示意
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2.1邻近地铁
本工程邻近地铁,对变形控制要求高。为此,在邻近地铁侧采用厚1 000、800 mm地下连续墙,围护外侧止水帷幕为全封闭厚700 mm的TRD等厚度水泥土搅拌墙,隔断⑤2层承压水层,施工时设置降压井及回灌井。回灌井开启时间必须严格按照降水报告进行,按需降水。
2.2施工机械种类多、场布难度大
本工程由多种围护类型组成,场地内同时进场的施工机械种类也相应增加,对原本就十分紧张的施工场地提出了更大的挑战。
施工前根据施工工艺要求,优化施工流程,不同围护结构交替进行,减少场内场地压力,在确保基坑施工质量的前提下,兼顾施工场地布置及施工进度要求。
2.3群坑降水对周边环境影响大
根据工期进度的要求,会导致场地内存在多个基坑同时开挖的情况。因此,必须事先制定详细的降水施工方案及应急预案,在正式开始降水前进行预降水施工,通过该过程对群坑同步降水的效果进行分析,充分考虑降水效果可能叠加的情况。在施工过程中,实时监测,一旦发现降水深度超过施工方案及报警值,则必须调整方案,再重新开启降水。
2.4监测方案要求高
群坑施工对监测方案提出了很高的要求,即除了要求监测数据全面,设计方案、监测点布置合理外,还要求必须制定应急预案,以应对群坑施工时可能产生的耦合效应。根据监测报告进行深化分析,与设计方积极沟通协调,必要时对施工方案进行优化,确保工程顺利开展。
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3.1超深TRD止水帷幕施工方案
为了确保围护施工质量,本工程进行桩基围护施工顺序优化,按照工程桩、立柱桩→TRD工法槽壁加固→地下连续墙→三轴搅拌桩→高压旋喷桩的施工顺序,各分区间进行流水搭接施工,合理地进行施工场地机械、施工道路布置。
墙厚700 mm、深47 m的TRD工法止水帷幕是围护施工中的一个重要部分。现场布置2台TRD工法桩机进行同步施工,垂直度误差控制在1/300,水灰比1.2,采用三循环方式施工成墙。
1)TRD工法钻进施工。TRD工法施工顺序自一端向另一端往复前进,每一循环前进长度为20 m,往复3次成桩(即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌)。
2)搅拌机注浆速度。TRD搅拌桩在横移过程中均应注入水泥浆液,并根据注浆速度匹配相应的桩机移动速度。
3)超深TRD工法施工的垂直度控制措施。
①测量定位阶段。TRD主机就位后应复测墙位,如有误差或偏位必须调整主机重新就位。当墙位对中准确无误,且主机导向架垂直度偏差≤1/250时,方可进行TRD工法施工。
②校正主机导杆垂直度。TRD工法机拼装完成及移位后,使用经纬仪分别从正面、侧面校正桩机立柱导向架的垂直度,在切割箱打入过程中,随时对切割箱垂直度进行校验。
③安装测斜仪。切割箱打入至设计深度后,在切割箱体内安装测斜仪,实时监控切割箱面内与面外的偏差情况,并及时通过驾驶员操控调整,确保TRD工法等厚度水泥土搅拌墙的墙体垂直度满足设计要求(图4)。
图4 TRD工法掘进(现场施工)
现场施工视频
4)TRD工法强度检测。TRD工法水泥土搅拌墙采用钻芯法检测墙身完整性,28 d无侧限抗压强度≥1.2 MPa。
3.2降水井施工方案
本工程基坑开挖深度约10 m,场地内存在第⑤2层微承压含水层,第⑦层第一承压含水层。根据计算,本场地针对⑤2层的临界开挖深度为9.45 m、⑦层的临界开挖深度为14.3 m,基坑整体进行⑤2层降压,局部深坑需考虑⑦层降压,同时止水帷幕隔断⑤2层,因此现场共布置疏干井57口、降压井23口、观测井15口,靠近重要建筑物一侧设置12口应急回灌井。
基坑降水过程中时刻注意地下水位监测数据,尤其在东、西区同时挖土阶段,应注意观察是否产生降水效果叠加的情况。
3.3挖土施工方案
本工程场地中部为已建的展望大厦(地上18层、地下1层,框架剪力墙结构),将整个地下室分为东西2个独立的基坑。
东区基坑出于对周边轨道交通及已有建筑的保护,将其分为3个区域进行流水搭接施工,依次施工①区→②区→③区。①区基坑先行开挖土方;④区待①区底板形成后即可开始施工;③区待①区地下结构回筑至B1层时,开始挖土;③区底板施工完成后,开挖②区基坑。
由于②区基坑邻近地铁区间段(距离本工程基坑最近仅18 m),故每层土方无支撑暴露时间控制在72 h以内,30 d内施工至底板结构。
3.4环境保护措施
1)对地铁、地道的保护。在本工程桩基及围护施工前,在远离地铁侧及大统路隧道侧进行非原位的试验桩施工,并通过试验优化施工参数。降低对轨道交通1号线及周边道路管线的影响。同时根据以往施工经验对②区基坑进行开挖时间控制,将土方开挖对地铁造成的影响降到可控范围内。
2)对周边建筑的保护。基坑开挖前必须确保隔离桩施工到位,并严格按照经专家评审通过的专项方案进行施工。基坑开挖应注重“时空效应”,以“分层、对称、限时开挖”为原则,除首层土退挖外,其余各层土采用盆式开挖,即先进行对撑区域开挖形成支撑,留盆边土护坡,再进行盆边土区域土方开挖。各挖土分区的进度搭接必须符合方案要求,且东西两区之间避免重型车辆往返行走,减少地面振动。
3)对红线范围南侧高压线的保护。红线范围南侧退界7.5 m属于220 kV高压线范围,该区域禁止堆放任何东西,更不能设置大临设施。因此现场大临设施集中设置在场地东侧,重型车辆施工便道避开该区域布置。## 4
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通过对地下水位及基坑监测结果进行分析,本工程在地下室挖土施工期间,地表沉降累计值为9.51 mm,墙顶沉降累计值为5.65 mm,墙体测斜累计变化值为17.12 mm,立柱垂直位移为8.4 mm。
随开挖深度变化,围护体深层水平位移均处于安全范围。同时,本工程严格遵循“按需降水”原则,根据地下水位实时监测数据,调整降水方案。降压井开启阶段,发现周边水位变化在预计值内,因此施工过程中未开启回灌井,最大程度地减少了降水对周边环境的影响。
综上,利用隔离桩预先将基坑与周边建筑物进行分割,同时设置超深TRD工法止水帷幕隔断⑤2层承压水层,一定程度上可减少降水及挖土施工对周边环境的影响。利用分坑设计将各分区流水搭接施工,可以减小因群坑施工产生的耦合效应。本工程的顺利实施,可为建筑群间不规则场地开发的施工项目提供借鉴。
TRD工法
TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。
TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。
TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。
TRD工法动画演示
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