趙修明，張建新，劉永超，李 剛

（1.天津城建大學(xué)，天津300384；2.天津建城基業(yè)集團(tuán)有限公司，天津300301）

TRD 工法等厚度水泥土攪拌墻作為一種新型基坑圍護(hù)止水帷幕，既能夠隔斷深度30～60 m 深層承壓水，又能有效控制對(duì)周邊環(huán)境的影響，是一種可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色工法[1-3].目前該工法已成功應(yīng)用到上海、天津、南昌、蘇州、淮安、武漢、杭州等地深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)之中，有效地解決了深層承壓水和標(biāo)貫值在30 擊以上密實(shí)砂層截水帷幕施工的難題.吳國(guó)明、謝兆良、王衛(wèi)東等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工及成墻試驗(yàn)，驗(yàn)證了該工法在超深、超厚砂質(zhì)地層條件下，施工截水帷幕是可行的和可靠的[4-8]；張安、范海平對(duì)水泥攪拌體系的冬施最低氣溫做了試樁試驗(yàn)，結(jié)果表明，在-5 ℃以下，雖樁頂進(jìn)行了覆蓋，但頂部強(qiáng)度較低，在-2 ℃時(shí)，采取保護(hù)措施，頂部強(qiáng)度才符合要求，得出一般常規(guī)水泥攪拌樁施工不適合冬期寒冷條件[9].通過(guò)已有文獻(xiàn)可知，目前，TRD 工法尚無(wú)在冬期-5～-30 ℃氣溫下施工案例，水泥系攪拌樁在高寒低溫狀態(tài)下也未見類似案例，在堅(jiān)硬地質(zhì)條件下其施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施也較少有文獻(xiàn)記述.

本文基于鄰近已運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的哈爾濱某棚改項(xiàng)目深基坑工程，為確?；娱_挖的安全及對(duì)地鐵隧道和周邊建筑的保護(hù)，首次在哈爾濱高寒堅(jiān)硬土層中進(jìn)行超深TRD 工法等厚度水泥土攪拌墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工.從地鐵隧道保護(hù)、冬期-20 ℃以上高寒地區(qū)施工、堅(jiān)硬砂層地質(zhì)條件等方面取得了一系列成功施工方法，TRD 攪拌樁墻不僅有效地隔斷了承壓含水層，且施工過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境影響較小.本文基于該工程對(duì)TRD 工法技術(shù)在高寒地區(qū)堅(jiān)硬土層中施工取得的經(jīng)驗(yàn)和進(jìn)展方向進(jìn)行總結(jié)和分析，以便給類似工程提供借鑒作用.

1 工程概況

1.1 工程基本情況

本工程為哈爾濱市某棚改項(xiàng)目，由8 棟高層和3棟低層商業(yè)裙房組成.整體兩層地下室，一個(gè)大基坑做整體圍護(hù)，其又分為5 個(gè)小基坑，其中涉及冬期施工、錨索拆除及地鐵保護(hù)的基坑為2，3，4 號(hào)基坑.2 號(hào)基坑開挖深度為11.1～12.2 m；3 號(hào)基坑開挖深度為11.1～12.2 m；4 號(hào)基坑開挖深度為11.1 m.2 號(hào)基坑距離南側(cè)地鐵隧道約11.3 m，距離1 號(hào)風(fēng)亭地下室外墻約6.7 m.3 號(hào)基坑距離南側(cè)地鐵隧道約12.2 m，距離2號(hào)風(fēng)亭地下室外墻約6.5 m. 4 號(hào)基坑南側(cè)距離2 號(hào)風(fēng)亭地下室外墻約5.8 m.基坑平面和環(huán)境條件如圖1所示.

圖1 基坑支護(hù)平面及周邊環(huán)境示意

1.2 地質(zhì)概況

該工程場(chǎng)地是由河流沖積形成的河流侵蝕堆積地貌，屬松花江漫灘，上部地基土主要由黏性土、粉砂、細(xì)砂組成，下部主要為中砂、粗砂層，底部為白堊紀(jì)粉砂質(zhì)泥巖.場(chǎng)地土層參數(shù)見表1.

圍護(hù)結(jié)構(gòu)穿越地層以砂層為主，分別有粉砂、細(xì)砂、粗砂、中砂、礫砂，施工穿過(guò)各類砂層厚度占比達(dá)70%，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）均值接近200.

表1 巖土體參數(shù)取值

1.3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地鐵保護(hù)

該工程1～5 號(hào)總體基坑開挖深度為11.1～12.2 m，施工順序?yàn)椋? 號(hào)基坑→2、3 號(hào)基坑→4、5 號(hào)基坑.

2、3、4 號(hào)基坑開挖臨近地鐵一號(hào)線區(qū)間段，考慮到地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性及重要性，本次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)針對(duì)地鐵隧道一側(cè)進(jìn)行了加強(qiáng)保護(hù)：地鐵一側(cè)采用800 mm 厚地連墻，墻底標(biāo)高-20.3 m，超過(guò)地鐵隧道結(jié)構(gòu)底4.6 m. 遠(yuǎn)離地鐵側(cè)采用900@1 100 灌注樁+700 mm 厚TRD 止水墻，4 號(hào)坑與2、3 號(hào)坑交界處采用800@1 000 灌注樁支護(hù).設(shè)二道混凝土內(nèi)支撐.典型剖面圖如圖2 所示.

止水帷幕分別采用地連墻止水（南側(cè)臨近地鐵）和TRD 止水帷幕形成閉合帷幕體系，帷幕截?cái)嗫觾?nèi)外水力聯(lián)系.止水帷幕樁底標(biāo)高-40.8 m，進(jìn)入⑨礫砂層.

2 高寒地區(qū)堅(jiān)硬土層中TRD 工法施工實(shí)踐

本工程采用700 mm 等厚TRD 水泥土攪拌墻做止水帷幕.水泥土攪拌墻頂標(biāo)高-1.8 m，底標(biāo)高-40.8 m，有效墻深39 m.水平延長(zhǎng)1 174 m，總工程量32 050.2 m3.

2.1 TRD 冬期高寒地區(qū)施工分析

2.1.1 高寒施工難度

在高寒地區(qū)冬期施工中土壤、水泥漿等所含的水分易凍結(jié)，建筑材料、機(jī)械設(shè)備管路容易脆裂.除做好露天作業(yè)人員安全保暖外，TRD 水泥土連續(xù)墻施工面臨巨大困難，需采取防凍保暖措施.

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外水泥攪拌體系低溫施工文獻(xiàn)及案例的調(diào)查可知[9]，目前水泥攪拌體系最低施工溫度為-2 ℃，低于-20 ℃暫無(wú)施工案例.而本工程冬期施工期間，最低氣溫在-15 ℃至-30 ℃之間，其現(xiàn)場(chǎng)溫度變化情況見圖3，開創(chuàng)了水泥攪拌體系-20 ℃以上高寒地區(qū)施工先例，為后期類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn).

圖2 地鐵隧道與基坑相對(duì)典型剖面圖（單位：m）

圖3 TRD 冬施期間氣溫變化曲線

2.1.2 應(yīng)對(duì)高寒的技術(shù)措施

（1）放線時(shí)坐標(biāo)控制點(diǎn)引出距離應(yīng)適當(dāng)增加，以免在施工中受凍土硬殼層的影響；水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)不少于兩個(gè)，未采取防凍脹影響的水準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)與永久性水準(zhǔn)點(diǎn)校核后使用.

（2）冬期環(huán)境溫度低，水、漿容易凍結(jié)，或管路凍裂無(wú)法施工，需采取加熱變暖、保溫措施.具體做法：①后臺(tái)制漿區(qū)搭設(shè)暖棚，棚內(nèi)設(shè)暖爐取暖，每6 h 測(cè)溫一次，控制室溫在5～10 ℃之間；②對(duì)拌和水進(jìn)行加熱處理，采用加熱器加熱，溫度控制在25～35 ℃之間；③根據(jù)氣溫調(diào)整水泥漿拌制配合比，加入適量的早強(qiáng)防凍劑；④噴漿過(guò)程中，測(cè)溫員要及時(shí)測(cè)溫，水泥漿出機(jī)控制溫度不低于10 ℃，噴漿口溫度不低于5 ℃；⑤水泥漿管路、供水管路采用伴熱帶纏繞，外裹聚氨酯保溫（見圖4），嚴(yán)防跑冒滴漏，管路連接完畢，做緊閉性試驗(yàn)檢查（其中一臺(tái)未采用聚氨酯發(fā)泡填實(shí)保溫，暴露在地表的切割箱，在零下10 度左右進(jìn)漿管凍裂）；⑥第一節(jié)切割箱保留暴露在地表上，將切割箱體鉆孔注入聚氨酯保溫；⑦噴漿完畢后對(duì)TRD 進(jìn)行測(cè)溫，確保不低于0 ℃，并及時(shí)用50 mm 厚聚苯板外加防火草簾保溫覆蓋；在TRD 成品保溫過(guò)程中，保溫時(shí)間不得少于10 天，10 天后檢查其強(qiáng)度，據(jù)其結(jié)果再確定是否延長(zhǎng)保溫時(shí)間.

圖4 水泥漿管路、供水管路伴熱帶保護(hù)示意

（3）設(shè)備及輔助機(jī)械保溫措施. TRD 主機(jī)及輔助機(jī)械（履帶吊、挖掘機(jī)、鏟車等）動(dòng)力基本為柴油機(jī)，冬期施工中面臨無(wú)法正常啟動(dòng)，或施工降效等問題.采取的相應(yīng)措施如下：①柴油標(biāo)號(hào)選用-35#，液壓、潤(rùn)滑等采用冬期專用油，并對(duì)裸露的油箱、油缸進(jìn)行有效地保溫；②電瓶換新并配備用電瓶，常備充電設(shè)備，確保電瓶電量；③隨時(shí)清理設(shè)備機(jī)械行走履帶上的泥漿，防止凍結(jié)履帶；④常備噴燈，必要時(shí)，及時(shí)解凍.

本工程對(duì)TRD 設(shè)備的保溫改造，不僅是一個(gè)季節(jié)性施工措施的問題，更重要的是擴(kuò)大了TRD 工法的應(yīng)用和使用范圍.連續(xù)零下10 度以下一個(gè)多月工程仍在正常施工，效率基本正常，冬施成本增加不足3%.

2.2 堅(jiān)硬地層條件施工難點(diǎn)及措施

2.2.1 TRD 切削機(jī)械在砂層地質(zhì)條件下磨損嚴(yán)重

TRD 工法機(jī)械主要由主機(jī)平臺(tái)和切削機(jī)構(gòu)兩大部分組成.TRD 工法適用地層主要取決于其切削能力.可根據(jù)不同地層的地質(zhì)特點(diǎn)選擇不同規(guī)格的切割刀具，并合理調(diào)整切割刀具排列順序達(dá)到切割效果.同時(shí)，可通過(guò)電腦計(jì)算設(shè)定不同的施工速度和強(qiáng)度.

該工程施工中，首次提鉆時(shí)發(fā)現(xiàn)切割刀具及鏈條均磨損嚴(yán)重，個(gè)別部位損耗已達(dá)12 mm，已施工方量約6 000 m3，而天津軟土地基類似工程施工16 575.3 m3.完工檢查切割刀具及鏈條時(shí)，平均損耗＜2 mm，最大損耗未超過(guò)3 mm.

2.2.2 地質(zhì)狀況對(duì)比分析

從地質(zhì)勘查情況來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)地層以砂層為主. 各類砂層厚度占穿過(guò)地層總厚比達(dá)70%，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）均值接近200.

天津?qū)贈(zèng)_積、海積低平原地貌單元.地層多由粉土、粉砂、粉質(zhì)黏土組成，其中砂層較少，且只有粉砂與粉土交錯(cuò)分布，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）均值低于10.

TRD 工法雖在軟黏土地基中取得了成功經(jīng)驗(yàn)，但在砂類堅(jiān)硬土層中要注意其刀具磨損情況.磨損超標(biāo)時(shí)，在切割過(guò)程中容易造成箱體傾斜，進(jìn)而埋鉆.所以，應(yīng)隨時(shí)檢查測(cè)量切割刀具磨損情況、鏈條松緊及磨損情況.

2.2.3 切割箱體、切割刀具、鏈條損耗應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)砂層過(guò)厚，切割箱體、切割刀具、鏈條損耗造成的風(fēng)險(xiǎn)，施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施.

施工中每隔6～8 h 檢測(cè)一次切割刀具磨損情況.通常最長(zhǎng)的切割刀具底板磨損最嚴(yán)重，在沖洗檢查時(shí)重點(diǎn)觀察，不必等拔鉆時(shí)再處理，做到隨時(shí)更換修復(fù).評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：切割刀具可單個(gè)評(píng)估.底板損耗≥3 mm時(shí)，重點(diǎn)觀察；損耗≥5 mm 時(shí)更換.

除隨時(shí)檢查更換切割刀具外，每日須檢測(cè)鏈條松緊及磨損情況，如果無(wú)法更換修復(fù)，立即組織起拔切割箱體.評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：鏈條需整體評(píng)估，各鏈條損耗計(jì)取均值及最大值，損耗最大值≥3 mm 時(shí)，重點(diǎn)觀察；損耗最大值≥5 mm 或均值≥3 mm 時(shí)，未到拔鉆時(shí)機(jī)的，可更換損耗≥5 mm 的鏈條；損耗均值≥5 mm 時(shí)，組織拔鉆，全面系統(tǒng)檢查后，進(jìn)行修復(fù)或更換.

同時(shí)，施工過(guò)程中必須控制施工量，合理設(shè)置施工水平延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn). 每施工4 000 m3為節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)制起拔切割箱體，對(duì)箱體、墊板、鏈條及刀具全面系統(tǒng)評(píng)估，組織修復(fù)或更換.

2.2.4 切割箱體、鏈條及墊板修復(fù)要點(diǎn)

切割箱體及墊板采用補(bǔ)焊鋼板的方式修復(fù)，切割刀具直接更換.因鏈條損耗較大，更換成本很高，所以做好鏈條修復(fù)成為成本控制的關(guān)鍵.現(xiàn)場(chǎng)TRD 工法機(jī)采用DSL203MU-1 型鏈條，共24 條.遵照設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)要求，鏈條損耗超過(guò)5 mm，視為報(bào)廢.為此，采用耐磨堆焊修復(fù).每根鏈條由18 節(jié)鏈環(huán)聯(lián)接組成，各鏈環(huán)間均由軸承聯(lián)接，軸承內(nèi)有油封保護(hù)，為避免油封高溫?fù)p壞，現(xiàn)場(chǎng)采用水冷法堆焊補(bǔ)強(qiáng).焊絲選用氣保護(hù)堆焊藥芯碳化鎢焊絲，堆焊不少于4 層，堆焊厚度不少于5 mm，洛氏硬度達(dá)到55 以上，可經(jīng)受強(qiáng)烈磨料磨損.在該工程施工過(guò)程中共全面修復(fù)鏈條5 次，成本約10 萬(wàn)元.

經(jīng)全面修復(fù)后，大大提高了耐磨性能，甚至超出了原鏈條的耐磨能力.收到了良好的效果.

TRD 工法適應(yīng)地層范圍取決于切削機(jī)構(gòu)耐磨性能.在準(zhǔn)確掌握地層信息的前提下，通過(guò)對(duì)施工難度的預(yù)判，在施工過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)控易磨損部件，合理組織拔鉆、修復(fù).可以適用于各類土層、砂層，也可在粒徑小于100 mm 的卵礫石層和極軟巖層中施工.

2.3 采用TRD 工法處理錨索

2.3.1 原有錨索對(duì)地連墻施工的影響

擬建基坑北側(cè)支護(hù)及帷幕采用鉆孔灌注樁+三道錨索支護(hù)+700 mm 等厚TRD 水泥土攪拌墻；該項(xiàng)目南側(cè)為已運(yùn)行的地鐵1 號(hào)線，南側(cè)支護(hù)及帷幕采用地下連續(xù)墻，厚度800 mm，深度38 m，墻頂標(biāo)高-2.55 m.

經(jīng)查，原地鐵出入口挖深9.26 m，采用“鋼板樁+錨索”的支護(hù)方式，如圖5 所示.

圖5 錨索位置剖面示意

擬建地連墻軸線與原鋼板樁軸線距離2.2～12.2 m不等，錨索分兩排設(shè)置. 第一道錨索：長(zhǎng)36.5 m，標(biāo)高-2.3 m，水平間距1.5 m，入射角15 度.第二道錨索：全長(zhǎng)22.0 m，標(biāo)高-7.5 m，水平間距1.5 m，入射角15 度.

現(xiàn)基坑地連墻施工區(qū)域與錨索沖突范圍達(dá)197 m，如不提前處理錨索將面臨風(fēng)險(xiǎn).錨索作為地下障礙物將降低施工效率；斷開的錨索頭將損壞成槽機(jī)的油管，造成泥砂進(jìn)入油路系統(tǒng)，難以修復(fù)；影響鋼筋籠正常下放或造成偏斜. 經(jīng)評(píng)估，必須在地連墻施工前將錨索剪斷清除.

2.3.2 對(duì)原有錨索處理方案

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位較高，錨索清除作業(yè)須確保地鐵安全.

考慮利用正在施工的TRD-D 刀具鏈鋸式垂直及橫向水平切削的特點(diǎn)，采用TRD-D 設(shè)備主動(dòng)輪帶動(dòng)鏈條，鏈條帶動(dòng)刀具將錨索直接切斷或帶出后由人工剪斷的方式清除錨索，處理深度15 m，厚度700 mm.錨索清除作業(yè)中，如未能直接切斷，應(yīng)力求帶出后剪斷處理，以徹底清除地連墻槽內(nèi)錨索，特安排平行地連墻軸線兩側(cè)各施工一道TRD.

TRD1 設(shè)在遠(yuǎn)離地鐵側(cè)，距地連墻3～5 m，先行切斷錨固段放張錨索預(yù)應(yīng)力. 單純切割作業(yè)，不噴水泥漿. 挖掘液采用鈉基膨潤(rùn)土，每方被攪拌土體摻入100 kg 膨潤(rùn)土，水灰比20.施工過(guò)程中，挖掘液水灰比根據(jù)工藝要求及地層特性相應(yīng)調(diào)整. 作業(yè)后回填土方，以保證后期工程樁正常施工.

TRD2 設(shè)在臨地鐵側(cè)，即TRD 墻與地連墻凈距200 mm.TRD2 挖掘液同TRD1，固化液采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量10%，水灰比1 ∶1，在不減少水泥用量的前提下，盡可能的將水灰比控制到最小.

參照TRD 三工序成墻工藝，其切斷錨索具體工序如下.

（1）先行挖掘切斷錨索：注入挖掘液，切割箱向前推進(jìn)，主動(dòng)輪帶動(dòng)鏈條道具挖掘松動(dòng)原土層、切割錨索.

（2）回撤挖掘切斷錨索：根據(jù)作業(yè)工效，成槽切割一段行程后，切割箱回撤，以求全部切斷錨索或?qū)㈠^索帶出人工剪斷.

（3）成墻攪拌：切割箱回撤至作業(yè)段起點(diǎn)，調(diào)換漿液，注入固化液，切割箱向前推進(jìn)與挖掘液混合泥漿混合攪拌，形成等厚水泥土攪拌墻.（TRD1無(wú)此步驟）.

TRD 處理錨索方案優(yōu)勢(shì)：①操作性強(qiáng)，15 m 切割箱直接下放到土體內(nèi)，利用特制刀具可以將錨索剪斷，即使剪不斷也可以將錨索帶出，由人工剪斷，可徹底清除錨索；②安全性好，切割箱體在土體內(nèi)切割，安全可控. 避免開挖支護(hù)后人員下井的風(fēng)險(xiǎn)，確保鄰近地鐵及本工程基坑安全；③綜合經(jīng)濟(jì)效益高，TRD設(shè)備無(wú)需組織進(jìn)場(chǎng)，水泥用量少，方案成本低；④處理效果優(yōu)越，TRD2 緊貼地連墻臨地鐵站側(cè)，成墻后不僅剪斷錨索，而且對(duì)地連墻上部槽壁起到加固作用，TRD墻徹底將錨索眼固化封堵，形成止水防護(hù)，有效確保周邊地鐵安全.

2.3.3 錨索處理實(shí)際效果

本工程累計(jì)用時(shí)28 天，共完成TRD1 墻201 m、TRD2 墻196 m.經(jīng)處理后，地連墻施工中未出現(xiàn)斷開的錨索頭損壞成槽機(jī)現(xiàn)象，地連墻施工鋼筋籠下放未受影響.

3 結(jié) 論

（1）本工程基坑開挖深，周邊環(huán)境較復(fù)雜，對(duì)鄰近的地鐵隧道保護(hù)要求高，工程采用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及承壓水控制措施得當(dāng)，基坑開挖未對(duì)地鐵隧道等周邊環(huán)境產(chǎn)生影響.

（2）在采取有效防寒保暖措施的情況下，TRD 工法可在-20 ℃以下環(huán)境施工應(yīng)用，擴(kuò)大了其使用區(qū)域.

（3）TRD 工法適應(yīng)地層范圍取決于切削機(jī)構(gòu)耐磨性能. 通過(guò)對(duì)施工難度的預(yù)判，在施工過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)控易磨損部件，需合理組織拔鉆、修復(fù).本工法可以適用于各類土層、砂層，也可在粒徑小于100 mm 的卵礫石層和極軟巖層中施工.

（4）基坑施工如遇原有錨索需清除問題，可采用TRD 工法結(jié)合施工處理.