哈爾濱棚戶區(qū)改造項(xiàng)目位于哈爾濱道外區(qū)樺樹街地鐵旁，項(xiàng)目總方量13753立方米，墻厚800毫米，墻深40米，地質(zhì)為粉砂層，圓礫層，入強(qiáng)風(fēng)化層，于2016年11月份進(jìn)場施工，正值哈爾濱最冷季節(jié)，零下二十多度氣溫，施工難度大，靠著過硬的施工團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的原裝施工設(shè)備，最終圓滿按期保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。
本文以此項(xiàng)目為例論證在高寒地區(qū)堅(jiān)硬土層中TRD工法的應(yīng)用。
摘要
基于鄰近運(yùn)營地鐵隧道的哈爾濱某棚改項(xiàng)目深基坑工程，首次在哈爾濱高寒地區(qū)堅(jiān)硬土層中采用TRD工法等厚度水泥土攪拌墻技術(shù)，創(chuàng)造了冬期-5～-30℃高寒下TRD工法成功施工的方法.針對在超深、超厚堅(jiān)硬砂層地質(zhì)條件下TRD工法施工困難的問題，提出了一系列處理措施，并探索了采用TRD工法處理錨索的施工方法.通過成墻檢測和現(xiàn)場實(shí)際開挖表明：本工程施工過程中采取的一系列方法有效保證了TRD等厚度水泥土攪拌墻的成墻質(zhì)量，墻體有效地隔斷了深層承壓含水層，避免了基坑降水對地鐵隧道的影響，對該工法在本項(xiàng)目中的成功實(shí)施及類似條件的工程提供了參考和借鑒.
前言
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. 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.吳國明、謝兆良、王衛(wèi)東等通過現(xiàn)場施工及成墻試驗(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；張安、范海平對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.通過已有文獻(xiàn)可知，目前，TRD工法尚無在冬期-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)對措施也較少有文獻(xiàn)記述.
本文基于鄰近已運(yùn)營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，且施工過程對周邊環(huán)境影響較小.本文基于該工程對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.
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.
1.2地質(zhì)概況
該工程場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.
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.
1、5號(hào)基坑支護(hù)方案：○800@1 050灌注樁+700 mm厚TRD止水墻，三道錨索.
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)營的安全性及重要性，本次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)針對地鐵隧道一側(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.
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1 174 m，總工程量32050.2 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.
通過對國內(nèi)外水泥攪拌體系低溫施工文獻(xiàn)及案例的調(diào)查可知，目前水泥攪拌體系最低施工溫度為-2℃，低于-20℃暫無施工案例.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).
2.1.2應(yīng)對高寒的技術(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測溫一次，控制室溫在5~10℃之間；
②對拌和水進(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噴漿過程中，測溫員要及時(shí)測溫，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TRD進(jìn)行測溫，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)果再確定是否延長保溫時(shí)間.
（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、潤滑等采用冬期專用油，并對裸露的油箱、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＜2mm，最大損耗未超過3mm.
2.2.2地質(zhì)狀況對比分析
從地質(zhì)勘查情況來看，現(xiàn)場地層以砂層為主.各類砂層厚度占穿過地層總厚比達(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)對措施
針對砂層過厚，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檢測一次切割刀具磨損情況.通常最長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).評估標(biāo)準(zhǔn)：切割刀具可單個(gè)評估.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，每日須檢測鏈條松緊及磨損情況，如果無法更換修復(fù)，立即組織起拔切割箱體.評估標(biāo)準(zhǔn)：鏈條需整體評估，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≥5mm或均值≥3mm時(shí)，未到拔鉆時(shí)機(jī)的，可更換損耗≥5mm的鏈條；損耗均值≥5mm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)，施工過程中必須控制施工量，合理設(shè)置施工水平延長節(jié)點(diǎn).每施工4000 m3為節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)制起拔切割箱體，對箱體、墊板、鏈條及刀具全面系統(tǒng)評估，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.在該工程施工過程中共全面修復(fù)鏈條5次，成本約10萬元.
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，通過對施工難度的預(yù)判，在施工過程中嚴(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.
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)評估，必須在地連墻施工前將錨索剪斷清除.
2.3.2對原有錨索處理方案
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15m，厚度700mm.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土，每方被攪拌土體摻入100 kg膨潤土，水灰比20.施工過程中，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無此步驟）.
TRD處理錨索方案優(yōu)勢：
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)備無需組織進(jìn)場，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201m、TRD2墻196m.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.
結(jié) 論
（1）本工程基坑開挖深，周邊環(huán)境較復(fù)雜，對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.通過對施工難度的預(yù)判，在施工過程中嚴(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.
現(xiàn)場圖片
TRD工法（Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method），又稱等厚度水泥土地下連續(xù)墻工法，其基本原理是利用鏈鋸式刀具箱豎直插入地層中，然后作水平橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由鏈條帶動(dòng)刀具作上下的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，攪拌混合原土并灌入水泥漿，形成一定強(qiáng)度和厚度的墻。
TRD工法通過水平橫向運(yùn)動(dòng)成墻，可形成沒有接口的等厚連續(xù)墻體，其止水防滲效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于柱列式地下連續(xù)墻和柱列式攪拌樁加固，其主要特點(diǎn)是環(huán)境污染小、成墻連續(xù)、表面平整、厚度一致、墻體均勻性好、防滲性能好、施工安全，與傳統(tǒng)柱列式地下連續(xù)墻相比隔滲，經(jīng)濟(jì)性好。
TRD工法適應(yīng)粘性土、砂土、砂礫及礫石層等地層，在標(biāo)貫擊數(shù)達(dá) 50~60 擊的密實(shí)砂層、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不大于5MPa的軟巖中也具有良好的適用性?？蓮V泛應(yīng)用于超深隔水帷幕、型鋼水泥土攪拌墻、地墻槽壁加固等領(lǐng)域。
