哈爾濱棚戶區(qū)改造項目位于哈爾濱道外區(qū)樺樹街地鐵旁，項目總方量13753立方米，墻厚800毫米，墻深40米，地質(zhì)為粉砂層，圓礫層，入強風(fēng)化層，于2016年11月份進場施工，正值哈爾濱最冷季節(jié)，零下二十多度氣溫，施工難度大，靠著過硬的施工團隊和先進的原裝施工設(shè)備，最終圓滿按期保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。
本文以此項目為例論證在高寒地區(qū)堅硬土層中TRD工法的應(yīng)用。
摘要
基于鄰近運營地鐵隧道的哈爾濱某棚改項目深基坑工程，首次在哈爾濱高寒地區(qū)堅硬土層中采用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，對該工法在本項目中的成功實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結(jié)構(gòu)之中，有效地解決了深層承壓水和標貫值在30擊以上密實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，驗證了該工法在超深、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，結(jié)果表明，在-5℃以下，雖樁頂進行了覆蓋，但頂部強度較低，在-2℃時，采取保護措施，頂部強度才符合要求，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，在堅硬地質(zhì)條件下其施工難點及應(yīng)對措施也較少有文獻記述.
本文基于鄰近已運營地鐵隧道的哈爾濱某棚改項目深基坑工程，為確保基坑開挖的安全及對地鐵隧道和周邊建筑的保護，首次在哈爾濱高寒堅硬土層中進行超深TRD工法等厚度水泥土攪拌墻圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工.從地鐵隧道保護、冬期-20℃以上高寒地區(qū)施工、堅硬砂層地質(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)堅硬土層中施工取得的經(jīng)驗和進展方向進行總結(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，一個大基坑做整體圍護，其又分為5個小基坑，其中涉及冬期施工、錨索拆除及地鐵保護的基坑為2，3，4號基坑.2號基坑開挖深度為11.1~12.2 m；3號基坑開挖深度為11.1~12.2 m；4號基坑開挖深度為11.1 m.2號基坑距離南側(cè)地鐵隧道約11.3 m，距離1號風(fēng)亭地下室外墻約6.7 m.3號基坑距離南側(cè)地鐵隧道約12.2 m，距離2號風(fēng)亭地下室外墻約6.5 m.4號基坑南側(cè)距離2號風(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、細砂組成，下部主要為中砂、粗砂層，底部為白堊紀粉砂質(zhì)泥巖.場地土層參數(shù)見表1.
圍護結(jié)構(gòu)穿越地層以砂層為主，分別有粉砂、細砂、粗砂、中砂、礫砂，施工穿過各類砂層厚度占比達70%，標準貫入擊數(shù)（N）均值接近200.
1.3基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與地鐵保護
該工程1~5號總體基坑開挖深度為11.1~12.2 m，施工順序為：1號基坑→2、3號基坑→4、5號基坑.
1、5號基坑支護方案：○800@1 050灌注樁+700 mm厚TRD止水墻，三道錨索.
2、3、4號基坑開挖臨近地鐵一號線區(qū)間段，考慮到地鐵運營的安全性及重要性，本次基坑支護設(shè)計針對地鐵隧道一側(cè)進行了加強保護：地鐵一側(cè)采用800 mm厚地連墻，墻底標高-20.3 m，超過地鐵隧道結(jié)構(gòu)底4.6 m.遠離地鐵側(cè)采用○900@1 100灌注樁+700 mm厚TRD止水墻，4號坑與2、3號坑交界處采用○800@1 000灌注樁支護.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)堅硬土層中TRD工法施工實踐
本工程采用700 mm等厚TRD水泥土攪拌墻做止水帷幕.水泥土攪拌墻頂標高-1.8 m，底標高-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.
2.1.2應(yīng)對高寒的技術(shù)措施
（1）放線時坐標控制點引出距離應(yīng)適當增加，以免在施工中受凍土硬殼層的影響；水準點的數(shù)量應(yīng)不少于兩個，未采取防凍脹影響的水準點，應(yīng)與永久性水準點校核后使用.
（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，加入適量的早強防凍劑；
④噴漿過程中，測溫員要及時測溫，水泥漿出機控制溫度不低于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），嚴防跑冒滴漏，管路連接完畢，做緊閉性試驗檢查（其中一臺未采用聚氨酯發(fā)泡填實保溫，暴露在地表的切割箱，在零下10度左右進漿管凍裂）；
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進行測溫，確保不低于0℃，并及時用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，保溫時間不得少于10天，10天后檢查其強度，據(jù)其結(jié)果再確定是否延長保溫時間.
（3）設(shè)備及輔助機械保溫措施.TRD主機及輔助機械（履帶吊、挖掘機、鏟車等）動力基本為柴油機，冬期施工中面臨無法正常啟動，或施工降效等問題.采取的相應(yīng)措施如下：
①柴油標號選用-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隨時清理設(shè)備機械行走履帶上的泥漿，防止凍結(jié)履帶；
④常備噴燈，必要時，及時解凍.
本工程對TRD設(shè)備的保溫改造，不僅是一個季節(jié)性施工措施的問題，更重要的是擴大了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堅硬地層條件施工難點及措施
2.2.1 TRD切削機械在砂層地質(zhì)條件下磨損嚴重
TRD工法機械主要由主機平臺和切削機構(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到切割效果.同時，可通過電腦計算設(shè)定不同的施工速度和強度.
該工程施工中，首次提鉆時發(fā)現(xiàn)切割刀具及鏈條均磨損嚴重，個別部位損耗已達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，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70%，標準貫入擊數(shù)（N）均值接近200.
天津?qū)贈_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分布，標準貫入擊數(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，但在砂類堅硬土層中要注意其刀具磨損情況.磨損超標時，在切割過程中容易造成箱體傾斜，進而埋鉆.所以，應(yīng)隨時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，施工時應(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重，在沖洗檢查時重點觀察，不必等拔鉆時再處理，做到隨時更換修復(fù).評估標準：切割刀具可單個評估.底板損耗≥3 mm時，重點觀察；損耗≥5 mm時更換.
除隨時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.評估標準：鏈條需整體評估，各鏈條損耗計取均值及最大值，損耗最大值≥3 mm時，重點觀察；損耗最大值≥5mm或均值≥3mm時，未到拔鉆時機的，可更換損耗≥5mm的鏈條；損耗均值≥5mm時，組織拔鉆，全面系統(tǒng)檢查后，進行修復(fù)或更換.
同時，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.每施工4000 m3為節(jié)點，強制起拔切割箱體，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
切割箱體及墊板采用補焊鋼板的方式修復(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工法機采用DSL203MU-1型鏈條，共24條.遵照設(shè)備維護保養(yǎng)要求，鏈條損耗超過5 mm，視為報廢.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，為避免油封高溫損壞，現(xiàn)場采用水冷法堆焊補強.焊絲選用氣保護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，洛氏硬度達到55以上，可經(jīng)受強烈磨料磨損.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構(gòu)耐磨性能.在準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)支護及帷幕采用鉆孔灌注樁+三道錨索支護+700 mm等厚TRD水泥土攪拌墻；該項目南側(cè)為已運行的地鐵1號線，南側(cè)支護及帷幕采用地下連續(xù)墻，厚度800 mm，深度38 m，墻頂標高-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197 m，如不提前處理錨索將面臨風(fēng)險.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的油管，造成泥砂進入油路系統(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，采用TRD-D設(shè)備主動輪帶動鏈條，鏈條帶動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，主動輪帶動鏈條道具挖掘松動原土層、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，調(diào)換漿液，注入固化液，切割箱向前推進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，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.避免開挖支護后人員下井的風(fēng)險，確保鄰近地鐵及本工程基坑安全；
③綜合經(jīng)濟效益高，TRD設(shè)備無需組織進場，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，有效確保周邊地鐵安全.
2.3.3錨索處理實際效果
本工程累計用時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要求高，工程采用基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及承壓水控制措施得當，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構(gòu)耐磨性能.通過對施工難度的預(yù)判，在施工過程中嚴格監(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，然后作水平橫向運動，同時由鏈條帶動刀具作上下的回轉(zhuǎn)運動，攪拌混合原土并灌入水泥漿，形成一定強度和厚度的墻。
TRD工法通過水平橫向運動成墻，可形成沒有接口的等厚連續(xù)墻體，其止水防滲效果遠遠優(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)濟性好。
TRD工法適應(yīng)粘性土、砂土、砂礫及礫石層等地層，在標貫擊數(shù)達 50~60 擊的密實砂層、無側(cè)限抗壓強度不大于5MPa的軟巖中也具有良好的適用性。可廣泛應(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。
