TRD工法原理及其在深基坑止水帷幕中的应用

葛永超

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361006）

1 引言

在复杂地质及水文条件下，对基坑围护止水等施工技术及工法提出了新的要求。在大量工程实践中，技术人员积累了丰富的经验，使得新工艺、新方法迭代升级并不断涌现[1]。本文以实际工程为背景，系统介绍了TRD工法的原理及其在深基坑止水帷幕中的应用，为其他类似工程提供了设计和施工的依据。

2 工程概况

某污水处理厂一期基坑开挖与支护工程，一体化箱体和泥区平面尺寸为368 m×（106～183） m；场地平整标高6.0～7.0 m，西高东低，基坑深度6.3～8.6 m。该项目结构桩采用灌注桩与高强预应力管桩相结合的方式布置；灌注桩强度等级不低于C35（水下），水泥强度等级为42.5级。高强预应力管桩桩身混凝土强度为C80，采用PHC500-AB125-24～28c管桩。基坑止水帷幕采用TRD工法桩和三轴水泥土搅拌桩（直径850 mm）。

拟建场地位于某市东海域，所在海域属强潮海区，正规半日潮，场地地貌为海湾滩涂地貌。

地勘表明场地土层结构复杂：①1杂填土、①2素填土、①3填砂、②淤泥、③粉质黏土、④粉土、⑤残积砂质黏性土、⑥全风化花岗岩、⑦砂砾状强风化花岗岩、⑧碎块状强风化花岗岩、⑨中风化花岗岩。地勘表明，地表杂填土层上部有建筑垃圾和碎砖石，同时场地有土质松软的暗浜。

3 TRD工法介绍

3.1 工法原理

TRD工法由日本在1993年发明，是目前世界上最为先进的围护施工方法之一，2009年引入我国，在不同工程中得到了成功应用，得到业内的认可和推广。

TRD工法是利用液压主机驱动链锯式切割箱，对土地进行竖向切割，切割至设计深度后，刀具连同主机横向移动形成等厚的地下连续墙[2，3]。成墙机理主要从高压喷射注浆和理化反应2方面解释。

1）高压喷射注浆

利用高压水喷射流切割原理对土体进行切割，可以加固地基土，提高土体的强度和抗渗性能，一定程度上是部分地基土体被泥浆置换。

高压喷射注浆形成固结体是切割土、搅拌扬升、填充挤压、浆液固结等共同作用的结果。切割土作用是指喷射流在高压作用下，地基土在动水压力、水力劈裂力、脉动压力等共同作用下被破坏；搅拌扬升是指空气作用使泥浆混合液沿孔壁喷射出地面，改变了土层的颗粒级配；填充挤压则是喷射泥浆在静水压力作用下对土层的挤压作用。泥浆固结是指泥浆向周围土层扩散，提高其强度和抗渗性。

2）理化反应

TRD工法注入的固化剂与深层破碎的土之间产生一系列物理化学反应，使原状土体的结构发生改变，形成完整性、水稳性和高强度的水泥土和石灰土。

固化剂目前常用水泥、石灰等材料，在搅拌机作用下使固化剂与土地进行充分搅拌，经过一系列的物化反应形成一种强度比天然土体高、整体稳定性和抗渗性良好的等厚水泥土抗渗墙体。

3.2 工法特点

1）适用性强：TRDI法在稳定性和实用性上有较大优势。在施工深度上可以延伸至地下60 m，成墙厚度最大可到850 mm，机具高度约10 m。

2）适应地层广：在标准贯入度N＜100的软质土层中表现优异，同时在硬质地层中具有良好的挖掘性能。

3）无缝连接：施工一次成墙，墙体等厚，可以任意设置芯材间距。

4）成墙品质好：相比传统工法，在深层土层中搅拌均匀，墙体具有很好的均质性和连续性，成墙强度高、抗渗性好、水平和垂直偏差率低。墙体抗压强度可达2.0 MPa，渗透系数可达105mm/s。

4 深坑止水帷幕中的应用

4.1 传统工法的局限性

传统工法的局限性体现在以下3方面：

1）传统旋喷桩对技术人员的机械操作水平要求比较高，在复杂地层结构中适应性差，在较深土层中成桩质量得不到保证，成本难以控制；

2）桩与桩之间的咬合度较差，在土层多变的深大基坑中止水效果较差，存在一定的施工风险；

3）施工效率低，机具对场地要求高，在城市施工噪声大，泥浆量较大，对周围环境的污染较为严重，不能做到绿色施工。

4.2 应用前景分析

应用前景从以下3方面进行分析：

1）经济效益：TRD工法施工工期短、造价较低、适用范围广，成墙可作为建筑物本体，可以起到止水帷幕的作用，节省大量的混凝土和钢材。在基坑止水帷幕达到相同效果的情况下，TRD工法要比传统工法成墙厚度少0.2～0.5 m，可节约大量原材料和土地，明显降低造价。

2）社会效益：对比传统SMW工法，在深基坑围护施工中TRD工法具有明显优势。SMW工法施工深基坑围护一般＜20 m，在深层搅拌表现较差，桩间搭接效果不能保障。TRD工法在深基坑围护施工中可以保证成墙水泥土的连续性和均匀性。在设备机具高度上，TRD工法约11 m，而SMW工法达到25 m以上，桩架的安全性能得不到保障。TRD工法节省了施工工艺，集约了社会成本。

3）环境效益：TRD工法具有低噪声、振动低、泥浆无须外运、节水等优势，具有良好的环境效益。传统混凝土连续墙会产生大量泥浆，特别是城市地铁、高层建筑等施工会产生较大环境负担。

4.3 TRD工法的具体应用

4.3.1 施工应用

TRD工法施工应用广泛，起到支护和止水帷幕双重作用，特别是在有地下水涌入的地下挖掘工事中，临江、临河、临海地下水位较高的超深基坑中，以及在盾构竖井、挡土防渗墙、腐殖地层的地基改良中也有广泛的应用。

在本基坑止水帷幕的施工过程中，需要根据现场出土情况和实验结果适当调整施工参数，如适当延长成墙的搅拌时间，以保证成墙的连续性和均质性。本工程采用TRD-Ⅲ型工法工程钻机，搭配切割箱、空压机以及测量装置进行施工。

根据设计规范要求，成墙后对墙体钻孔取样，测量不同龄期墙体的强度和渗透性。检测结果显示：TRD工法止水帷幕施工在土层多变的基坑中呈现较好的均匀性，渗透性指标均匀可靠，较传统三轴搅拌桩有较大的优势。

4.3.2 控制措施

1）前置工作

在机械设备进场前清除场地障碍物、场地“三通一平”，并钢板铺设、预留施工便道、测量定位方向等，针对不良地质适当采用清淤、换填等方式进行改造。

2）试成墙施工

本工程试成墙施工深度42 m，成墙厚度0.7 m，注浆区域水平延长6 m。施工前对场地进行整平，同时处理不良地质和地下障碍物，适当提高水泥的掺量。试成墙施工完成后需进行地表沉降监测、渗透性检测。分析及明确各施工技术参数、工艺流程和关键控制步骤，以达到正确指导施工的目的。

3）垂直精度控制

成墙垂直度要从2方面来控制：施工前土地压实整平，轴线引测；施工时保证机具的水平和导杆的垂直，保证钻机正确就位，开凿前校验立柱导杆的垂直偏差度在1/250以内。

4）成墙品质

为保证成墙的强度和抗渗透能力，施工前应结合试成墙实验明确施工速度、水泥掺量等技术参数。新旧墙体搭接中要对每次成墙的终点进行标记，保证先后成墙搭接段≥50 cm，并在搭接部位增加固化液的掺量，保证接缝质量。

4.3.3 质量测评

为保障基坑的长久稳定，在施工完成后一般有原位监测、室内测试和现场开挖监测3种测评办法。

1）原位监测

主要监测成墙的完整性和抗渗性能。采用高清钻孔成像电视配合钻孔雷达探测，可对成墙的完整性进行测评；正负压水试验测评墙体渗透性。

2）室内测试

强度达到标准后（成墙28 d后），对钻孔取样的样品进行室内无侧限抗压强度和抗渗性实验。根据土层分布和墙体结构特点，对墙体不同深度进行取样，主体结构应≥5处，取样应≥3组。

3）现场开挖监测

TRD工法成墙完成后，在基坑开挖过程中监测物理场的变化，系统地评估该工法的可靠性，并汇总数据分享发布，为工法改进提供参考依据。

5 结语

TRD工法施工深度大、地层地质适用性强、防渗性能优良、设备安全可靠，可大大降低深基坑降水的难度，避免我国地下水资源的浪费。由于该工法在深基坑的应用中有显著的优点，在我国江苏、浙江、上海等省市已得到有效验证，具有较好的推广性与发展前景，该工法有望在深基坑的止水帷幕中成为主流。