沿江超深TRD卵石砾石层引孔引槽施工工艺研究

［摘要］国家（杭州）短视频基地位于钱塘江畔，地下水含量丰富。为避免降排地下水对周围环境和建筑产生影响，以及基坑发生突涌和渗漏问题，基坑围护结构采用三轴搅拌桩+TRD等厚度水泥土搅拌墙＋两墙合一地下连续墙+MJS工法大直径高压旋喷桩，形成止水帷幕体系，其中TRD等厚度水泥土搅拌墙厚0.8m、墙身60.55m,且底嵌入泥质粉砂岩≥2m。在地下含大量卵石砾石的复杂地质条件下，施工如此深度的TRD等厚度水泥土搅拌墙在国内尚属首次，故在正式施工前，首先采用TRD⁃70E设备进行TRD试成墙试验，包括直接施工TRD、旋挖钻引孔+TRD、成槽机引孔+TRD方法。通过对比3种施工工艺，确定设备和施工工艺的施工工效、能力、施工参数等，以保证后续正式施工顺利进行。

［关键词］基坑；原位试验；TRD;水泥土搅拌墙；引孔引槽

▍0 引 言

国家（杭州）短视频基地位于上城区公共中心，地处钱塘江经济轴和婺江路发展轴交界，伴随复杂的地况以及丰富的地下水，施工时控制地下水尤为重要。常规的双轴深层搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩、旋喷桩等已无法满足深大基坑工程地下水控制要求，需采用TRD等厚度水泥土搅拌墙进行控制。

原位试验是在特殊条件下，检验是否施工顺利、是否满足设计要求的重要验证。该项目地下含大量卵石，采用多种组合工艺对沿江超深TRD进行原位试验，分析TRD工法的施工工艺，根据不同组合工艺做出工效对比，并验证实施效果，从而找到满足沿江超深TRD的施工工艺。

▍1 基坑围护体系设计方案

国家（杭州）短视频基地工程基坑采用地下连续墙+TRD等厚度水泥土搅拌墙＋三轴水泥土搅拌桩作为围护体，使用落底式隔水帷幕，墙底进入强风化或中风化岩层。等厚度水泥土搅拌墙采用TRD⁃70E设备进行施工。本工程TRD等厚度水泥土搅拌墙设计墙厚为800mm、墙深60.55m，且墙底嵌入泥质粉沙层≥2m，水平槽段总长度为443m。

1.2地质情况

该施工场地内地质情况大体一致，以远离地铁基坑北侧地质剖面为例，从地层分布上可以发现，从地下30m左右开始进入第⑧地层，即圆砾层和卵石层，总深度＞30m,地层较深、密实度高、颗粒粒径大、大粒径卵石含量高。TRD工法机适用于黏性土、砂土、砂砾及砾石等地层，深度＞30m的密实卵石层对TRD下挖及横向推进不利。地层分布如表1所示。

该项目大部分基础底标高为-18.250m,局部有深坑，三轴搅拌桩底标高为-25.000m,地下连续墙底标高为-35.900m,TRD等厚度水泥土搅拌墙底标高为-61.000m（现场场地标高-0.450m)。

1.3止水帷幕TRD设计

根据地质勘察资料，场地地下水为孔隙潜水、承压水、基岩裂隙水。承压水主要赋存于深部⑦粉砂层、⑧1,⑧2圆砾层及⑧3卵石层，位于钱塘江古河道中，渗透性较好、水量较丰富，大多为微咸水、咸水，铁质含量高。主要补给来源为侧向径流，以地下水侧向径流为主要排泄方式。勘察期间于Z47孔实测承压水水位埋深为11.7 m,相当于85国家高程基准约-2.950m,承压水年水位变化1.00~2.00m。

根据区域资料，承压水高水位主要出现在4月份左右，低水位主要出现在2,8月份。根据勘察期间抽水试验数据，按本场地高程计算，微承压水水位埋深按较不利考虑为9m（绝对高程-2.950m，水位变化２ｍ，即水位绝对高程-1.000ｍ）。 裙楼挖深17.65m时，⑧1,⑧2,⑧3层承压水满足要求；验算裙楼挖深1.5 m⑧1,⑧2,⑧3层承压水不满足要求，水头降深1.8 m;验算裙楼挖深18.05m时，⑧1,⑧2,⑧3层承压水不满足要求，水头降深1.8 m;验算塔楼挖深5.7 m时，⑧1,⑧2,⑧3层承压水不满足要求，水头降深9.7m。

根据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》(2009年版），施工主基坑普遍区域时，当承压水抗突涌稳定性系数≥1.1,普遍区域不会形成基坑突涌。但施工裙楼深坑、塔楼区域及塔楼深坑时，由上述验算可知，该区域涉及承压水问题，需对⑧1,⑧2,⑧3层卵石进行减压降水。

进行减压降水时，为防止长时间、大面积抽降承压水，对周边环境（尤其是地铁区间隧道）产生影响，在主基坑普遍区域，采用TRD等厚度水泥土搅拌墙隔断下部贯通的承压含水层，且进入相对隔水层一定深度，切断坑内外承压水水平向直接的水力联系。

根据承压水抗突涌稳定性验算，TRD施工需深入岩层，以切断承压水水平向水力联系，因此TRD施工无法避开圆砾及卵石层。

▍2 TRD工法引孔引槽成墙试验研究

该项目设计采用厚0.8 m、墙深60.55m,且底部嵌入泥质粉砂岩≥2m的TRD等厚度水泥土搅拌墙，穿越深度＞30m的圆砾层和卵石层，达到TRD⁃60m)。目前，国内暂没有在厚度＞30m的卵石层中施工深达60m的TRD等厚度水泥土搅拌墙的案例。

2.2非组合工艺TRD成墙试验

施工前根据设计要求首先进行原位成墙试验，试验位置经各方商议定于工程场地西侧TRD与三轴搅拌桩交界处向三轴搅拌桩方向8m,占用三轴搅拌桩的位置，以保证TRD等厚度水泥土搅拌墙后续施工不受影响。

第1次试验采用非组合施工工艺，根据现场地质条件，采用大功率的TRD⁃70E工法机，总功率达427kW,最大切削深度为70m,切割力370kN。施工工艺流程如下：测量放样→开挖沟槽、施作导向钢板→钻机就位与钻进(TRD工法施工顺序自一端向另一端往复前进，每幅循环前进长度约6m,往复3次成墙）→搅拌及注浆→置换土处理。

2023年10月30日，开始首次TRD试成墙施工，试成墙过程中，缓慢下放切割箱，36h成槽深度约38m,成墙困难，根据现场施工记录显示，切割箱在地下36m处下行速度开始减慢，切割箱搅拌带起石块粒径较大，多次造成刀箱卡顿，当切割箱接至第11节时，切割箱基本难以下切。

根据现场切割箱带起的石块，以及机械设备下放深度对应的地质勘察报告，初步认定导致TRD试成墙施工效率低下、实施困难的原因为地下圆砾层密度较大、较厚，粒径大。第1次试验累计深度如图1所示。

结合现场实际施工数据和地质勘察报告，经参建各方以及外部专家商议得出结论，即在此复杂地质条件下，单独依靠TRD机械设备无法顺利施工超深TRD等厚度水泥土搅拌墙。

2.3旋挖钻引孔+TRD成墙试验

通过非组合工艺TRD等厚度水泥土搅拌墙成墙试验得出的可靠数据，经参建各方及外部专家组会讨论，结合地质勘察报告可知，应在原施工方案基础上增加旋挖钻机，进行预先引孔，进行第2次原位试验，即采用旋挖钻引孔+TRD的组合工艺进行成墙试验。施工工艺流程与第1次试验相比，区别在于采用旋挖钻在TRD施工的路径上提前钻孔，以保证TRD下切和横切顺利进行。引孔参数设定为孔径0.8 m、引孔净距离为0.4m。

组合工艺TRD等厚度水泥土搅拌墙试成墙位置同第1次试验位置，以保证地质条件相同，可更加充分对比不同工艺的施工工效。经综合考虑地质条件和场地条件后，采用SWDM360H3型旋挖钻机。

现场实施过程中，1号孔成孔完成，当孔内回填黏土后，在引孔位置下放切割箱，于2023年11月8日16∶30开始TRD横向施工，至次日02∶30切割箱上端前进700mm,下端前进约200mm,切割箱卡顿、损坏，TRD无法推进。施工单位随即施工2,3号孔，但2,3号孔均因串孔、塌孔无法成孔。第2次试验累计深度如图2所示。

针对第2次试成墙旋挖桩机引孔2,3号孔无法成孔和切割箱下放后无法横向切割的情况，邀请相关专家到现场进行技术交流。

对比第1,2次试验数据，工效分析如表2所示。

根据分析所得数据，结合地质勘察报告，以及相应施工设备性能进行分析，施工单位应对施工工艺做出如下改进。

1)采用引孔+TRD成墙组合工艺，由于首次引孔时2,3号孔均因串孔未引孔成功，决定将引孔间距加大到1 m,再重新引孔。引孔直径为0.8 m,孔深59~61 m,将孔间距调整为1.8 m,孔净距调整为1.0m,旋挖钻机引孔后回填部分土方，采用横向推动力1 100kN、切割力350kN的TRD设备进行成槽。

2)新一轮试验另选取位置，改进施工方案后的旋挖钻引孔+TRD组合工艺，现场采用跳打方式施工，采用SWDM360H3型旋挖钻机，本轮测试共5个孔位进行施工。

2023年11月10日06∶40开始1号孔旋挖引孔，从埋护筒、挖泥浆池、布泥浆管到成孔结束，全过程累计深度如图3a所示。11日07∶00开始3号孔旋挖引孔，从埋护筒、布泥浆管到成孔结束全过程累计深度如图3b所示。12日07∶00开始5号孔旋挖引孔，采用SWDM360H3型旋挖桩机，从埋护筒、布泥浆管到成孔结束累计深度如图3c所示。

2号孔下探至37.29m处无法继续施工，4号孔下探至20m处无法继续施工。

经施工记录分析可知，旋挖引孔单孔成孔时间在12~13.5h,在地基未受扰动的情况下可完成成孔作业，当两孔间距为1 m时无法成孔，根据第1次试验结果，在间距1.6m时也出现了塌孔、穿孔现象，再大的距离引孔对于TRD横切的帮助已微乎其微。

上述2次采用旋挖钻机引孔的试验表明，在＞30m厚的大密度卵石、圆砾层地质条件工况下，当满足最低引孔间距条件时，TRD工法机虽然可以下挖至设计标高，但依旧很难进行横向切割，故此施工条件下旋挖钻机引孔+TRD的组合施工工艺对TRD等厚度水泥土墙施工帮助不大。

2.4成槽机引槽+TRD成墙试验

施工单位对施工方法提出改进，决定采用成槽机（型号SG70)进行引槽，用黏土置换圆砾层和卵石后再用TRD进行施工。

成槽机引槽宽为800mm、深59~61 m,入岩2m,每幅槽段长度为6m,使用黏土进场回填，回填完成后TRD工法机进行施工。

为保证成孔时土体已固结，需考虑土体固结时间，所以成槽机引孔施工时，以10副为1个周期，引孔路线沿TRD施工方向跳打施工，打孔顺序为1→3→5→7→9→2→4→6→8→10。

现场采用2台成槽机进行TRD施工段的引孔工作，成孔结束后及时回填，再进行TRD施工。

为确定成槽机成孔机械指标及成槽效率，于2023年11月21日12∶00开始进行非原位成槽机试引槽试验，终孔深度61 m,总用时32h。

▍3 引槽+TRD组合工艺效果验证

试引槽成槽后，采用超声波检测设备检测槽孔，通过超声波成孔（槽）检测可以发现，实测槽深61m,满足TRD施工要求，成槽垂直度控制效果较好。

在本工程地质情况下，每台成槽机成孔速度约32h/孔，行进速度为3m/d。TRD机按5m/(d·台）工效计算，2台成槽机每天可施工6m,满足TRD连续施工要求。现场实际施工期间，采用3台成槽机同时施工，以增加施工速度。引槽试验数据分析如表3所示。

采用成槽机引槽+TRD的组合施工工艺，在该地质条件下顺利施工TRD等厚度水泥土搅拌墙，在沿江地质条件下可很好地达到止水效果。

▍4 结 语

为顺利施工TRD等厚度水泥土搅拌墙，并保证良好的地下止水效果，采用引孔、引槽组合工艺进行原位试成墙试验。通过对比不同方案的试验效果得到如下结论。

1)单独的TRD施工设备不适用于＞30m厚的高密度卵石砾石层地质情况。

2)旋挖引孔+TRD组合工艺在本工程地质情况下可行性难度大，甚至无法施工。

3)成槽机引槽+TRD组合工艺可有效解决此特殊地质条件下的TRD施工难题。

综上所述，在沿江地下水丰富且地下含大量卵石砾石的特殊地质条件下，若要达到良好的止水效果，当采用TRD等厚度水泥土搅拌墙进行止水设计时，应采用成槽机引槽+TRD等厚度水泥土搅拌墙组合工艺，可有效防止卵石砾石层对TRD施工的影响，从而顺利施工TRD等厚度水泥土搅拌墙。

• 深基坑工程止水帷幕TRD施工技术的应用