渠式水泥土连续墙抗渗性能的研究

陈琳

中建八局第一建设有限公司 山东 济南 250000

摘要：本文以浙江省杭州市城北净水厂基坑支护工程为例，对项目的工程概况、施工工艺流程等进行详细介绍，并进行效益分析，并结合工程实例，着重分析该基坑支护在施工过程中面对各项土层条件下抗渗性能的效果，并提出了不同环境下提高抗渗性能的措施。

关键词：TRD工法；地下连续墙；抗渗

1. 工程概况

浙江杭州城北净水厂项目箱体基坑支护采用的是排桩加支撑（TRD工法，加一道混凝土、一道型钢组合支撑），管道采用放坡（局部高压旋喷桩作重力式挡墙），止水帷幕为TRD水泥土地下连续墙，基坑排水坑外采用砖砌排水沟、集水井排水，坑内外均设置降水井，施工荷载地面超载取面荷载20kPa，出土口考虑35kPa，基坑工程安全等级的重要性系数为1.1和1.0。

2. TRD工法概述

TRD 工法（Trench－Cutting & Re-mixing Deep Wall Method），等厚度水泥土地下连续墙工法，由日本神户制钢所 1993 年开发的一种利用锯链式切割箱连续施工等厚度水泥土地下连续墙技术。

TRD 工法是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定厚度的墙。其主要特点是成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好。主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面。

3. 工法原理

TRD 工法机主要由主体与可拆卸组装的切割箱组成。

TRD 工法机通过动力箱液压马达驱动链锯式切割箱，分段连接钻至预定深度，水平横向挖掘推进，同时在切割箱底部注入固化液，使其与原位土体强制混合搅拌，形成的等厚度水泥土搅拌墙。

4. 工程地质条件

根据钻探取样描述、室内试验、标准贯入试验、重型动力触探成果和岩土的成因类型，勘探深度内地层划分为5个工程地质层，9个工程地质亚层。现将各地基土层的特征自上而下分述如下：

①₀杂填土（Q4me）：杂色，稍湿，松散。以建筑垃圾为主，碎石、角砾和少量粘性土混杂其中，偶见块石，局部区域底部分布少量软塑状新近回填粘性土。全场分布，层顶高程5.79～10.04m，厚度0.60～6.80m。

④粉质粘土（al-lQ32）：灰黄色，硬可塑。韧性及干强度中等，刀切面具油脂光泽，可见铁锰质条带渲染，土质较均匀。大部分分布，东南角部分钻孔缺失。层顶高程2.53～6.78m，厚度0.00～4.40m。

⑧₁含砾粉质粘土（dl-plQ3）: 褐黄色-砖红色，硬可塑，局部软可塑。韧性及干强度中等，砾石含量约占10-20%，砾径一般小于5mm。少量钻孔缺失。层顶高程-0.11～7.64m，厚度0.00～9.10m。

⑧₂含粉质粘土砾砂（dl-plQ3）：灰黄色，稍密-中密状。砾径大于2mm的颗粒质量约占总质量的40%，其中碎石含量约占30%，砾径2～6cm居多，个别大于8cm，母岩多为火山岩，次棱角状，碎、砾石风化程度不均匀，局部呈强风化状，粘性土混杂其中；均匀性略差。大部分钻孔分布。层顶高程-5.94～6.16m，厚度0.00～14.50m。

⑨碎石（el-dlQ）：杂色，中密。砾径大于20mm的颗粒质量约占总质量的60%，个别大于15cm，母岩成分多为凝灰岩和砂岩，次棱角状，局部夹强风化砂岩，砂粒和粉、粘粒混杂其中。从北向南厚度渐薄，个别钻孔缺失。层顶高程-11.44～1.75m，厚度0.00～15.70m。

⑨夹粉质粘土（el-dlQ）：灰黄色-褐红色，硬可塑。切面较光滑，韧性及干强度较高，含铁锰质结核，混少量角砾。零星钻孔分布，南侧偏厚且连续。层顶高程-13.81～-1.17m，厚度0.00～5.20m。

⑩₁全风化砂岩（S3t）：黄褐色-灰黄色，硬可塑状。结构基本已破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，岩芯呈土状为主，局部呈砂状，夹有少量风化碎块，手捏可碎，干钻可钻进。近全场分布，个别钻孔缺失。层顶高程-22.03～-7.77m，厚度0.00～8.10m。

⑩₂强风化砂岩（S3t）：黄褐色-灰黄色，密实。砂质结构，层状构造，岩石结构大部分被破坏，岩芯呈碎块状、块状，少量短柱状，手掰可碎，锤击声闷，易击碎，裂隙面可见氧化铁锰质。全场分布。层顶高程-22.63～-10.14m，厚度1.50～18.50m。

⑩₃中风化砂岩（S3t）：青灰色，砂质结构，层状构造，裂隙发育，岩体破碎，岩芯多呈碎块状和块状，少量短柱状，一般柱长小于10cm，进尺平稳，互击声较脆。岩石饱和单轴抗压强度标准值frk=20.68MPa，属较软岩，岩石基本质量等级为Ⅴ级。无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱夹层。全场分布。层顶高程-31.44～-13.74m，本层未揭穿，揭露最大厚度12.80m。

根据揭露岩土层可知，场地浅部以粘性土为主，中部和下部分布碎石类土，地基土力学性质变化较大，可判定为不均匀地基。

5. 渗透系数测试

本次测试的试样均由东通岩土科技股份有限公司在相应工程现场取样制样后送样于本单位进行测试。取样制样的方法如下：

在施工场地清理出一片较干净平整的区域，便于装样；准备好自制取样勺、取样桶、制样筒等工具。

确保 TRD 工法机搅土时间大于一小时以后，用自制取样勺采集 TRD 刀具周边均匀水泥土浆液至取样桶，每次从刀具周边不同位置取样，确保取样均匀。

装样过程中，将取样桶内水泥土浆液装进制样筒中，确保浆液装满制样筒，装样后盖实并用密封膜包裹。

当天将试样放入实验室进行标准养护。

制作成水泥土试块，养护28天后送试验室检测其抗渗性能。

测试方法：

采用恒水头渗透系数测试法，根据达西定律公式，试样渗透系数按下式计算：

式中 kv——试样渗透系数，cm/s；Q——渗流流量变化，等于常水头试验稳定渗流条件下一定测试时间 t 对应的流入或流出试样的水体积，cm³；H——渗径，等于试样高度，cm； _w ——水的容重，取 9.8×10 -3N/cm³；^P ——渗透压差，等于试样上下水压之差，Pa；A——试样的截面积，cm²；t——时间，s。

测试结果如下表

6. 结论与建议

由本次测试可见，杭州市城北净水厂基坑支护中TRD施工技术：

（1）在粉土和黏性土为主且含碎石层的场地施工的防渗墙渗透系数达到 10-7cm/s 数量级，可满足一般防渗工程要求；经施工工艺及泥浆组分与配比进一步优化渗透系数有望达到不大于 1×10-7cm/s，满足用于地下污染防控的防渗墙渗透系数要求（一般要求不大于 1×10-7cm/s）；

（2）本次测试的试样总体渗透系数差异较小，表明所采用的施工工艺具有较好的稳定性；

（3）三步法施工的第三步取制样的试样渗透系数，低于三步法施工的第一步取制样的试样。

基于本次测试，提出以下建议：

（1）仅用于地下污染防控的目的（不作为支护），可尝试采用减少水泥含量的膨润土泥浆，有助于减小墙体材料的渗透系数；

（2）基于地勘报告土层信息，研究施工前通过室内试验确定配比的方法， 以实现事先质量控制，避免施工后检测未达到设计要求的情况；

（3）针对不同场地土层含水量及地下水水位，优化施工所采用的泥浆水灰比确定方法；

进一步考虑地下水水质（如含盐程度）与污染物类型，对 TRD 施工的防渗墙长期服役性能影响。

参考文献

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