抗滑、止水水泥土攪拌樁及SMW工法在深基坑中的應用

任敬華

廈門市捷安建設集團有限公司（361000）

抗滑、止水水泥土攪拌樁及SMW工法在深基坑中的應用

任敬華

廈門市捷安建設集團有限公司（361000）

隨著建筑業的迅速發展，高層建筑的風靡興盛，深基坑支護施工技術也被廣泛應用于現代建筑領域，同時對深基坑技術的要求也提上了日程，這里結合某高層建筑深基坑支護特點進行闡述，分析了該工程采用的支護體系及施工方案，希望能給同行參考借鑒，進一步深化了該技術的發展及改進。

深基坑；止水帷幕；水泥土攪拌樁；控制要點

福建泉州市某工程為深基坑,為保證安全施工，根據設計要求、地質勘察、環境等因素，基坑支護體系最終采用基坑支護結構放坡噴混凝土護面+單軸水泥土攪拌樁抗滑+SMW工法+三軸水泥土攪拌樁止水+基坑內疏干井降水。施工前組織專家組對專項施工方案進行論證，并委托專業公司對基坑的坡頂水平位移和豎向位移、深層水平位移、地下水位、周邊地表豎向位移以及周邊管線變形進行監測，以確保基坑支護工程及周邊建筑環境和管線的安全。

1 工程概況

某工程位于福建泉州市區，總建筑面積25.6萬m2，上部為7～39層商住樓，地下室2層，單層地下室建筑面積3.2 m2,基坑開挖深度約4.6～6.4 m,屬深基坑，安全等級二級。基坑東側、北側為項目二期場地用地，南側為晉江濱江北路，西側為幼兒園用地。根據鉆探揭露，場地原始地貌為海岸平原地貌，現已回填整平。

2 工程地質概況

場地巖土層主要為L素填土①、粉質黏土②、淤泥③、粗砂④、淤泥質黏土⑤、中粗砂⑥、卵石⑦。

場地主要含水層地下水屬承壓水，主要賦存于粗砂④、中粗砂⑥和卵石⑦中，含水層上游側向補給為其主要補給來源，其次為大氣降水，水位隨季節氣候的變化而變化，波動幅度不大，變幅約2.00 m。

3 基坑支護、止排水設計方案

根據該工程場地工程地質、水文地質、周邊環境、基坑開挖深度等客觀條件，基坑支護結構總體采用放坡開挖+Φ850@600三軸水泥土攪拌樁止水和自然放坡+SMW工法相結合的支護方案，在沿晉江濱江北路（基坑東南側）在基坑底每間隔4 000增加4×8排Φ600@500單軸水泥土攪拌樁墻抗滑，在和二期規劃路側（基坑東側、東北側）在基坑邊坡中增加4排Φ600@500單軸水泥土攪拌樁墻抗滑。基坑圍護平面布置圖見圖1。

表1 基坑支護范圍內巖土體物理力學指標

圖1 基坑圍護平面布置圖

基坑工程典型的支護結構剖面圖見圖2、圖3。

圖2 基坑工程沿晉江濱江北路支護結構剖面圖

圖3 基坑工程沿二期規劃路側支護結構剖面圖

4 水泥土攪拌樁施工

4.1 水泥土攪拌樁設計參數

1）單軸水泥土攪拌樁設計參數:單軸水泥土攪拌樁主要用在放坡開挖的邊坡中和排樁支護基坑坑底，分別為4排Φ600@500樁長9 000 mm,8排Φ600@500樁長6 000 mm，單軸水泥土攪拌樁形成重力式水泥土墻，水泥采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比0.55～0.6:1，水泥土攪拌樁的水泥摻合量為15%。

2）三軸水泥土攪拌樁設計參數:止水帷幕采用套打三軸水泥土攪拌樁，在SMW工法處兼作H型鋼樁插入樁孔，樁徑為Φ850@600樁長19 000和18 000，水泥采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比1.5～2.0:1,水泥土攪拌樁的水泥摻合量不小于20%，水泥土28 d無側限抗壓強度≥1.2 MPa。

4.2 水泥土攪拌樁抗滑機理

水泥土攪拌樁以水泥作為固化劑，將水泥和土體強制攪拌，水泥和土體產生一系列物理、化學反應，使軟土改性硬結，成為具有一定壓縮性的半剛性樁。水泥土強度隨著齡期逐漸增加，7 d達到標準強度的30%，28 d達到標準強度的60%以上。水泥土的抗剪強度隨著抗壓強度的增加而提高，黏聚力C一般為無側限抗壓強的20%～30%，內摩擦角20° ～30°,從而提高了加固區基坑邊坡或坡腳整體穩定安全系數。

4.3 單軸水泥土攪拌樁施工控制要點

1）水泥土攪拌樁成樁過程中，攪拌頭的鉆進和提升速度不得大于60 cm/min,鉆進到設計標高后應在原位攪拌30～60 s，以保證樁端的成樁質量。

2）攪拌樁的攪拌葉片直徑不得小于600 mm，在成樁過程中應經常檢查，及時更換不足的攪拌葉片。

3）水泥漿液應按照設計配合比拌制，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續，不得中斷。因為本工程為水泥攪拌咬合樁，相鄰樁噴漿工藝的施工時間間隔不大于24 h。

4）應控制施工機械的平整度和機架的垂直度，以保證攪拌樁的垂直度偏差不得超過1%，樁位偏差不大于50 mm。

4.4 三軸水泥土攪拌樁止水帷幕施工控制要點

1）保證定位放線準確，采用套打方式確保每幅成樁后有效搭接。

2）嚴格控制施工機械的平整度和機架的垂直度，防止成樁時與相鄰幅出現“開叉”，通過機身懸吊鉛垂與2臺經緯儀組合校正及樁機自身儀表盤顯示確保垂直度,當攪拌頭下沉到設計深度時，應再次檢查并調整機械垂直度。

3）嚴格控制自動拌漿系統的各項參數，包括水泥漿配合比、氣壓和漿壓等，各項參數輸入控制系統后不得隨意更改。

4）施工時泵送必須連續，不得中斷，避免堵管，相鄰樁噴漿工藝的施工時間間隔不大于10 h，避免出現冷縫，如確實需要中斷施工，則冷縫處需疊合一幅，并保證有效搭接。

5）攪拌樁的攪拌葉片直徑不得小于850 mm，在成樁過程中應經常檢查，保證樁身有效搭接。

5 型鋼水泥土攪拌墻施工及SMW工法

5.1 型鋼水泥土攪拌墻設計參數

本工程采用密插HN700×300×13×24型鋼，長度18 000 mm,在場地整平到設計標高后,按照SMW工法進行施工，型鋼水泥攪拌墻中三軸水泥土攪拌樁為Φ850@600樁長18 000 mm，三軸水泥土攪拌樁采用套接一孔法施工。

5.2 SMW工法的特點及適用條件

SMW工法是一種利用攪拌設備就地切削土體，在地中連續造成水泥土墻，并在墻內插入芯材（通常為H型鋼）形成剛度大、防滲性能好的勁性復合圍護結構的施工方法。該方法可使各幅鉆孔安全搭接，形成連成一片的墻體，使得排柱式水泥土的連續墻，在構造上（連續性）和質量上（墻的均勻性）大幅度提高。該工法的特點主要表現在止水性能好，構造簡單，施工速度快，排土量少，型鋼可回收重復使用，成本低，對周圍地層的影響小，特別適合于以黏土、淤泥和粉細砂為主的松軟地層。

5.3 SMW工法施工控制要點

1）嚴格控制SMW工法施工順序：清除地下障礙物→開挖導溝→設置導梁→設置各樁體標記→樁體施工→H型鋼芯材插入→H型鋼芯材固定→挖出置換泥土→澆筑混凝土壓梁。

2）施工前必須對施工區域地下障礙物進行探測，有影響施工的建筑垃圾、石塊必須清除，水泥土攪拌樁在大面積施工前應進行試樁,確定施工參數。

3）型鋼插入應在攪拌樁施工結束后30 min內進行，插入前檢查型鋼直線度、焊接質量。

4）單根型鋼接頭不宜大于2個，焊接位置應避開支撐位置和開挖面附近等受力較大處，相鄰焊接接頭應錯開不小于1 m，型鋼接頭距離基坑底面不小于2 m。

5）型鋼需回收的，插入前應在型鋼表面涂抹減摩劑，涂層宜為1～3 mm，減摩劑必須用電熱棒加熱至完全融化，用攪棒攪時感覺厚薄均勻，才能涂敷于H型鋼上，否則涂層不均勻，易剝落。

6）型鋼吊裝應用較大噸位吊機起吊，放置H型鋼定位卡，型鋼定位卡必須牢固、水平、位置準確，將H型鋼底部中心對正樁位中心，并沿定位卡靠型鋼自重徐徐插入水泥土攪拌樁體內，若H型鋼插放達不到設計標高時，則采用提升H型鋼，重復下插使其插到設計標高，下插過程中始終用經緯儀跟蹤控制H型鋼垂直度，偏差小于0.5%。待型鋼插入至設計標高后，將其固定在定位型鋼上，直到孔內的水泥土樁體凝固。

7）溝槽內泥漿清理，水泥漿液定量注入攪拌孔內，因H型鋼的插入,有部分水泥土被置換出到溝槽內,溝槽內的水泥土必須清理,并保持溝槽沿邊的整潔,以確保下道工序的施工。

6 基坑降、排水措施

6.1 坑內降水措施

基坑降排水直接關系到深基坑施工安全及周邊環境的安全。根據地勘報告本工程地下水豐富，地下水補給水源充足。為確保施工安全和地下室結構施工需要，基坑支護采用三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕，基坑開挖范圍內場地地下水主要采用坑內集水明排及疏干井降水相結合的方式。在支護結構內側布置28口疏干井，疏干井采用Φ219井管形成深井降水系統，成孔直徑Φ≥500，成井深度自基坑底不少于6 m。基坑內的排水在基坑底四周設置排水溝，每隔20～40 m設置一個集水坑，積水采用水泵將坑內水送入市政管網。

6.2 坑外排水措施

支護結構外圍基坑上口地表水排除，采用磚砌截水明溝，引入沉淀匯集井抽排。每隔30 m設一個集水井。集水井截面尺寸800 mm×800 mm×800 mm，截水溝截面尺寸300 mm×300 mm，溝內側緊貼坑頂冠梁外側或三軸水泥土攪拌樁，溝外側土體面采用素混凝土硬化，坡向排水溝。

7 土方開挖施工控制要點

1）土方開挖必須按照施工專項方案進行分層、分段開挖,在淤泥及砂層階段分層開挖深度為1.0 m,分段開挖長度20 m左右，以確保開挖過程中土體自身的穩定，避免造成已施工圍護結構的位移。支護結構強度達到80%方可進行下道土方開挖。

2）土方開挖過程中采用信息化施工，時刻掌握基坑支護結構變形情況，依據監測信息對土方開挖方案進行調整，異常情況應立即停止開挖，及時按照應急預案進行處理，并通知設計單位。

3）土方開挖過程中發現止水帷幕漏水、流砂等問題應立即停止開挖，并采用注漿方法進行封堵。

8 基坑支護監測、檢測結果與信息化施工

為確保基坑支護結構及周圍設施的安全，對基坑支護結構進行監測，實現信息化施工是十分必要的,該基坑監測內容包括坡頂水平位移和豎向位移、深層水平位移、地下水位、周邊地表豎向位移以及周邊管線變形,監測工作自2012年11月20日開始,至2013年7月30日基坑回填結束，共持續8個月，其主要結果如下:

8.1 基坑支護水平位移監測

基坑支護水平位移布設點沿基坑坡頂每20 m左右布設，共布置47個觀測點，共進行40次觀測，從各期水平位移量成果表中顯示水平位移在基坑開挖時隨施工日期延續增加，后期隨基坑內水位降低逐漸趨于穩定,其中W28最大位移量接近了設計監測預警值（-30 mm）為-26 mm，其余各點位移量較小。

8.2 基坑支護沉降監測

基坑支護沉降監測共布置47個觀測點,共進行40次觀測,從各期沉降量成果表中顯示:C28、C29、C27的沉降量分別為-26 mm、-30 mm、-23 mm，C29豎向位移達到了設計監測預警值，其余各點沉降量較小。

監測結果顯示，在復雜地質條件下，在整個地下室施工期間，基坑底部、側壁未出現管涌、流砂現象，周邊地面未發生突發較大沉降或出現嚴重開裂，晉江濱江北路未因邊坡沉降或位移而發生路面及管道裂縫、破損，達到設計預期效果，保證基坑圍護及建筑物的結構安全。基坑支護結構的設計與施工是成功的。

9 結語

工程實踐充分證明，基坑支護結構在設計和施工中必須充分考慮工程地質及水文地質條件、周邊環境以及工程要求,嚴格遵守設計圖紙進行施工，委托有資質的基坑監測單位嚴格按照設計要求、監測方案進行基坑監測。確保基坑圍護施工取得良好的社會及經濟效益。這里通過工程案例闡述了在深基坑施工中，該深基坑支護方案是可行的，為同類基坑支護工程，提供可靠的借鑒依據。

[1]JGJ 120-2012,建筑基坑支護技術規范[S].國家建設部.中國建筑工業出版社,2012,4.

[2]JGJ/T 199-2010,型鋼水泥攪拌墻技術規程[S].國家建設部.中國建筑工業出版社,2010,4.

[3]龔曉南.深基坑工程設計施工手冊[M].中國建筑工業出版社,1998,7(第一版).

[4]劉國彬,王衛東.基坑工程手冊[M].中國建筑工業出版社, 2009,12(第二版).

[5]徐維鈞.樁基施工手冊[M].人民交通出版社,2007,12.

[6]楊春棟.高層建筑深基坑工程中施工技術及控制措施的探討[J].中國住宅設施,2010(3).

[7]趙偉,劉玉波,王云寶.深基坑支護方案選擇與施工技術[J].黑龍江水利科技,2006(3).