SMW工法樁支護結構穩定性工藝控制

□文 /胡朝暉

1 工程概況

紀莊子污水處理廠遷建配套污水管網工程第八標段位于天津市津南區，鴨淀水庫東側，長度約1.6 km，范圍遍布魚塘和農田。污水進水管采用DN3 200mm鋼筋混凝土柔性接頭企口管（內襯PVC），180°混凝土基礎，污水出水管采用DN2 800mm預應力鋼套筒管材，雙膠圈接口，180°砂石基礎，兩條管道中心線間距7.0 m，管底高差1.5 m，采用明開槽施工工藝，同槽施工，溝槽開挖寬度為13.5 m，開挖深度10 m，為天津市規模最大的管道工程。

溝槽支護形式為SMW工法樁，SMW工法樁采用直徑850mm@600mm三軸水泥土攪拌樁，水泥摻量20%，內插HM700×300×13×24型鋼，隔一插一，SMW工法樁長度為16 m。水平支撐系統采用2道φ609mm×12mm鋼管支撐，鋼管支撐間距6 m。

2 工程特點

紀莊子污水處理廠遷建配套污水管網工程采用SMW工法樁以及鋼管支撐作為支護結構，由于管道直徑大、埋設深、雙管同槽、施工周期長、工序繁多，周邊地處魚塘及農田，地下水位高，土質條件差且施工全過程各項工作均在支護結構內部進行，支護結構的施工周期和費用占總工程的1/3，支護結構的施工質量和安全性能關乎工程成敗，因此確保SMW工法樁支護結構整體穩定性成為工程的重中之重。

3 SMW工法樁支護結構穩定性工藝控制

3.1 支護結構失穩原因分析

針對以往超過5 m的深槽及深基坑施工經驗，對施工過程引起支護結構變形或失穩的幾個關鍵問題進行調查研究，確定支護結構強度差、超挖且支撐不及時是引起支護結構變形或失穩的主要原因。

通過組織對人員、機械、原材料、施工方法、施工環境及監控測量七個方面進行分析論證，確定引起SMW工法樁支護結構變形或失穩的的最直接原因有攪拌樁施工質量差；型鋼強度差；支護結構施工質量差；土方開挖施工方法不合理；監測措施不到位。

3.2 支護結構穩定性控制方法

1）嚴格按照規范及圖紙要求進行三軸攪拌樁施工

（1）嚴格按照規范施工，確保樁組之間咬合效果。本次SMW工法施工按連接方式采用單側擠壓式連接方式，見圖1。其中陰影部分為重復套鉆，以保證墻體的連續性和接頭的施工質量。水泥攪拌樁的搭接以及施工設備的垂直度補正依靠重復套鉆來保證，以達到止水的作用。

圖1 SMW工法樁單側擠壓式施工順序

根據坐標繪制樁位布置圖并要求現場嚴格按照樁位布置圖施工，確保樁組之間咬合效果。

（2）嚴把水泥進場檢驗關、加強配合比控制?，F場設專人對水泥進行進場檢驗復試工作并根據設計配合比計算出施工配合比，將施工技術參數張貼在拌合樓計量泵醒目位置。對施工成型的三軸攪拌樁，通過抽芯方式測定28 d無側限抗壓強度，實測4組，平均值為0.74 MPa，均＞0.5 MPa，符合規范要求。

2）型鋼加工及下沉控制

（1）嚴格控制型鋼規格尺寸及加工焊接質量。型鋼規格為HM700×300×13×24，定型長度為12 m，設計要求工法樁長度為16 m，因此需要對每一根型鋼加長4 m。現場設專人進行材料進場驗收工作，用鋼尺量測型鋼斷面尺寸和加工后長度，確保型鋼規格尺寸滿足設計要求。

焊接過程及焊接質量嚴格按照規范執行，經現場實測加工后型鋼長度最大值為16.50 m，最小值為15.85 m，平均值為16.15 m，合格率為90%，符合設計要求。

（2）型鋼下沉控制。待相鄰樁組攪拌樁施工完成后，即可進行本組H型鋼下沉施工，在依靠型鋼自重下沉插入攪拌樁過程中，垂直度和樁尖標高是質量控制的兩個難點，如果垂直度出現較大偏差，在進行支護結構施工時，會出現局部型鋼受力過大的情況，存在安全隱患，如果樁尖標高達不到設計要求，又不能滿足入土深度要求。

①H型鋼的接頭設在基坑底標高以下，翼板和腹板的焊接應相互錯開并滿足等強度焊接要求。型鋼表面平整度控制在1‰以內并除銹，在干燥條件下涂抹減摩劑以利下沉，搬運使用應防止碰撞和強力擦擠。

②H型鋼插入的時間，攪拌樁完成后30 min內插入H型鋼，若水灰比或水泥摻入量較大時，H型鋼的插入時間可相應增加。

③在插入型鋼前，安裝由型鋼組合而成的導向軌，其邊扣用橡膠皮包帖，以保證型鋼能較垂直地插入樁體并減少表面減摩劑的受損。每攪拌1～2根樁，便及時將型鋼插入，停止攪拌至插樁時間控制在30 min內，不能超過1 h?，F場還要準備錘壓機具，以備型鋼依靠自重難以插入到位時使用。

④型鋼水泥土攪拌墻中型鋼的間距和平面布置形式應根據計算和設計圖紙確定，本次施工采用隔一插一方法布置型鋼。

3.3 支護結構施工

在工法樁頂施工一道1 200mm×600mm的鋼筋混凝土冠梁，預埋800mm×800mm×20mm鋼板，塞焊8φ16mm鋼筋與冠梁鋼筋骨架銜接。第1道鋼管支撐對撐在溝槽兩側預埋鋼板上，第2道鋼管支撐設置在雙拼H型鋼腰梁掛板上，兩道支撐豎向間距為2.3 m，水平間距6 m。鋼支撐安裝時預加支撐設計軸力，見圖2和圖3。

圖2 雙拼H型鋼腰梁

圖3 牛腿剖面

鋼管支撐分節制作，每節標準長度為6 m，管節間采用法蘭盤螺栓連接，一端固定，另一端設預加軸力裝置。鋼管支撐連接方法見圖4。

圖4 鋼管支撐拼裝

3.4 土方開挖

1）懸臂支撐開挖表層土。按照懸臂支撐原則“當入土深度≥2倍基坑開挖深度時，基坑處于穩定狀態的基本規律”，開挖表層土至第二道型鋼腰梁下方0.5 m，進行第二道型鋼腰梁的布設工作，為減少側向土壓力，開槽出土均倒運至3倍基坑深度以外的空間。

2）安裝鋼管支撐，施加預應力。根據溝槽寬度，現場組裝鋼管支撐長度，采用吊車安裝在預埋鋼板處，根據計算結果，及時施加軸向預應力。

3）利用時空效應進行深層土開挖。每層開挖深度為下道腰梁下方0.5 m；以鋼管支撐橫向間距6 m為分段區間；以挖掘機作業半徑為界進行分塊；開挖面內線性基本一致，防止超挖；分段區間開挖完成后雙層鋼管支撐必須在30 min內安裝完成并施加軸向預應力；冬季施工只限白天作業，夜間嚴禁開槽；支撐與開挖同步進行；如遇特殊原因超挖，必須增加臨時支撐。

通過以上措施，溝槽土方開挖與支護過程順利進行，溝槽支護結構安全穩定。

3.5 監測控制

溝槽支護安全等級為二級，構件的重要性系數為1.0。由于施工現場地勢空曠，沒有建筑物和地下管線，在施工過程中采取第三方監測與自身監測的監測方案。

3.5.1 監測點布設

沿管道走向間隔20 m設置一個觀測點，觀測點設置在圍護結構樁頂位置，做好明顯標識并在施工過程中做好保護，防止破壞。

3.5.2 監測項目

溝槽開挖前應對周邊建筑物進行監測，做好初始數據記錄，在溝槽開挖、管道吊裝及回填過程進行定期監測，做好監測記錄。本工程周邊環境空曠，監測項目主要有樁頂水平位移；樁體深層水平位移；周圍地表的沉降情況；支撐軸力。

3.5.3 監測預警值

支護樁頂水平位移25mm；支護樁體深層水平位移40mm；地面最大沉降25mm。

3.5.4 監測方法

1）支護樁頂及深層水平位移監測。采用電子全站儀基準線法監測。

2）采用水準儀進行地表沉降監測。溝槽開挖前設定沉降觀測點，測量地表高程，作為原始記錄，施工過程每天進行沉降觀測，做好記錄。

3）鋼管支撐軸力監測。采用軸力計進行監測，監測鋼管支撐軸力隨溝槽開挖產生的變化規律，通過對該項目的監測，及時了解開挖過程中鋼管支撐的受力情況。

4）監測信息的反饋與處理.監測過程中發現有異常情況應及時通知施工、監理、設計及建設單位共同協商解決。

5）監測結論。施工全過程樁頂位移最大偏差為25mm，地表最大沉降為20mm，均符合設計要求。縱觀全程，基坑圍護結構經受住了基坑開挖施工期間各種施工因素的考驗，由于采用了合理的施工流程，周密的監測手段，本工程在整個基坑施工過程中，圍護結構始終處于安全可控的范疇，成功地保障了周邊建筑及圍護結構的正常運行，表明此圍護結構工程的設計、施工、監測方案是成功的。

4 施工體會和建議

1）充分利用時空效應，各工序緊密銜接。溝槽開挖與支護過程，要做好各項工序準備工作，確保人員操作熟練、機械設備性能良好、支撐材料組裝尺寸符合要求，在懸臂體系向簡支體系轉換過程中，盡量縮短晾槽時間，如遇突發情況，可以增設臨時支撐，防止因外部載荷過大造成樁頂位移超限。

2）科學計算施加軸向預應力。鋼管支撐安裝后，要根據計算結果及時施加軸向預應力，防止因溝槽內卸載后豎向支撐墻體內外土壓力失衡，造成樁頂位移超限。

3）及時施工管道基礎，防止基坑隆起?；娱_挖至設計高程后，要及時施工管道基礎，以平衡支護結構內外側土壓力，防止基坑隆起過大導致基坑失穩。