SMW工法在軟土地區(qū)基坑支護中的應用及監(jiān)測分析

趙 德

(上海閔衡建筑檢測研究所有限公司，上海 201199)

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SMW工法在軟土地區(qū)基坑支護中的應用及監(jiān)測分析

趙 德

(上海閔衡建筑檢測研究所有限公司，上海 201199)

簡述了SMW工法的施工機理，從水泥土強度、攪拌樁施工、型鋼選型插入、土方開挖等方面，闡述了SMW工法在施工中的注意事項，并結合工程實例，分析了其在軟土地區(qū)的適用性，指出SMW工法具有工期短、造價低、防滲性好等優(yōu)勢。

SMW工法，基坑，水泥，攪拌樁，型鋼

SMW(Soil Mixing Wall)工法是水泥土攪拌樁和H型鋼復合形成的支護結構形式，這是防滲止水帷幕與圍護擋土結構兩種功能相結合的產(chǎn)物。水泥土攪拌樁可搭接地下連續(xù)墻，其作用是作為止水帷幕和重力式擋土墻使用；H型鋼則用于承受水土壓力等荷載，避免擋土墻在壓力作用下出現(xiàn)的剪力和彎矩。

1 SMW應用中的注意事項

1.1 水泥土強度

為了使基坑工程保持穩(wěn)定，水泥土強度必須達到型鋼間土壓力的剪切要求。而基坑工程的主要荷載來自于土壓力，土壓力首先作用于水泥土，然后由水泥土傳遞到型鋼、給圍檁直到支撐體系。

水泥土局部抗剪需滿足式(1)：

(1)

其中，S為所驗算截面處的法向應力；2b為水泥土寬度；U，c分別為水泥土的內摩擦角和粘聚力；K為安全系數(shù)，一般取1.5。

1.2 攪拌樁施工

攪拌樁施工采用一次攪拌工藝，但是為了使水泥和土質混合更加充分和均勻，進行攪拌時土質和水泥在下沉和提升的過程中都采用了噴漿式。因此鉆機工作進行時不僅要控制鉆機轉速，還要保證合適的攪拌速度，提升過程速度避免過快，以此來防止真空和孔壁坍塌狀況出現(xiàn)。攪拌樁工作過程中，相鄰的樁時間的間隔需要不大于12 h，如果超過這一時限則必須采取補救措施修正間隔時間。嚴格的施工時間控制是保證SMW工法減少施工縫，提高基坑圍護結構防水性能的基礎。

1.3 型鋼選型及插入

目前大多工程選用沒有接頭的整樁H型鋼插入。如果要對H型鋼進行焊接，則需要保證焊接位置不能在支護樁的最大受力點，并且有接頭的H型鋼數(shù)最好少于總型鋼的1/2，垂直方向上相鄰樁的接頭間隔位置需要不小于2 m。型鋼插入和起吊點的確定原則是在型鋼頂端0.2 m處開孔，孔的直徑為40 mm。此外為增加強度，起吊過程中樁頭的兩面都需要貼焊鋼板。

型鋼的插入過程需要嚴格控制插入時間。從鉆桿達到設計深度開始計時，之后的30 min內要快速將型鋼插入，保證水泥土在凝固的過程中不會影響插入，避免強制插入型鋼造成的水泥土不完整影響協(xié)調工作的情況出現(xiàn)。靠型鋼自重插入時要避免傾斜或側向撞擊型鋼。在達到設計深度后還需快速固定防止型鋼繼續(xù)下沉。

1.4 土方開挖

等待攪拌樁強度和設計強度相同才可以開挖土方，在此之前還要提前15 d抽干坑內殘留水，進行井點降水，避免坑底澆筑不穩(wěn)定。此外還要依照要求分層分段開挖，開挖一層，支撐一層，注意土體應力，及時釋放節(jié)奏，不能超挖。當挖至坑底時，要澆筑墊層封底，快速澆筑底板。

1.5 型鋼回收及起拔力確定

型鋼回收再利用可以降低工程造價，這也是SMW廣泛應用的原因之一。由于在型鋼表面增加了減摩劑材料作為涂刷層，使型鋼和水泥土間粘結力減少。向上起拔力超過閾值，隔離材料則會被剪切破壞，起拔阻力降低。

從實際應用中可以得出型鋼的起拔力為：

Pm=Pf+Pd+G

(2)

其中，Pf為靜摩阻力；Pd為型鋼變形阻力；G為型鋼自重。

由式(2)可以得出：型鋼的變形阻力不僅與型鋼的變形量有關，還和水泥土的強度、變形曲線的形式以及質量等都相關。型鋼的變形阻力隨著變形曲線的曲率和型鋼的變形量增大而增大。所以施工中加快各環(huán)節(jié)銜接，盡量減少圍護結構變形可以提高型鋼的拔出率。此外避免型鋼的損耗，起拔力應滿足：

Pm≤fyAs/K

(3)

其中，fy為型鋼屈服強度；K為安全系數(shù)，范圍在1.5～2.0。

1.6 施工監(jiān)測

施工監(jiān)測是施工過程的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)測主要從兩方面進行，一是監(jiān)測施工環(huán)境，二是監(jiān)測施工安全。建立監(jiān)控報警制度至關重要，主要對圍護墻頂位移、深層水平位移、周邊土體及建筑物沉降等進行監(jiān)測，并應加強地下水位監(jiān)測及巡視檢查力度，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的滲水點。

2 工程實例

2.1 工程概況

上海某社區(qū)服務中心基坑工程位于上海市閔行區(qū)，基坑開挖深度較淺為4.5 m,基坑形狀呈不規(guī)則多邊形，開挖面積中等為1 974 m2。根據(jù)上海市工程建設規(guī)范DG J08—61—97基坑工程設計規(guī)程規(guī)定，屬三級基坑。基坑所影響到的深度范圍內的地基土主要構成成分為：填土、粘性土、淤泥質土和粉性土。雜填土特點是土質松散，厚度較大。第②層～④1層成分主要是軟粘土，③層和第④1層是體流變性大，土體靈敏度高的淤泥質土，本工程基坑主要位于該種土層中，故須加強圍護體的抗側剛度，以抵抗主動土壓力作用下的坑壁水平變位。第④2層粘質粉土層土性相對較好，可作為工程樁或立柱樁的持力層。本工程基坑周邊環(huán)境條件極為有限，南鄰市政道路(青杉路)，其余三面均為住宅樓或商辦樓，特別是基坑西北側邊線與現(xiàn)有兩棟以天然地基為基礎形式的6層住宅樓間距僅為6.9 m，施工作業(yè)面狹小以及基坑水平變形的要求，大大限制了基坑圍護形式的選型。

2.2 圍護形式選型

擬建工程場地位于古河道分布區(qū)，其地層為上海市典型地層類型之一。本工程基坑開挖深度較淺為4.50 m，根據(jù)規(guī)范要求及上海市工程建設經(jīng)驗，可供選擇的圍護體系有重力式擋土墻即水泥土攪拌樁重力壩圍護形式和板式支護體系形式，其中板式支護體系包括鉆孔灌注樁圍護和SMW工法圍護。

本工程基坑西北側與兩棟天然地基基礎形式的住宅樓間距僅為6.9 m，且基坑距該側紅線僅為4.9 m，周邊環(huán)境對基坑安全度和變形的要求很高，且施工作業(yè)面有限，大大限制了基坑圍護的選型。顯而易見，若采用水泥土攪拌樁重力壩圍護會出現(xiàn)超紅線問題，且基坑變形較大。因此根據(jù)上述條件，本工程基坑可供選擇的圍護方式為板式支護體系+一道支撐的形式，采用該種圍護體系既可解決施工作業(yè)面狹小的問題，又能提高坑壁的穩(wěn)定性。

本工程可供選擇的圍護形式有兩種：方案一：鉆孔灌注樁+雙軸水泥土攪拌樁+一道鋼管支撐圍護體系；方案二：SMW工法+一道鋼管支撐圍護體系。而采用SMW工法在工期及造價方面均有一定優(yōu)勢，最終選型SMW工法+一道鋼管支撐圍護體系。基坑普遍區(qū)域采用3φ650@900三軸水泥土攪拌樁隔水，攪拌樁入土深度11.15 m，有效樁長為10.3 m。三軸攪拌樁內插型鋼，采用有效樁長為11.0 m的H488×300×11×18型鋼，坑邊局部深坑處有效樁長為14.0 m。

2.3 監(jiān)測結果

進行基坑開挖需要跟蹤監(jiān)測基坑來保證周邊建設和基坑的安全。監(jiān)測項目主要分為圍護結構水平位移、頂部垂直、測斜、圍護結構支撐軸力、坑外的地下水位、周邊已有建筑物垂直位移監(jiān)測、周邊道路垂直位移監(jiān)測。從圍護樁施工至基坑回填完畢，基坑圍護結構頂部水平位移最大累計值為+16.4 mm，垂直位移最大累計值為+12.1 mm；深層側向位移最大值為+20.6 mm；臨近建筑物垂直位移累計變化量最大值為+11.7 mm；周邊土體垂直位移不得超過+26.0 mm。均在設計允許值以內，并且不會造成周邊建筑及道路管線的正常使用。

3 結語

軟土地區(qū)基坑圍護采用SMW工法樁結合內支撐結構體系，圍護結構受力明確，支撐系統(tǒng)簡單。盡管目前還存在部分問題，但其具有施工速度快、工程造價低、對周邊環(huán)境影響較小等各種優(yōu)勢，使其應用廣泛。此外SMW工法施工過程中對質量的嚴格控制更好的保證了基坑安全性。

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[4] JGJ 120—2012,建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

Application and monitoring analysis of SMW construction method in foundation support of soft soil region

Zhao De

(ShanghaiMinhengBuildingDetectionAcademyCo.,Ltd,Shanghai201199,China)

The paper briefly describes the construction mechanism of SMW construction method. Starting from aspects of cement soil strength, mixing pile construction, steel reinforced selection and inserting and earthwork excavation, it describes matters needing attention of SMW construction method in construction. Combining with engineering examples, it analyzes its applicability in soft soil region, and points out advantages of SMW construction methods, such as short construction duration, low cost, and good impermeability and so on.

SMW construction method, foundation pit, cement, mixing pile, steel reinforcement

1009-6825(2016)20-0076-02

2016-05-05

趙 德(1980- )，男，工程師

TU463

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