SMW 工法在豐縣地面水廠一期取水泵站基坑支護中的應用

劉佰平蔣 昊于 建

SMW 工法在豐縣地面水廠一期取水泵站基坑支護中的應用

劉佰平1蔣 昊1于 建2

一、設計參數及地質環境

豐縣地面水廠一期取水泵站與輸水管線工程A標段總占地面積150畝，一期工程建設規模為10萬m3/d，設計5臺單級雙吸臥式離心泵，型號為sfwp60-500，電機功率為110kW，揚程13m，取用大沙河水源，項目地址在華山橋南1.85km處河西岸堤內側，距河口23m。

工程主要內容為取水泵站、取水綜合樓、應急加藥間和取水頭部四個主體部分。取水泵站基坑南北長37.20m，東西寬24.35m，場地高程43.50m，基坑底高程34.50m。基坑采用SMW工法水泥土攪拌樁防滲墻進行圍護，設計樁徑為Φ850＠600，樁身搭接250mm，樁內“隔一插一”H700×300×13×24型鋼，間距1200mm，樁頂高程42.6m，樁底高程27.5m；攪拌樁防滲墻頂設置1100mm×800mm鋼筋混凝土冠梁，梁頂高程43.40m；基坑采用雙層鋼支撐支護，第一層為冠梁結合Φ630×16鋼管十字鋼支撐，第二層為雙拼HN600×300腰梁結合Φ630×16鋼管十字鋼支撐。

根據地質勘察報告，高程43.5～39.3m為素填土，39.3～36.1m為粉砂土，36.1～31.3m為淤泥質土，31.3～26.3m為粘土，26.3～21.0m為含砂漿粉質粘土。地下常水位39.00m，取水口設計常水位41.31m。

二、基坑支護主要施工工藝

1.SMW工法水泥土攪拌樁防滲墻

水泥土攪拌樁采用DH808Φ850 @600三軸攪拌樁機以及與之配套的拌漿系統和輸漿系統進行水泥土攪拌成樁，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，樁身設計強度不低于0.5MPa。

（1）測量放樣。施工測量放樣前，首先壓實、整平施工場地。然后采用GPS全球定位系統精準放樣，并做好永久及臨時標志，放樣后采用尺量復核。

（2）開挖溝槽。根據基坑圍護控制線，采用挖掘機開挖導向溝槽，要求中心線兩側各0.6m寬，深度0.5～0.7m，施工中隨打隨挖，保證鉆機施工時涌土不外溢，挖出的余土和廢漿及時處理。

（3）定位型鋼放置。在開挖的工作溝槽兩側鋪設長15.0m的導向定位型鋼，按設計要求在導向定位型鋼上標出鉆孔位置和H型鋼的插入位置。定位型鋼必須放置牢固，并采用點焊相互連接固定。

（4）成樁順序。三軸水泥土攪拌樁采用跳槽式雙孔全套復攪式施工工藝（見圖1）。搭接及垂直度的修正依靠重復套鉆得以實現，從而確保攪拌樁的隔水帷幕作用。攪拌樁施工完成后，立即插入H型鋼。

圖1 H型鋼與三軸水泥土攪拌樁成樁順序示意圖

（5）樁位偏差。施工前對鉆桿的長度進行量測，并在鉆桿上采用紅色油漆涂上鉆深標記，確保成樁深度達到設計要求。垂直度的控制采用設備自帶的液壓自動對中整平控制系統進行隨時調整，施工過程中采用鉛錘校核，確保垂直度偏差不超過0.5%，樁位偏差不超過5cm，樁徑偏差不超過1cm。

（6）水泥摻入量。根據設計20%的水泥摻入量，計算出不同水灰比的灰漿比重及攪拌樁單位長度需漿量，施工過程中隨時抽查灰漿比重及單位長度輸漿量，并與理論值對比，從而控制水泥摻入量。水泥摻入量按表1控制。

表1 水泥摻入量理論值控制表

（7）下鉆與提升。根據設計要求嚴格控制下鉆及提升速度，下鉆速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min。當下鉆到設計高程后，開啟灰漿泵，待漿液到達噴漿口，再嚴格按設計確定的提升速度邊噴漿邊提升攪拌機，嚴格按照“二次噴漿四次攪拌”進行控制。

（8）施工冷縫。施工過程中確保連續施工，避免出現冷縫。若出現冷縫時采取在冷縫處圍護樁外側補攪素樁，為保證補樁效果，素樁與圍護樁搭接厚度約20cm，同時延長攪拌時間，由原來的1min/m延長至3min/m，并提高水泥摻入量2%左右。

（9）H型鋼插入。攪拌樁完成后立即插入型鋼，時間間隔不超過30min；插入前檢查型鋼的長度、平整度、焊接質量，檢查型鋼表面涂刷減摩隔離劑的施工質量，均合格后方可使用。在導向定位型鋼上設置H型鋼定位卡，確保牢固、水平，而后將H型鋼底部中心對準樁位中心并沿定位卡垂直插入水泥土攪拌樁體內；插放達不到設計標高時，慢慢提升型鋼到適當高度，重復下插至設計標高，或采用振動錘振動至標高，下插過程中始終控制垂直度，確保偏差不超過0.5%；采用φ12吊筋將H型焊接在定位型鋼上，高程誤差控制在±5cm以內。待水泥土攪拌樁達到一定強度后，將吊筋與溝槽定位型鋼撤除。

（10）實驗檢測。每臺班制作兩組7.07cm×7.07cm×7.07cm水泥土試件，試樣來源于溝槽中置換出的水泥土，同條件養護28d檢測無側限抗壓強度，3d齡期時鉆心取樣檢測均勻性。

2.冠梁施工

首先使用空壓機及風鎬等設備將型鋼周圍樁體破碎處理，并采用人工找平，確保樁頭平整度在2cm以內，然后澆筑C20混凝土墊層。鋼筋綁扎前事先在墊層上準確放線，綁扎時確保鋼筋型號、數量、錨固長度、間距、保護層及整體性能符合設計要求，確保預埋件位置準確牢固。模板必須符合剛度和強度要求，為防止脹模，每隔1m用2根拉桿螺栓上下對拉，模板底部每隔1.0m采用鋼管打入土中固定，上部采用橫向鋼管鎖口固定。澆筑前將模板內的雜物及鋼筋上的油污清除干凈，并將H型鋼與冠梁的接觸面采用3cm厚的泡沫板作為隔離介質，以便后期H型鋼拔除施工。混凝土采用C30商品混凝土，澆筑時確保連續進行，過程中加強振搗，防止漏振和過振，并在初凝后終凝前及時整平收光處理。

3.十字鋼支撐安裝與土方開挖（先撐后挖）

施工前，十字鋼支撐專項施工方案和土方開挖專項施工方案均通過專家組的論證，并嚴格按照論證的專項方案施工。

基坑支護采用雙層十字鋼支撐，第一層支撐在冠梁預埋鋼板上，第二層支撐在雙拼腰梁圍檁上，鋼支撐水平相交處采用單向中空十字連接器連接，末端采用活絡頭。每層鋼支撐設置2根橫向鋼管和3根縱向鋼管。并在十字連接器處設置長12.0m的Φ530×10鋼管立柱，共6根，立柱基礎采用直徑1.0m 長5.0m的鋼筋混凝土灌注樁，并將鋼立柱插入混凝土灌注樁內4.0m，東西相鄰鋼支柱采用220mm×110mm× 7.5mm工字鋼梁進行兩兩相連焊接成一個整體，同時控制好安裝高程，確保同層工字鋼在同一水平面上，工字鋼作為鋼支撐的擱置點。

第一層鋼支撐安裝及土方開挖。首先采用人工沿每道設計鋼支撐軸線開挖溝槽，溝槽口寬1.2m，底寬0.6m，深0.8m，局部深度1.1m。溝槽開挖完成后，先安裝雙拼工字鋼梁，再安裝鋼支撐。鋼支撐安裝順序由基坑中心逐漸向四周擴散直至鋼支撐安裝完畢。當冠梁混凝土強度達到設計強度的85%以上時對鋼支撐施加預應力。

土方開挖遵循“先撐后挖，由中心向四周擴散開挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。首先在開挖區內采用20mm厚的鋼板鋪設運輸通道，保持鋼板與鋼支撐之間的土層厚度大于30cm，主要為防止運輸沖擊力影響支撐的穩定。由于安裝鋼支撐后留有的施工作業面較小，故采用兩臺小型挖掘機分層倒運裝車，小型翻斗車運輸的施工方法，開挖時確保一次性達到高程 39.5m（第二層鋼支撐以上20cm）。

第二層鋼支撐安裝及土方開挖。當土方開挖至標高39.5m后，采用人工開槽安裝第二層鋼支撐及雙拼腰梁圍檁。沿設計腰梁中心高程，在水泥土攪拌樁上切出60cm寬的水平槽，露出H型鋼，焊接支撐牛腿，將雙拼腰梁安放在牛腿上，保持與型鋼緊密貼實，務必將腰梁焊接成一個整體。雙拼腰梁與型鋼之間較小的間隙采用鋼板充填，較大的間隙采用C30細石混凝土充填。當混凝土強度達到設計值的85%后，按第一層鋼支撐安裝工藝安裝第二層鋼支撐，并施加預應力。

土方開挖前，先修筑出口坡道，再進行土方開挖，施工方法同上。施工時安排專人看護指揮，杜絕挖機觸碰鋼支撐。另安排專人員觀測基坑位移變化，若出現位移超過4mm/d（連續3d）設計要求時，應立刻停止開挖，及時在冠梁外圍挖土泄壓，以保證基坑安全穩固。

土方開挖至設計標高34.8m時，坑底預留30cm原狀土層，采用人工開挖整平，防止擾動基礎。開挖過程中隨時測量高程，開挖完成后及時組織隱蔽工程驗收，并在8h內將混凝土封底全部澆筑完成。

4.十字鋼支撐及H型鋼拆除

泵站墻身澆筑至第二層鋼支撐雙拼腰梁下方0.4m處，混凝土強度達到設計值的85%，混凝土外表面防滲處理及墻后回填土分層壓實完畢后，開始拆除第二層鋼支撐。待泵站墻身澆筑至第一層鋼支撐下方0.4m處，重復上述工序完成第一層鋼支撐拆除。當泵站墻身全部完成且完成墻后回填土后拔除H型鋼。

5.基坑降排水

水泥土攪拌樁防滲墻完成后開始施工降水井，其數量按下式確定：

n=A/a井

式中：n—井數；A—基坑需降水面積（m2）；a井—單井有效降水面積取100（m2）。

圖2 降水井分布示意圖

基坑區域總面積約905.82m2，經計算應布置降水井10眼，井深20m。由于高程36.1～31.3m為淤泥質土，為了更有效地降低基坑內的地下水位又在基坑內增設兩眼井，實際布置降水井共12眼，見圖2。

降水井施工完成后，預抽水時間20d，將地下水位始終控制在開挖面以下。

三、基坑支護監測

基坑支護施工前委托江蘇省第二地質工程勘察院對基坑圍護全過程進行變形監測，內容主要為基坑圍護頂部水平和豎向位移監測、防滲墻深層水平位移監測、基坑外潛水水位監測三個方面。

實際檢測各項指標均符合設計要求。檢測結果分別為基坑圍護頂部水平位移及豎向位移監測設計值＞3mm/d（連續3d），允許累計量不大于40mm，共檢測4個部位每個部位檢測16次檢測水平位移最大累計值為7.85mm，豎向位移累計值為2.29mm。防滲墻深層水平位移監測（測斜）設計值＞4mm/d（連續3d），允許總位移不大于45mm，共檢測4個部位每個部位檢測13次最大總位移為31.76mm。基坑外潛水水位監測設計值，水位下降500mm/d，允許累計量1000mm，實際共檢測4個部位每個部位檢測14次最大累積值為340mm。基坑開挖過程中對水泥土攪拌樁連續性和透水性進行監測，未發現不連續及滲水現象，整體防滲效果良好。

四、結束語

本文針對豐縣地面水廠一期取水泵站工程，介紹了SMW工法在基坑支護中的應用。對于不同工程、不同地質、不同結構，基坑支護的方案不盡相同，應根據具體工程情況采取相應的措施，方能保證工程質量和施工過程的安全■

（作者單位：1.徐州市水利工程建設監理中心 221000；2.豐縣水利局 221700）