淺析SMW工法樁在工程深基坑加固中的應用

(福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州350001)

淺析SMW工法樁在工程深基坑加固中的應用

■饒凌勤

(福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州350001)

S MW工法是以多軸型鉆掘攪拌機向一定深度進行鉆掘，同時在鉆頭處噴出水泥強化劑與地基土反復混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未結硬前插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材，至水泥結硬，形成一道具有一定強度和剛度的、連續完整的、無接縫的地下墻體,具有止水、承擔水土側壓、承擔拉錨或逆作法施工中垂直荷載的功能。與其他型式圍護結構相比，具有抗滲性能好、環保節能、適用土層范圍廣、工期短、投資省等特點。本文以在建的廈門市集灌路提升改造工程F地下通道為例，淺析S MW工法樁特點及其在地下通道工程深基坑加固中的應用。

S MW工法樁深基坑加固應用

1 引言

目前我國地下基坑工程采用較多的支護結構有：鋼板樁、柱列式灌注樁、地下連續墻等，鋼板樁一般用于開挖較淺溝槽或基坑，施工方便、工期短，耐久性好且可回收利用，但開挖后變形較大，打拔樁時對周圍環境影響大，防水性能差；柱列式灌注樁，它既可以作臨時護壁又可與內襯鋼筋混凝土構成主體結構，具有較好經濟效益，但整體剛度差，需借助深層攪拌樁防護墻體滲漏；地下連續墻整體剛度大，止水性好，可兼做主體結構，適于軟弱地層的中等深度基坑，但成槽工藝復雜，造價高。本文介紹的SMW工法樁是目前較新使用的支護結構，該工藝利用有限的空間，向深基坑周邊土體鉆注水泥漿，形成水泥土柱墻，同時插入型鋼，待主體工程完成后拉拔型鋼注漿回填。雖引進較晚，但憑自身優勢被大范圍推廣使用。SMW工法樁即在水泥土樁中插入可循環利用的型鋼、鋼筋等勁性材料,不但可以有效減小墻體厚度，提高墻體抗彎和抗剪能力，還能增強其連續性，抗滲好，環保節能，且造價具有較大優勢。

2 工程概況

該例地下通道建設規模為單向2車道，寬度11m。地下通道FK0+174～FK0+369全長195 m，其中進口段U型槽75m，框架段80 m，出口段U型槽40 m，平均開挖深度為5.2 m，泵房處7.8m。通道基坑底部最低標高-2.35m，泵房-4.95m，穩定地下水位0.98～1.36m，根據區域水文地質資料，該場地干旱季節潛水位可能下降1.0m左右，強降雨的豐雨季節，潛水位最大可能上升幅度為1.0～2.0m，地表水豐富。土層分布為原地面線以下標高3.1～-1.0m素填土、-1.0～-1.2m淤泥、-1.2～-5.2m粉質粘土、-5.2～-10.3m為殘積砂質粘性土軟土，土層分布不均勻。周邊為現有匝道橋及綠化帶，基坑施工時無法進行放坡開挖基坑，側壁安全等級為一級。經過施工場地、水文地質、綜合比對，最終選定采用SMW工法樁進行基坑支護，樁徑取Φ650，三軸攪拌，通道樁長7.5～9.5m,泵房處11～12m,H400×400×13×21型鋼8～10m，泵房處型鋼12～13m，間距隔一插一。

為確定最佳施工參數，如水泥摻入量、攪拌下沉速度、提升速度、噴漿壓力、噴漿流量、漿液水灰比等，該通道在FK0+230～FK0+240處10m范圍內進行試樁試驗，樁長8.3m。

試樁施工過程中FK0+233、FK0+239兩處由于土層分布差別較大，施工時未注意區別對待不同的土層，泥漿夜的配合比不當，在淤泥層漿液濃度過小，導致H型鋼發生傾斜、位移，垂直度差，現場采用調整將水泥摻量形式降低水灰比，提吊型鋼，重新插放；在較深處粘土層局部漿液濃度過大，H型鋼不能完全靠自重完全下插到位時，現場采用挖掘機進行送壓，高度較高處采用振動錘振動下沉使型鋼插到設計標高。局部無法到達設計要求的，則在外側加一幅水泥土攪拌樁，加插型鋼作強度補償。

試樁段開挖后出現1處冷縫、2處漏點、1處斷樁。經分析，冷縫非通縫，主因鄰樁在施工過程中局部搭接不到位。采取在圍護樁外側補攪素樁形式進行補強，素樁與圍護樁搭接厚度約2Ocm左右。2漏點距離較遠，主因為水泥土攪拌不均勻，局部提速超過2.0m/min，現場采用插引流管和雙液漿封堵。根據滲點大小確定引流管直徑，在引流管周圍用速凝防水水泥砂漿封堵，待水泥砂漿到達強度后，再將引流管打結；也可將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入墻體中，兩種溶液迅速反應生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結和填充孔隙的作用，前種方式方法簡單，但處理時間長，后者時間短，工藝較繁瑣。2處漏點選擇后者處理方式，效果明顯。1處斷樁主因為鉆機在施工過程故障達6h，重新施工時鉆桿提升高度太小，不足50cm，固在該處斷裂。采用在開挖內側注漿，外側旋噴樁止水方式補強，并用t=12mm鋼板在斷樁處封閉，鋼板與工法型鋼滿焊。

經試驗，樁體強度滿足要求，確定施工參數注漿壓力：0.4～0.6MPa；注漿流量：28～32L／min；注漿量：0.375m3／延米；水泥摻量20%；水灰比1.65。下沉速度0.7m/min，提升速度1.6m/min。

3 SMW工法樁重點工藝控制

SMW工法樁施工流程圖如圖1所示。

圖1 SMW工法樁施工流程圖

(1)樁位控制

施工前測定樁位控制點，埋石標記，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽，保證樁孔位中心移位偏差小于10mm。根據基坑圍護內邊控制線開挖導向溝，并在溝槽邊設置攪拌樁定位型鋼，標出攪拌樁位置和型鋼插入位置。注意在溝槽兩側增設定位輔助線，按設計要求在定位輔助線上標出鉆孔位置，并設置護樁，多角度定位樁位，避免偏位。

(2)成樁工藝控制

①三軸攪拌樁一般采用跳槽式雙孔全套復攪式(見圖2)施工，但在特殊情況下(例如攪拌樁成轉角施工或施工間斷)也可采用單側擠壓式(見圖3)施工，三軸攪拌樁的搭接以及成形攪拌樁的垂直度補正均依靠攪拌樁單孔重復套鉆來實現的，以確保攪拌樁的隔水帷幕作用。該例通道泵房位置處于通道中段，該側四處拐角均單側擠壓成孔，為防止拐角處因長短樁滲水，增長拐角1m范圍內短樁，長度同長樁，開挖后觀察防滲效果佳。

圖2 雙孔全套復攪式

圖3 單側擠壓式

②鉆掘攪拌機下沉到設計深度后，上提約10cm，再開啟灰漿泵，邊噴漿、邊旋轉攪拌鉆頭，攪拌機噴漿提升至設計頂面標高后，再次將邊攪拌噴漿邊下沉，至設計深度后，再提升至地面?！岸螄姖{四次攪拌”二次噴漿后保證水泥摻入量滿足20%要求，同時施工中注意控制下沉及提升速度，控制在下沉速度不大于1.0m/min，提升速度不大于2.0m/min。對于有偏斜的樁位，應在其后面加樁。

圖4

攪拌樁長度超過13m的易發生埋鉆事故，應適當調整鉆機和注漿泵型號，做到動力足夠、注漿壓力高、動力頭分級啟動，必要時調整空壓機型號、鉆桿螺旋片形式及鉆頭型號，在不影響樁體強度的前提下，快插慢拔，并適當摻入占水泥用量2%～5%的優質膨潤土，有效增加水泥土的粘結性。

(3)水泥漿控制

水泥可采用普通硅酸鹽水泥。水泥漿液的水灰比宜控制在1.5,水灰比根據地層調整，該通道主要以素填土、粉質粘土、殘積砂質粘性土軟土為主，樁體水泥參量宜控制在20%左右。施工過程中注意將水泥漿液中加1.0%以內的高效減水劑，增加漿液流動性，減少水泥漿液在注漿過程中的堵塞現象。同時摻入1%的膨潤土，利用其保水性提高水泥土的變形能力，減少墻體開裂，提高墻體的抗滲性能效果佳。

(4)型鋼的加工、安裝與起拔

型鋼焊接前須平整、固結加工基座，使用氧焊破口焊接，對接后清除H型鋼表面的污垢和鐵銹，擦去型鋼表面積水，涂敷減磨隔離劑2遍以上，厚度控制在2mm左右。H型鋼就位后，型鋼插入時應注意控制垂直度,型鋼插到設計規定深度后讓H型鋼脫離吊鉤，固定在兩側的定位型鋼上直至孔內的水泥土凝固。插入時，不得頻繁上下抽動，避免隔減磨離劑被磨掉。

施工中應注意，制作冠梁前，攪拌樁頂冠梁包裹部位的型鋼應用牛皮紙封裹隔離，減少拔樁阻力；待冠梁達到設計強度且地下主體結構施工完成后，采用專用夾具及千斤頂以冠梁為支撐，依據鋼抗拔驗算與拉拔試驗數據加載機械動力起拔回收H型鋼。抽取后采用水泥漿液注漿。

4 監測情況分析

在該通道施工過程中，為保證施工安全，采用樁頂沉降、樁體變形、地表監測、水位監測等多種手段結合的量測技術進行監測，均滿足要求，證明該支護系統的安全性、合理性。

(1)樁頂沉降監測結果統計滿足≤30.0mm要求。

監測斷面ZDZ-1～ZDZ-9累計最大沉降mm 3.3發生位置ZDZ-2

(2)樁體變形監測結果顯示在鋼支撐架設后，隨著基坑開挖完成，樁體變形逐漸趨于穩定，基坑處于穩定狀態。

編號JGCX-1 JGCX-2 JGCX-3 JGCX-4 JGCX-5 JGCX-6累計最大變形mm 9.03 10.87 10.63 14.85 8.27 4.43發生位置樁頂樁頂樁頂樁頂樁頂樁頂

(3)基坑周圍地表沉降監測結果顯示在底板封閉完成后，基坑周邊土體新的力學平衡已形成，地表即處于穩定狀態。

監測斷面DB-1～DB-12累計最大沉降(mm)0.27發生位置DB-2

(4)基坑周邊地下水位監測結果說明地下水位的變化主要受降雨的影響，也說明基坑施工對地下水位的影響較小，基坑SMW工法樁止水效果明顯。

監測斷面SW-1累計最大水位變化(mm)573發生位置SW-1

5 結論

為建設節約型社會，發展循環經濟,城市基礎建設正全面推廣節能工藝，實現材料循環使用，提高資源利用率，傳統支護型式正在與節能型、環保型、經濟型新型支護型式重組，取長補短。SMW工法樁不僅結合鋼板樁、水泥攪拌樁、地下連續墻優點，在節能環保方面仍有較大創新，較傳統支護型式優勢明顯：不僅造價低，如SMW工法樁隔一插一(Φ850mm)造價指標約為900元/m3，較20m柱列式灌注樁(Φ1100mm，33mm)1550元/m3，地下連續墻(800mm)1700元/m3成本縮減幅度大；而且施工噪聲小，對環境影響小，節能環保，止水效果好，強度高。SMW工法樁可在今后類似市政和公路工程中推廣使用。

[1]GB50202-2002,建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].

[3]JGJ120-99,建筑基坑支護技術規范[S].

[4]GB50300-2001,建筑工程施工質量驗收統一標準[S].