SMC工法在復(fù)雜環(huán)境深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

吳曉雨 耿顯勇 李棟謀 何 飛 顧洪磊

(山東省建設(shè)建工(集團(tuán))有限責(zé)任公司 山東濟(jì)南 250014)

0 引言

隨著城市地下空間建設(shè)的應(yīng)用需求逐步加大，深基坑工程的質(zhì)量和安全受到廣泛的關(guān)注。SMC工法作為一種新型支護(hù)方法，通過(guò)深層銑削工藝，改變?cè)瓲钔两Y(jié)構(gòu)，在攪拌過(guò)程中摻入固化劑，將分散的土體凝聚成整體性和具有一定強(qiáng)度的等厚復(fù)合土墻[1]。本文通過(guò)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下，深基坑工程實(shí)例中SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術(shù)的應(yīng)用，分析其穩(wěn)定性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，并為類(lèi)似環(huán)境深基坑的施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

南辛莊片區(qū)棚戶(hù)區(qū)改造安置房建設(shè)項(xiàng)目地塊—東區(qū)(EPC)工程，位于濟(jì)南市槐蔭區(qū)南辛莊街南側(cè)、南辛莊東街東側(cè)，包括4棟住宅樓及地下車(chē)庫(kù)?；有螤畈灰?guī)則，東西長(zhǎng)約144.5 m，南北寬約89.5 m。開(kāi)挖深度13.5 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。

場(chǎng)區(qū)位于屬于山前沖洪積平原中下部,地層為第四系沖洪積成因的粘性土、碎石土,下伏中生代燕山期輝長(zhǎng)巖風(fēng)化帶。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,綜合考慮基坑周邊環(huán)境和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度,兼顧基坑支護(hù)穩(wěn)定性、適用性、經(jīng)濟(jì)性,確定基坑支護(hù)方案采用“SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻+ 三道預(yù)應(yīng)力錨索”的支護(hù)方式(圖1)。支護(hù)深度13. 5 m,型鋼高出冠梁頂面0. 5 m,攪拌墻幅長(zhǎng)2800 mm,寬650 mm,搭接200 mm,深度均為15 m ～ 18 m,型鋼采用HN500×200×10×16,共計(jì)138幅,一期槽60幅,二期槽68幅,型鋼約535根。

圖1 基坑支護(hù)剖面圖

2 施工難點(diǎn)分析及方案優(yōu)化

(1)周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，周?chē)嬖谳^多的高層建筑物及管線(xiàn)，基坑距離紅線(xiàn)最近處約2.15 m。

場(chǎng)地緊鄰18層高層住宅群，周邊地下管線(xiàn)眾多，基坑開(kāi)挖不具備自然放坡條件，開(kāi)挖深度內(nèi)局部地層姜石、碎石含量高，若處理不當(dāng)，將對(duì)施工安全、進(jìn)度產(chǎn)生影響。

(2)止水要求高

該工程地下水類(lèi)型為第四系孔隙潛水，主要由大氣降水補(bǔ)給。地下水位隨季節(jié)不同而變化，場(chǎng)地內(nèi)靜止水位埋深4.0 m，相應(yīng)標(biāo)高為36.2 m～37.0 m?；拥撞繕?biāo)高為27.40 m，對(duì)基坑止水性能要求高。

(3)方案優(yōu)化

為解決上述施工難點(diǎn)，對(duì)多種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析(表1)，優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案，采用SMC雙輪銑水泥土攪拌墻施工技術(shù)。實(shí)踐證明，在穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面，均取得良好效果[2]。

表1 深基坑支護(hù)形式對(duì)比

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻

該技術(shù)是兼具有液壓雙輪銑槽機(jī)和深層攪拌技術(shù)的綜合效率較高的新型施工工藝[3]，如圖2所示。下沉?xí)r通過(guò)兩個(gè)銑輪相對(duì)相向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)凱式方形導(dǎo)桿施加向下的推進(jìn)力，以0.8m/min的速度勻速下沉，并注入水灰比不大于1.2的水泥漿液(其注漿量為總注漿量的70%～80%)，與原狀土體攪拌混合均勻至設(shè)計(jì)深度。提升時(shí)2個(gè)銑輪相對(duì)相反旋轉(zhuǎn)，通過(guò)凱式方形導(dǎo)桿或懸索以0.8～1.2m/min速度提升銑輪，并注入固化劑(注漿量為總注漿量的30%～20%)，從而形成墻體均質(zhì)、整體性強(qiáng)、防滲性能好的水泥土攪拌墻。

圖2 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工作原理

雙輪銑水泥土墻具有施工效率高，安全穩(wěn)定，止水效果好等特點(diǎn)，尤其對(duì)本基坑中存在的較厚雜填土層及碎石層，均能產(chǎn)生有效的截水效果，形成封閉式帷幕。

3.2 施工工藝

SMC雙輪銑水泥土攪拌墻關(guān)鍵工藝流程如圖3所示。

圖3 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工藝流程

(1)清場(chǎng)備料：對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行整平壓實(shí)，清除施工障礙物，作業(yè)面不小于7 m。當(dāng)?shù)乇硗翆虞^軟時(shí)，應(yīng)采取措施防止機(jī)械失穩(wěn)，備足水泥量和外加劑。

(2)測(cè)量放線(xiàn):按設(shè)計(jì)要求定好墻體施工軸線(xiàn)，每25 m布設(shè)一高程控制樁，并作出明顯標(biāo)志。

(3)安裝調(diào)試：液壓履帶式移動(dòng)機(jī)械和雙輪銑槽機(jī)就位；安裝制漿、注漿和制氣等輔助設(shè)備；接通水箱、電源和空氣壓縮機(jī)；運(yùn)轉(zhuǎn)試車(chē)。

(4)開(kāi)溝鋪板：為解決削銑過(guò)程中的余漿儲(chǔ)放和回漿補(bǔ)給，需開(kāi)挖尺寸為1000 mm×1200 mm溝槽。超雙輪銑槽主機(jī)作業(yè)長(zhǎng)度10 m，鋪設(shè)箱型鋼板,以均衡主機(jī)對(duì)地基的壓力和固定芯材。

(5)在開(kāi)挖的工作導(dǎo)槽兩側(cè)放置型鋼導(dǎo)軌，型鋼規(guī)格為H700×300×13×24，長(zhǎng)度12 m，控制線(xiàn)引至型鋼導(dǎo)軌上，以型鋼導(dǎo)軌標(biāo)記做為分幅定位標(biāo)記。

(6)噴氣注漿銑削攪拌下沉、提升：水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比不大于1.2，水泥摻入量為18%～20%(重量比)，注漿壓力一般為2.0～3.0MPa[4]。下沉速度0.8 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。

(7)安裝芯材：型鋼下插應(yīng)在雙輪銑攪拌墻施工完畢后30 min內(nèi)進(jìn)行。

(8)成墻移機(jī)：集料斗內(nèi)注入清水，將注漿泵開(kāi)啟，對(duì)壓漿管道及其它所用機(jī)具進(jìn)行清洗,然后將雙輪銑槽機(jī)移動(dòng)至下幅墻定位位置進(jìn)行作業(yè)。為保證墻體的連續(xù)性、均質(zhì)性和接槎位置的施工質(zhì)量,應(yīng)進(jìn)行重復(fù)套鉆(圖4陰影部分),雙輪銑水泥土攪拌墻搭接部位施工質(zhì)量以及墻體的垂直度修正,依靠重復(fù)套鉆來(lái)實(shí)現(xiàn),以達(dá)到止水的作用。

圖4 SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻墻體搭接

4 應(yīng)用效果分析

4.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

對(duì)水泥土試塊進(jìn)行28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其強(qiáng)度均在2.50 MPa以上，均高于設(shè)計(jì)要求和《型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T199-2010)中不宜小于0.50 MPa的規(guī)定[5]。通過(guò)與某相似地質(zhì)條件下，三軸水泥土攪拌樁和TRD工法水泥土攪拌墻28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻抗壓強(qiáng)度均高于其他兩種工藝，表明其銑削攪拌能力更強(qiáng)，攪拌更加均勻。

4.2 止水效果分析

施工完成后，立即進(jìn)行基坑內(nèi)部疏干、降水工作，并對(duì)基坑外部水位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)所取芯樣滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，滲透系數(shù)小于2×10-6cm/s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。降水12 d后，開(kāi)挖地下水位以下土方，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)降水1 h后，基坑內(nèi)部水位下降1.5 m，基坑外部水位變化小于100 mm，且在土方開(kāi)挖及后期使用過(guò)程中，水泥土攪拌墻壁無(wú)滲漏情況發(fā)生。從實(shí)際情況可以判斷，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻充分發(fā)揮了止水效用，有效確保了基坑施工階段干作業(yè)的施工環(huán)境。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

整個(gè)深基坑監(jiān)測(cè)周期歷時(shí)12個(gè)月，委托第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)基坑水平位移、豎向位移、周邊環(huán)境等項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)工作。經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有觀測(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)均小于預(yù)期值，變形量較小(表2)，且未對(duì)周邊建筑及環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

表2 基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

該工程采用的SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑深基坑工程，在山東省內(nèi)尚屬首次。從工程施工和監(jiān)測(cè)情況看，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻具有適應(yīng)性廣、止水性能可靠、墻體均勻性良好的特點(diǎn)。從基坑工程開(kāi)挖暴露面觀察可知，攪拌墻墻壁完整、基坑側(cè)壁干燥，無(wú)滲漏水現(xiàn)象，有效克服了傳統(tǒng)工法施工深度小、攪拌能力差等缺點(diǎn)，同時(shí)解決了轉(zhuǎn)角施工困難，機(jī)械設(shè)備價(jià)格高等不足[6]。SMC工法具有很好的性?xún)r(jià)比，是一種理想的深層水泥土防滲墻施工工藝，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。