SMW工法樁與預應力型鋼組合支撐施工技術研究

何先煒/HE Xian-wei

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著我國建筑行業的快速發展，地下空間的開發與應用不斷擴大，基坑開挖越來越深，對基坑側壁安全等級以及基坑支護的強度、剛度要求愈來愈高。若采用傳統的鋼筋混凝支撐，會增加后續的破除工作，加大了成本投入，造成了資源浪費，不符合建筑業綠色節能發展。

為解決上述問題，可以考慮將SMW 工法樁與預應力型鋼組合內支撐進行有效結合，形成新型支護。為提高型鋼組合支撐的受力性能，可以通過對型鋼水平支撐施加預應力，這樣可以提高型鋼支撐的抗側剛度，加大支撐體系的受力能力。

1 工藝原理

SMW 工法樁施工主要使用三軸攪拌機，鉆進土體一定深度后，通過噴出水泥強化劑與現場地基土反復混合攪拌，在水泥土混合體中插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材料，待水泥土固化后和應力補強材料共同作用，形成一道連續完整、具有高強度、高硬度、無接縫的地下墻體，作為止水帷幕的同時兼做基坑支護結構。型鋼組合內支撐主要由型鋼支撐梁、組合圍檁、立柱及連接件等組成，各部件采用高強螺栓連接組合裝配構成深基坑支撐結構。

基坑的止水及圍護結構采用SMW 工法樁，基坑內采用型鋼組合內支撐加固。在SMW 工法樁頂端位置澆筑鋼筋混凝土冠梁，型鋼支撐通過傳力件與工法樁端部冠梁呈剛性連接，承受由工法樁傳遞的基坑側壁壓力，再對水平鋼支撐施加預應力，提高整體支撐體系的受力性能及安全系數，將二者相結合形成新型復合基坑支護體系。

2 工藝優點

1）提高支護的使用功能 SMW 工法樁與預應力型鋼組合內支撐體系在各種地質情況、復雜周邊環境、不同深度基坑均可采用。型鋼組合支撐平面布置形式靈活多變，可隨撐隨挖，增加施工過程中的靈活性、便捷性。可對型鋼支撐變形數據實時監測，及時對松動的螺栓進行緊固，操作簡單、便捷，保證地下結構施工及基坑周邊環境安全。

2）具有良好的經濟效益 減少人力投入、降低材料成本、提高生產效率。現場裝配施工，機械化程度高，減少管理人員、作業人員數量，節省人工費、提高生產效率；同時省掉相應的施工流程，縮短建造工期，提高時間利用率；使用功能結束后，型鋼構件可回收再利用，提高資源利用率，符合可持續發展。

3）符合綠色施工的要求 型鋼組合內支撐體系循環經濟特征顯著，其使用的型鋼構件可在工廠標準化加工生產，運輸至現場后可實現裝配式施工。與傳統的鋼筋混凝土支撐相比，其采用的型鋼構件可循環使用，節省大量的模板、鋼筋、混凝土作業，施工現場濕作業少且無破除工序，大大降低噪音污染和揚塵污染，對環境影響小，綠色環保。

3 工藝流程與施工要點

3.1 工藝流程

SMW 工法樁施工→冠梁施工→牛腿土方開挖、型鋼立柱樁施工→牛腿及橫梁型鋼安裝→傳力件安裝→水平鋼支撐安裝→施加預應力。

3.2 施工要點

3.2.1 SMW工法樁施工

1）開挖溝槽、放置定位型鋼 根據基坑支護內邊控制線開挖溝槽，槽寬1.2m、挖深0.8m。垂直溝槽方向放置兩根長度2m 的型鋼（間距10m 布置），平行溝槽方向放置2 根長度12m 的型鋼（放置在2m 型鋼上），H 型鋼定位采用型鋼定位卡（放置于12m 的型鋼上）。

2）樁孔定位、樁機就位、鉆孔施工 樁機進場前，對其進行檢測，確保滿足使用要求。對施工場地進行整平，機身必須平正、穩固，并用全站儀對龍門立柱垂直定位觀測以確保鉆桿的垂直度，確保施工中不發生傾斜、移動。三軸拌樁樁位定位后再進行定位復核，三軸深攪樁樁位允許偏差≤50mm；樁身垂直度允許偏差≤1/200；樁底標高允許偏差[-50，100]mm；樁身直徑允許偏差[-10，10]mm。

3）攪拌樁施工 ①止水帷幕采用?850@600三軸水泥攪拌樁，樁心距1 200mm 套接一孔法施工（圖1），普通硅酸鹽水泥42.5 級，水泥摻量22%，水灰比1.5 左右。拌漿及注漿量以每鉆的加固土體方量換算，注漿壓力為1.5～2.5MPa，以漿液輸送能力控制，水灰比用比重計計量，每臺班抽查3 次；②三軸攪拌機鉆桿下沉速度控制在0.5～0.8m/min(粘性土)、0.8～1.0m/min(粉土、砂性土)，提升速度應控制在1.0～1.2m/min，施工過程中保持鉆桿勻速下沉與提升。

圖1 三軸深攪樁套接一孔法施工圖

4）H 型鋼制作與施工 ①SMW 工法型鋼規格HN700×300×13×24、材質Q235B，插一跳一布置（圖2）（根據設計需要也可采用全孔布置或組合式布置）、自重下沉，型鋼宜在攪拌樁施工結束后30min 內插入，型鋼插入前，其表面涂抹減摩劑，保證型鋼通過自重順利插入水泥土拌合物中；②H 型鋼制作要求：型鋼采用坡口焊接，焊縫質量等級不應低于二級；單根型鋼焊接接頭不宜超過2 個；接頭位置避免出現在受力較大處；相鄰型鋼的接頭位置宜相互錯開，錯開距離不小于1m；焊接接頭需做探傷試驗；③H 型鋼施工要求：型鋼垂直度允許偏差≤1/200；長度允許偏差[-10，10]mm；底標高允許偏差[-30，30]mm；型鋼平行基坑方向的平面位置允許偏差≤50mm、垂直基坑方向≤10mm。

圖2 H型鋼插法布置圖

3.2.2 冠梁施工

將原場地土方開挖至冠梁作業面，工法樁的H 型鋼整個截面錨入冠梁內，型鋼與冠梁之間應采用不易破損的硬質材料隔離（施工中可采用1mm 厚PE 薄膜），保證后續H 型鋼可從冠梁中順利拔出。型鋼位置兩側冠梁箍筋應加密，H 型鋼頂端高出冠梁頂部0.5m（便于后期回收型鋼時安裝起吊鉤）。

冠梁采用現澆鋼筋混凝土結構，沿H 型鋼一圈布置，截面尺寸1 200×700mm，混凝土強度等級C35，10cm 厚C15 素混凝土墊層。縱向受力鋼筋為直徑25mm 三級鋼，箍筋、拉筋為直徑10mm 三級鋼，間距150mm（圖3）。

圖3 冠梁施工圖

冠梁鋼筋綁扎結束后，將連接傳力件的預埋件焊接在冠梁鋼筋上（圖4、圖5），再澆筑冠梁混凝土，混凝土澆筑完成后應及時養護。

圖4 螺栓預埋件大樣圖

圖5 預埋件與冠梁鋼筋焊接圖

3.2.3 牛腿土方開挖、型鋼立柱樁施工

將基坑表層土開挖至型鋼牛腿施工作業面，同步可進行型鋼立柱樁施工，利用全站儀對立柱進行定位，機械手將型鋼立柱插入土層中，插入過程中使用全站儀對立柱垂直度進行控制（立柱樁的垂直度、嵌入深度需滿足設計要求）。

3.2.4 牛腿及橫梁型鋼安裝

如圖6、圖7 所示，牛腿型鋼位置與標高應根據設計圖紙確定，牛腿型鋼與工法樁的H 型鋼焊接連接，橫梁焊接在牛腿型鋼上，施工時橫梁表面平整度控制在±2mm，焊縫高度均為6mm。

圖6 牛腿、橫梁安裝圖

圖7 牛腿焊接大樣圖

立柱樁施工完成后，開始安裝托座件與型鋼橫梁，托座件、橫梁采用H300×300×10×15 型鋼。托座件通過高強螺栓安裝在型鋼立柱上，橫梁與托座件利用高強螺栓連接（圖8）。

圖8 立柱托座安裝圖

3.2.5 傳力件安裝

傳力件是設置在冠梁與型鋼內撐之間的連接件，是將后期冠梁所受到的基坑側壁壓力傳遞給型鋼內支撐的水平受力構件。其一側與冠梁通過螺栓預埋件連接，另一側與水平鋼支撐通過高強螺栓連接。

傳力件安裝前須進行軸線基準點定位，利用全站儀測設基坑相鄰兩個轉角內側的基點，通過該基點采用鉛垂線進行平面安裝定位。軸線偏差不得超過±20mm，確保施加預應力后外側圍護結構受力均勻（圖9、圖10）。

圖9 傳力件安裝平面圖

圖10 傳力件安裝立面圖

3.2.6 水平鋼支撐安裝

每道水平鋼支撐由多根型鋼（H400×400×13×21）構成，型鋼翼緣上密布螺栓孔，各構件通過高強螺栓連接成組合，整體性好、安全性能高。

安裝時嚴格控制鋼支撐的表面平直度，拼接支撐兩頭中心線的偏心度控制在±2mm。對撐就位時要采用人工配合吊機四點吊裝，吊點宜控制在離支撐端部0.2L 處，對撐兩端安裝就位后的標高差不大于20mm。型鋼支撐與傳力件的水平夾角須滿足設計要求，避免因偏心過大而造成失穩。

3.2.7 施加預應力

1）預應力施加流程 水平鋼支撐安裝完成→放置油壓千斤頂→分級施加預應力→縫隙處加塞鋼片、緊固松動螺栓→施壓達到設計值、支撐受力穩定→留保力盒、取千斤頂→監測，如圖11 所示，預應力裝置由油壓千斤頂、預應力保力盒、加載橫梁及墊片組成，在加載橫梁中間安裝油壓千斤頂，預應力分級施壓，加壓后保力盒與支撐梁結合處出現的縫隙中加塞鋼楔，預應力施加完畢后將所有松動的螺栓進行緊固，最后等到支撐受力穩定后取出千斤頂，并對型鋼支撐進行變形監測。

圖11 預應力施加示意圖

2）施壓時注意事項 ①型鋼支撐安裝完畢形成閉合受力體系后施加預應力，預應力施加前，應注意傳力件與冠梁、傳力件與型鋼支撐的連接狀態，檢查各構件連接位置的螺栓是否緊固；②預應力施加時，在型鋼支撐軸線兩側對稱放置千斤頂同步施壓，并保持千斤頂施壓點與型鋼組合內支撐軸線處于同一直線，確保型鋼支撐受壓平衡；③預應力加載過程中，若發生連接位置螺栓松動、型鋼焊接點開裂、型鋼支撐局部彎曲變形等情況時，必須立即泄壓。待異常部位處理完畢后，方可重新施壓；④若型鋼支撐加壓位置設置保力盒，則施壓結束后可取出千斤頂，若未設置保力盒，則施壓結束后應保留千斤頂并將其鎖定。

4 質量控制措施

4.1 工法樁施工質量控制

樁機進場前應提供產品合格證及檢測合格證，三軸深攪樁施工前應進行試樁，以確定水泥用量、水灰比、漿液泵送時間、鉆桿下沉及提升時間、樁長及垂直度控制方法，作為控制三軸深攪樁的施工標準。

三軸深攪樁施工時，樁與樁施工搭接時長≤24h。若搭接超時，搭接施工須放慢鉆桿攪拌速度以保證樁體搭接質量。若因超時過長導致無法搭接或搭接不良，應視作冷縫處理并做好記錄，經設計單位確認后，采取補樁或旋噴樁等技術措施，確保攪拌樁成型質量。

制備好的水泥漿使用時間不得超過2h，水泥漿擱置時間超過2h 的應作為廢漿處理，樁身施工過程中嚴禁斷漿。若因故斷漿，在恢復供漿前將鉆桿下沉至水泥土混合液面以下0.5m 后再注漿攪拌，確保樁身連續性。

4.2 型鋼組合支撐質量控制

型鋼進場時檢查外觀尺寸，要求無變形無裂紋，收集產品合格證，報監理驗收合格后方可使用。除注明外鋼材均為Q345B，E43 型焊條。支撐橫梁采用H300×300×10×15 型鋼，水平支撐采用H400×400×13×21 型鋼。

型鋼支撐安裝應按“立柱樁→支撐牛腿→頂托橫梁→型鋼支撐”的順序進行，并盡快形成閉合受力體系防止局部變形。

構件間采用10.9 級M24 高強螺栓連接，螺栓材料為20MnTiB。高強螺檢使用前應全數檢查，并組成連接副。高強螺栓分兩次進行緊固，嚴禁一次性緊固到位，初擰扭矩值為終擰的50%～70%。扭力值嚴格按照設計要求，不得超擰，防止扭力過大導致螺栓損壞。

5 結語

SMW 工法樁施工時，對周圍環境影響小、結構強度可靠；凡是適合應用水泥土攪拌樁的場合均可使用，特別適合于以粘土和粉細砂為主的松軟地層；防滲性能好，不必另設止水帷幕。工法樁在一定條件下可有效代替地下連續墻，而且SMW 中H 型鋼可回收利用，在費用上大大低于地下連續墻。型鋼組合支撐各構件采用工廠模塊化加工，現場裝配式施工。對比傳統的鋼筋混凝土支撐，具有施工簡單、專業性強、建設周期短、綠色環保等特點。

將SMW 工法樁與型鋼組合支撐組合成新型復合支護結構體系，通過對水平鋼支撐施加預應力，使得整體受力性能更好，在今后的深基坑施工中具有很大發展前景。