超深SMW工法樁在地鐵深基坑中的應(yīng)用及變形控制

文／徐萬春 中鐵四局集團(tuán)有限公司 安徽合肥 230023

引言：

隨著城市地鐵建設(shè)開通的線路的不斷增多，越來越多的線路向城市人口稠密、交通繁忙的區(qū)域挺進(jìn)，因此地鐵建設(shè)需面對更嚴(yán)格的安全施工、文明施工、綠色施工等要求。而SMW工法[1-3]工時噪聲小，土體擾動小,不會造成臨近地面沉降等特點(diǎn)，可廣泛用于黏土地層、砂土等地層中。

因此基于某地鐵深基坑段，采用SMW工法樁進(jìn)行施工應(yīng)用，并對各開挖階段中的實際變形與理論計算變形特征進(jìn)行對比。

1、工程實例

1.1 工程背景

蘇州S1號線花橋區(qū)間南側(cè)明挖段，位于沿滬大道東側(cè)綠地內(nèi)，其基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬度為11.42至15.91m，開挖深度約為14.1至15.1m，長度為204m，施工工藝采用SMW工法樁，其樁身規(guī)格為φ850@600，工法樁內(nèi)采用H700×300×13×24型鋼密插。該工法樁樁身30m，相比于常規(guī)工法，按深度分類屬于超深工法樁。

本工程中所涉深基坑共設(shè)置4道支撐，第一道為混凝土支撐，尺寸為800×900，水平間距9.0m；第二、三、四道為φ609×16mm鋼支撐+雙拼HN500×300鋼圍檁，橫向間距3.0m。

1.2 水文地質(zhì)情況

基坑內(nèi)土層分布如圖1所示：①1雜填土、②1粉質(zhì)黏土、②y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③1粘土、③2粉質(zhì)粘土、③3粉土夾粉砂。其中②y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土作為典型的軟土層，呈灰色，流塑，含水率42%，稍具層理，夾少量薄層狀粉土，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性低，無搖振反應(yīng)，壓縮性高，靈敏度高。工法樁底成樁范圍還有④2粉土夾粉砂，底部嵌入至⑤1粉質(zhì)黏土中。場地潛水主要賦存于①1、①3、②y層，水位埋深約1.0m；微承壓水主要賦存于第③3、③31、④2中，隔水頂板為③1、③2，隔水底板為⑤1。主要巖土物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 主要巖土物理力學(xué)參數(shù)表

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖

2、SMW工法樁施工過程控制

2.1 施工工藝控制

SMW工法樁采用P.O 42.5水泥，為保證超深樁體成樁效果，水泥摻量由20%提高至25%。成樁時鉆桿下沉速度0.8m/min，提升速度0.4m/min，采用“二噴二攪”、套接一孔施工工藝，型鋼密插，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各項施工參數(shù)。

（1）測量定位。根據(jù)基坑圍護(hù)邊線開挖溝槽（尺寸為1000(寬)×1200(深)mm）,為保證攪拌樁正常施工，同時清除地下障礙物。由于本工程開挖深度較深，考慮到L/200垂直度要求及后期圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量，需對圍護(hù)結(jié)構(gòu)外放10cm，沿長邊方向設(shè)置定位型鋼。

（2）成樁。泥漿配置采用自動稱量攪拌系統(tǒng)，使用前進(jìn)行校準(zhǔn)，保證泥漿比重。在樁底部分重復(fù)攪拌注漿，停留1分鐘左右；提升至設(shè)計標(biāo)高后，樁頭應(yīng)原位攪拌0.5分鐘，消除樁頂因水泥漿析出造成的凹穴。水泥漿配制好后，停滯時間不得超過2小時，搭接施工的相鄰攪拌樁施工間隔不得超過24小時。按照“二噴二攪”的工藝要求,保證注入的水泥漿液與土體攪拌均勻。

然后進(jìn)行型鋼的插入，型鋼定位卡必須牢固、水平，為保證型鋼吊放垂直度，型鋼使用前，在腹板上距其頂端30cm 處開一個中心圓形吊裝孔，孔徑約8cm，型鋼起吊后用全站器校核垂直度及插入偏差，垂直度不大于L/400,插入后誤差不得大于50mm，且宜插在遠(yuǎn)離基坑一側(cè)；最后，進(jìn)行型鋼拔除工作，結(jié)構(gòu)施工完成并完成頂板回填后，采用專用起拔設(shè)備以冠梁提供反力，25t汽車吊配合進(jìn)行型鋼的拔除工作，拔除過程中應(yīng)沿已有焊縫進(jìn)行分割，保證吊裝安全。拔除型鋼后，用6%～10%的水泥漿填充型鋼拔除后的空隙。

2.2 深基坑開挖控制

基坑開挖前二十天采用降水井對基坑進(jìn)行預(yù)降水、疏干。待圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，材料設(shè)備檢測合格并完成相應(yīng)條件驗收后可按照方案進(jìn)行深基坑開挖施工，具體如下：

（1）基坑開挖主要控制措施

①基坑開挖分層、分段、分單元實施，基坑分段以設(shè)計分段為準(zhǔn)，每段開挖完成后立即澆筑素砼墊層并加快底板施工。分層開挖深度宜以上道支撐底至下層支撐底部以下50cm，開挖以6m～8m寬（2根支撐）為一個小單元。每一小單元應(yīng)在16h內(nèi)開挖完成，并在8小時內(nèi)完成支撐架設(shè)。土方開挖與支撐施工相互交替進(jìn)行，遵循“隨挖隨撐，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。

②分層開挖掏槽過程中，中部槽寬應(yīng)以挖機(jī)正常作業(yè)為宜（6m～8m），基坑兩側(cè)應(yīng)預(yù)留土堤護(hù)壁寬度不得少于3m，盡量減少因開挖卸載而引起的基坑變形。開挖過程中機(jī)械距離基坑邊緣距離不得小于1m，樁體后超載≤20kPa，所有機(jī)械設(shè)備在不作業(yè)時均須遠(yuǎn)離基坑。工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式在開挖過程中應(yīng)做到樁體基面平整，便于后續(xù)支撐架設(shè)及防水施工。

③開挖過程中，密切關(guān)注監(jiān)測及滲漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏需及時封堵。嚴(yán)防小漏變大漏。其控制措施主要為，對滲漏水較小且主要為清水的滲漏點(diǎn)，可直接設(shè)置引流管。對于大的滲漏部位，可先在基坑內(nèi)采用沙袋錯層反壓，平衡坑外土體壓力，然后在坑外采用后退式注漿機(jī)進(jìn)行雙液漿（水泥漿+水玻璃）封堵，雙液漿出口處漿液固結(jié)速度宜控制在30s～40s。

為減少注漿壓力過大導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，注漿范圍宜為滲漏點(diǎn)以下3m至滲漏點(diǎn)以上2m，滲漏點(diǎn)下部注漿壓力控制0.5～1.0MPa，滲漏點(diǎn)上部可減小至0.4MPa，注漿過程中需對滲漏水位置觀察，待漿液流出后可緩慢上提鉆桿，提速可控制在20cm/min左右，待提升至滲漏點(diǎn)以上時注漿過程中若出現(xiàn)壓力突變，需及時停注并查明原因。

④土方開挖過程中確保基坑內(nèi)降排水系統(tǒng)正常，避免開挖面或基底被水浸泡擾動。

按照國務(wù)院和國家稅務(wù)總局的工作部署，廣西梧州市龍圩區(qū)稅務(wù)局積極推進(jìn)“放管服”改革，全面貫徹落實“放管服”改革各項工作。

（2）支撐系統(tǒng)控制措施

鋼支撐系統(tǒng)架設(shè)的時效性和架設(shè)質(zhì)量是基坑變形控制的重中之重，鋼支撐架設(shè)主要注意以下幾點(diǎn)：

①做好進(jìn)場材料驗收和檢測，外觀尺寸、規(guī)格型號及材料性能符合設(shè)計要求，并做好加壓設(shè)備的標(biāo)定。加快工序轉(zhuǎn)換與銜接，確保8小時之內(nèi)完成架設(shè)及施壓工作。

②鋼圍檁后填充應(yīng)做到密實有效，宜采用早強(qiáng)細(xì)石混凝土，鋼支撐軸力施加前達(dá)到初凝效果，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體受力。支撐活絡(luò)端上下、左右錯開布置，活絡(luò)頭鋼楔不小于40cm，采用數(shù)控機(jī)床切割保證精度，減少敲緊后的形變和軸力損失，施加軸力后活絡(luò)頭伸出長度部不大于15cm。

③預(yù)加軸力按照設(shè)計軸力的120%施加，共分5個階段，分別為預(yù)加軸力的40%、60%、80%、100%、120%。軸力計兩端應(yīng)設(shè)置不小于400×400×50mm鋼板，避免加壓后鋼支撐固定端及圍檁受力變形，出現(xiàn)無法有效加壓的情況，一旦發(fā)生鋼支撐端部變形，應(yīng)對固定端節(jié)段進(jìn)行更換。

3、數(shù)據(jù)對比

結(jié)合本站地質(zhì)情況及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，按照本站點(diǎn)工法樁部位圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大開挖處工況進(jìn)行模擬，根據(jù)啟明星FRWS V9.0計算結(jié)果可知：

（1）如圖2所示，在基坑開挖至坑底，底板未澆筑前，為正彎矩最大工況，單根工法樁承受最大彎矩445.9knm。理論最大水平位移為15.5mm，深度為14m。

圖2 開挖至基坑底（15.1m）

（2）如圖3可知，底板澆筑后，拆除最下道支撐，為負(fù)彎矩和工法樁水平位移最大工況。單根工法樁承受最大彎矩379.4knm。理論最大水平位移15.8mm，深度為13m。

圖3 拆除最下道鋼支撐

為驗證計算結(jié)果，對開挖各階段及支撐架設(shè)工作進(jìn)行了系統(tǒng)性的策劃，并按照方案要求對基坑進(jìn)行各項監(jiān)測工作，本文主要對基坑開挖及鋼支撐架設(shè)各階段實際樁體水平位移變化與理論值進(jìn)行對比，通過分析，判斷出施工過程中的不足和后期改正措施，實際開挖監(jiān)測情況如下所示：

（1）開挖至第一道鋼支撐底部。第一道支撐底部距地面約為4.2m，按照方案第一層土開挖至支撐底部50cm，即開挖面深度約4.7m，在未架設(shè)支撐時累計最大樁體水平位移量為+3.92mm，深度為6m。

（2）開挖至第二道鋼支撐底部。第二道支撐底部距地面約為7.2m，即開挖面深度為7.7m，在完成第一道支撐架設(shè)，第二道支撐未架設(shè)時的最大樁體水平位移量為+3.5mm，深度為8.5m。

（3）開挖至第三道支撐底部。第三道支撐底部距地面約為12.2m，即開挖面深度為12.7m，在完成第二道支撐架設(shè)，第三道支撐未架設(shè)時的最大樁體水平位移量為+12.48mm，深度為14.5m。

（4）開挖至基底。設(shè)計至基底開挖面深度為15.1m，在完成第三道支撐架設(shè)，最大樁體水平位移量為+15.11mm，深度為13m。

（5）底板施工完成拆除第三層鋼支撐。底板混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度并拆除第三道鋼支撐，監(jiān)測最大樁體水平位移量為+14.1mm，深度為12.5m。

圖5 開挖各階段樁體水平位移圖

通過上述實測數(shù)據(jù)及圖4-5，并結(jié)合理論計算數(shù)據(jù)，在開挖各個階段實際樁體水平位移值與開挖至基底的內(nèi)力包絡(luò)圖中位移變化基本相符。

圖4 變形內(nèi)力包絡(luò)圖

在最后一層土方開挖完成后，實際累計變化數(shù)據(jù)最大值為+15.11mm，深度位于13m位置與理論計算稍有偏差，經(jīng)分析主要是施工過程中為滿足最后一層機(jī)械施工高度，與設(shè)計院核定后將支撐中心標(biāo)高上抬70cm所致。在拆除第三道支撐后，累計水平位移變化值為+14.1mm與理論值+15.8mm相比稍小，基本符合計算結(jié)果。表明基坑開挖各工序銜接良好，同時反映超深工法樁在地鐵深基坑中有較好、較安全的應(yīng)用。

結(jié)語：

（1）在開挖過程中通過對開挖深度、開挖長度、降水、及支撐系統(tǒng)等施工各方面的協(xié)調(diào)控制，將現(xiàn)場監(jiān)測所采集的最大變形量與理論計算值所對比，發(fā)現(xiàn)基坑各項監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論值吻合度較好，未出現(xiàn)預(yù)警情況。

（2）通過結(jié)合SMW工法樁具備工期短、擾動小、造價低、止水性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且在對超深SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工全過程的質(zhì)量控制過程來看，超深工法樁在類似地鐵工程能中有廣闊的應(yīng)用前景。