SMW 工法樁在王家擺特大橋深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用及監(jiān)理控制

王小軍

（重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

近年來(lái)我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，對(duì)基坑圍護(hù)安全等級(jí)以及基坑支護(hù)的強(qiáng)度、剛度要求也越來(lái)越嚴(yán)格。傳統(tǒng)鋼筋混凝土圍護(hù)支撐施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，易造成資源浪費(fèi)，不符合綠色節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展理念，而SMW 工法樁具有對(duì)鄰近土體擾動(dòng)小、整體穩(wěn)定性好、止水抗?jié)B效果好（無(wú)需單設(shè)止水帷幕）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、型鋼構(gòu)件可回收利用以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可減少勞動(dòng)力、降低投資、縮短工期。SMW 工法樁主要適用于以黏土和粉細(xì)砂為主的松軟地層，在基坑位于此幾類土層時(shí)，結(jié)合比選情況建議優(yōu)先選用SMW 工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

王家擺特大橋?yàn)橄愫涌h安石路（運(yùn)河大道-冀京界段）建設(shè)工程上跨北運(yùn)河的一座景觀橋，為抱翅型梁拱組合橋，橋梁全長(zhǎng)1060.1m，其中主橋長(zhǎng)256m（35+164.5+56.5），引橋長(zhǎng)804.1m。主橋上部結(jié)構(gòu)為南北兩幅分離式鋼箱梁，梁高為2.5m，下部結(jié)構(gòu)20 軸設(shè)有3 個(gè)異形實(shí)體墩接承臺(tái)及直徑2.5m 鉆孔灌注樁群樁，20 軸承臺(tái)尺寸長(zhǎng)×寬×高為29×16.5×3.85m，承臺(tái)頂標(biāo)高為4.596m，承臺(tái)底標(biāo)高為0.746m。該基坑位于河中，采用圍堰施工，圍堰作業(yè)平臺(tái)填筑高程13.0～13.2m，基坑開(kāi)挖深度約為12.5m。

新建王家擺特大橋橋址所處現(xiàn)狀主河槽寬度約140 m，河槽兩側(cè)主要為河道灘地或者林地，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1 所示。

圖1 新建橋梁位置河道實(shí)景圖

施工場(chǎng)區(qū)位于河北省香河縣老夏安線公路北側(cè),橋位場(chǎng)地地勢(shì)略為平坦，地貌單一。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、原位測(cè)試與室內(nèi)土工試驗(yàn)成果的綜合分析，該基坑SMW 工法樁深度范圍地層分布含素填土（0.336m）、雜填土（1.2m）、新近沉積粉細(xì)砂（2.5m）、細(xì)砂（9.2m）、細(xì)中砂（8.9m）以及粉質(zhì)黏土（2.1m）。在勘察期間20.0m深度范圍內(nèi)觀測(cè)到一層地下水，為潛水類型，埋深5.0～7.5m，標(biāo)高5.41～8.21m，主要賦存于粉砂、細(xì)砂、細(xì)中砂及粉土層中，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布。

基坑平面尺寸如圖2 所示。

圖2 20軸基坑現(xiàn)場(chǎng)施工平面圖（mm）

圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)空尺寸長(zhǎng)×寬為32×19.5m，SMW 工法樁采用700×300×24×13mm H 型鋼，長(zhǎng)24m。

2 SMW 工法樁施工工藝及技術(shù)控制

2.1 工藝原理

SMW 工法樁施工主要使用三軸攪拌機(jī)，根據(jù)不同地質(zhì)類別可分別選用適合于黏性土、砂礫土和基巖的鉆桿。鉆頭進(jìn)入設(shè)計(jì)深度后，通過(guò)鉆頭空心噴出水泥漿液與土體內(nèi)地基土反復(fù)混合攪拌，在水泥土混合體中插入H 型鋼作為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料，水泥土混合體固化后兩者共同受力，形成一道強(qiáng)度高、剛性大、無(wú)接縫的地下連續(xù)完整墻體，作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)兼具止水帷幕的作用。在SMW 工法樁頂端位置澆筑鋼筋混凝土冠梁，呈剛性連接，提高整體支撐體系的受力性能及安全系數(shù)。

2.2 工藝流程

SMW 工法樁施工包含多個(gè)步驟，具體流程圖如圖3 所示。

圖3 SMW工法樁施工流程圖

2.3 工藝技術(shù)及控制要點(diǎn)

（1）開(kāi)工前完成圖紙審核及工程量復(fù)核，完成基坑專項(xiàng)方案的編制及報(bào)審，完成地質(zhì)、水文、氣象等相關(guān)資料調(diào)查及整理，并編制完成作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)施工管理人員及作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底及安全培訓(xùn)。

（2）復(fù)核平面控制點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置測(cè)量控制加密網(wǎng)，并報(bào)審。

（3）先測(cè)量放線出水泥土攪拌樁圍護(hù)中心線，根據(jù)放線位置開(kāi)挖工作溝槽，槽寬1.2m，深 度0.6～1.0m，如 圖4 所示。在溝槽兩側(cè)設(shè)置定位輔助樁，便于隨時(shí)檢查溝槽中線。

圖4 溝槽開(kāi)挖示意圖

（4）制備泥漿：水泥土攪拌樁采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為25%，水灰比0.8～1.5；在水泥漿液中摻入0.8%高效減水劑，提高流動(dòng)性，防止注漿過(guò)程中水泥漿液堵塞；摻入3%的膨潤(rùn)土，利用其較高的粘聚性和保水性，提高水泥土的強(qiáng)度，避免墻體開(kāi)裂，提高SMW 墻的抗?jié)B性能［1］。

（5）試成樁：為確定實(shí)際成樁步驟、水泥漿液的水灰比，檢校壓漿泵工作流量等，首先應(yīng)進(jìn)行工藝試成樁，試成樁至少三套，項(xiàng)目采用JB160A 全液壓步履式打樁機(jī)設(shè)備（圖5），該機(jī)最大鉆孔深度為32.5m,采用三軸并列式同步鉆桿，壓漿泵氣壓表壓力宜控制在2.0～3.5MPa。

圖5 JB160A全液壓步履式打樁機(jī)

（6）水泥土攪拌樁施工：待試成樁完成并取得相關(guān)參數(shù)后，正式噴漿攪拌施工。水泥土攪拌樁施工時(shí)平面尺寸每邊加大10cm，防止攪拌樁向內(nèi)傾斜，造成圍護(hù)墻厚度不足，影響結(jié)構(gòu)安全。攪拌樁樁位允許偏差≤50mm，樁身垂直度允許偏差≤1/200，樁底標(biāo)高允許偏差[-50，100]mm，樁身直徑允許偏差[-10，10]mm[1]。在兩側(cè)定位架上做標(biāo)記，確保攪拌樁定位準(zhǔn)確。

攪拌方式有跳槽式全套復(fù)攪式連接（常規(guī)采用）和單排咬合式連接（在圍護(hù)墻轉(zhuǎn)角處或有施工間斷情況下采用）兩種[2]，如圖6、圖7 所示。

為保證墻體的連續(xù)性、搭接接頭的施工質(zhì)量及樁體的垂直度，采取重復(fù)套鉆的方式實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到止水作用，如圖6、圖7 陰影部分所示。

圖6 跳槽式全套復(fù)攪式連接

圖7 單排咬合式連接

攪拌機(jī)注入水泥漿液時(shí)，須嚴(yán)格控制下沉和提升速度，下沉速度不宜大于1m/min，提升速度不宜大于2m/min。注漿壓力宜控制在0.3～0.8MPa。在樁底持續(xù)攪拌注漿，時(shí)間不宜少于20s，做好成樁原始記錄。攪拌機(jī)攪拌頭轉(zhuǎn)速正常和冷卻水循環(huán)正常后，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)順導(dǎo)向架切土下沉。攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，上提攪拌頭20～30cm，開(kāi)啟泥漿泵，將水泥漿從攪拌機(jī)中心管不斷壓入地基中，待漿液到達(dá)噴漿口時(shí)，進(jìn)行噴漿并勻速提升攪拌機(jī)，至設(shè)計(jì)樁頂50cm 以上時(shí)關(guān)閉泥漿泵，此時(shí)完成首次注漿提升攪拌。攪拌機(jī)提升至預(yù)定標(biāo)高后，料斗中的水泥漿全部排空。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，再次將攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)沉入土中，至設(shè)計(jì)深度，再將攪拌機(jī)提升出地面，并同時(shí)向地層中連續(xù)壓入水泥漿[3]。如遇較硬地層下沉速度過(guò)慢時(shí)，從中心管壓入少量稀漿使土體濕潤(rùn)，使之快速下沉，如圖8 所示。

圖8 水泥樁成樁順序圖

（7）在垂直溝槽方向、平行溝槽方向正上方分別放置兩根定位型鋼，規(guī)格為200×200×8×12mm（長(zhǎng)約3.0m）、300×300×10×15mm（長(zhǎng)約10～20m），呈井字型，如圖9 所示。在溝槽定位型鋼兩側(cè)設(shè)置定位輔助線，標(biāo)出攪拌樁位置和H 型鋼位置。

圖9 定位型鋼示意圖

（8）H 型鋼焊接及減摩劑涂刷：型鋼焊接可采用電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊口打設(shè)坡口，焊縫等級(jí)為Ⅱ級(jí)，焊縫表面不得有氣孔、夾渣、弧坑、裂紋及電弧燒傷等缺陷，焊縫須采用超聲波探傷檢測(cè)。在對(duì)稱軸兩側(cè)對(duì)稱焊接，防止焊縫開(kāi)裂。每根型鋼的接頭須少于2 個(gè)，相鄰兩型鋼接頭須錯(cuò)開(kāi)，且間距大于1m，型鋼不得有彎曲、斷裂等質(zhì)量缺陷。清除型鋼污垢及鐵銹后，在其表面均勻涂刷兩遍減摩劑，澆筑冠梁混凝土?xí)r，需用發(fā)泡紙包裹位于冠梁部分的型鋼，包裹厚度大于2cm，用于隔離混凝土（圖10），便于拔出型鋼。

圖10 發(fā)泡紙包裹型鋼

（9）插入H 型鋼：水泥土攪拌樁施工完畢后約30min 即可插入型鋼，在定位型鋼上安放定位卡，定位卡使用4 根100×10×6×8mm 型鋼焊接制作而成，呈720×310mm 長(zhǎng)方形卡孔，恰好能插入H 型鋼（700×300×24×13mm），具體位置及形狀如圖11 所示。

圖11 定位卡示意圖

選用50t 履帶吊車起吊型鋼，放入定位卡中，在相互垂直的兩個(gè)方向用全站儀校核垂直度，確保型鋼腹板與圍護(hù)中心線垂直（轉(zhuǎn)角處的H 型鋼插入角度與圍護(hù)中心線成45°），型鋼依靠自重下沉。要求型鋼垂直度允許偏差≤1/200，長(zhǎng)度允許偏差[-10，10]mm，底標(biāo)高允許偏差[-30，30]mm，型鋼平行和垂直溝槽方向的平面位置允許偏差分別為≤50mm和≤10mm[4]。具體流程和效果見(jiàn)圖12、圖13。

圖12 插入H型鋼流程示意圖

圖13 插入H型鋼實(shí)景圖

H 型鋼插入至設(shè)計(jì)深度后，脫離吊鉤，利用φ8 鋼筋做成的吊筋將其固定在溝槽上方鋪設(shè)的定位型鋼上，待孔內(nèi)的水泥土凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后，撤除吊筋及溝槽定位卡，循環(huán)施工。

（10）H 型鋼拔出：H 型鋼施工完成后施作冠梁，基坑開(kāi)挖，澆筑承臺(tái)混凝土，基坑回填后拔出H 型鋼。如圖14所示，H 型鋼拔出的具體工藝為：采用160t 吊車、200t 千斤頂及專用夾具相互配合，將兩個(gè)千斤頂平穩(wěn)放置在冠梁上，下設(shè)50×50×3cm 鋼板作為基墊，用160t 吊車吊住需拔出的型鋼，千斤頂逐步頂升將型鋼拔出。

圖14 H型鋼拔出示意圖

3 SMW 工法樁施工監(jiān)理質(zhì)量控制

3.1 事前控制

3.1.1 審查施工專項(xiàng)方案

根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》[5]的規(guī)定，本次20 軸基坑開(kāi)挖深度為12.5m，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危大工程，基坑專項(xiàng)施工方案須經(jīng)總監(jiān)理工程師審批，并組織專家論證，按照專家意見(jiàn)修改完善后，報(bào)建設(shè)單位項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簽字備案。專項(xiàng)方案實(shí)施前，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人須向現(xiàn)場(chǎng)管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.1.2 審核機(jī)械設(shè)備

水泥土攪拌機(jī)安裝后，水泥計(jì)量裝置及壓力表應(yīng)經(jīng)有關(guān)單位標(biāo)定合格，并將SMW 樁機(jī)成套設(shè)備的使用說(shuō)明書、特種機(jī)械檢定合格證及操作人員資格證報(bào)監(jiān)理審查，符合要求后方可使用。經(jīng)審核，機(jī)械設(shè)備及人員符合相關(guān)要求。

3.1.3 控制原材料質(zhì)量

嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定對(duì)使用的水泥、鋼筋及H 型鋼等原材料進(jìn)行見(jiàn)證取樣檢測(cè)，不合格材料禁止使用。經(jīng)審查及見(jiàn)證取樣，水泥、鋼筋等原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)保書及抽樣檢測(cè)質(zhì)量合格。

3.1.4 復(fù)核測(cè)量定位

根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)位、施工單位復(fù)測(cè)的測(cè)量成果報(bào)告、基坑平面圖，在施工單位測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)量誤差應(yīng)控制在規(guī)范允許范圍。

3.1.5 工藝試驗(yàn)

對(duì)工藝性試樁試驗(yàn)進(jìn)行旁站，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，確定成樁步驟、復(fù)核水泥漿液的水灰比、記錄注漿泵工作流量等，確保正式攪樁質(zhì)量合格。工藝試驗(yàn)確定的水泥漿液的水灰比為1.0，水泥摻量為310kg/m3。

3.2 事中控制

3.2.1 檢查鉆機(jī)就位及導(dǎo)槽開(kāi)挖情況

確認(rèn)施工區(qū)域內(nèi)地下管線及障礙物排查、清理情況，檢查場(chǎng)地平整及壓實(shí)情況，確保鉆機(jī)平穩(wěn)，行走順暢，保證鉆機(jī)鉆桿垂直。檢查開(kāi)挖導(dǎo)槽的平面位置、深度及寬度。本基坑實(shí)際導(dǎo)槽開(kāi)挖深度為70cm，寬度為120cm。

3.2.2 H 型鋼加工質(zhì)量檢查

重點(diǎn)檢查H 型鋼規(guī)格及外觀，不得有明顯變形、損壞、裂口等質(zhì)量缺陷。檢查焊縫飽滿度及尺寸是否合格，是否夾渣，焊縫須經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)。檢查H 型鋼表面的污垢、鐵銹是否清除干凈，減摩劑是否涂刷均勻。經(jīng)檢查，型鋼外觀完好、無(wú)銹蝕，接頭焊縫連續(xù)飽滿、未夾渣，超聲檢查合格，減摩劑涂刷均勻。

3.2.3 H 型鋼成樁檢查

采用全站儀復(fù)核型鋼平面位置及高程，該基坑實(shí)際完成174根SMW 工法樁施工，每根長(zhǎng)24m，實(shí)測(cè)型鋼平面位置平均偏差為13mm，高程平均偏差8mm，滿足施工要求。

3.3 事后控制

檢查水泥土攪拌樁試件強(qiáng)度，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，基坑開(kāi)挖后檢查坑壁有無(wú)滲漏水、墻體開(kāi)裂等情況，做好記錄，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。經(jīng)過(guò)對(duì)各項(xiàng)施工工序進(jìn)行嚴(yán)格的事前、事中質(zhì)量控制，SMW工法樁成樁效果理想。在基坑開(kāi)挖后，可見(jiàn)墻體連續(xù)完整，無(wú)開(kāi)裂及滲漏水現(xiàn)象，可達(dá)到預(yù)期控制效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)介紹了SMW 工法樁的施工應(yīng)用及監(jiān)理控制內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)水泥土攪拌樁成樁、型鋼定位插拔工藝及監(jiān)理控制要點(diǎn)進(jìn)行了論述。工程應(yīng)用表明：SMW 工法樁具有止水抗?jié)B效果好、施工簡(jiǎn)便、工期短、型鋼構(gòu)件可回收利用以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，值得推廣。