SMW 工法樁在寧波北環(huán)快速路基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

李紅麗， 周筱留

(1．波德威工程造價投資咨詢有限公司，浙江 寧波 315000;2．蕪湖正泰監(jiān)理寧波分公司，浙江 寧波 315000)

1 工程概況

寧波市北環(huán)快速路工程金山路西側(cè)到江北大道段，既有高架快速路也有軌道交通高架橋，是浙江省第一個、國內(nèi)第三個高架道路與城市軌道交通相結(jié)合的高架結(jié)構(gòu)工程，軌道交通工程在江北大道由地上轉(zhuǎn)入地下，與高架道路分離。地上轉(zhuǎn)入地下段采用明挖施工，基坑全長552．056 m，其中敞開段303．377 m，暗埋段218．679 m;基坑寬度10．1 ～18．7 m，基坑深14．4 ～0．85 m?；由疃菻 ＞11 m 時，采用鉆孔灌注樁+止水帷幕支護(hù)，共長89 m;7 m ＜H ＜11 m 時采用Φ850@600 mmSMW 工法樁支護(hù)，共173.6 m;2．6 m ＜H ＜7 m 時采用 Φ650@400 mmSMW 工法樁支護(hù)，共116 m，其余放坡開挖。

整個深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中SMW 工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)長度大，工法樁作為一種較新型的施工工藝在寧波軟土地基條件下應(yīng)用并不多，對該工藝進(jìn)行全面的研究。

2 工程地質(zhì)

寧波是典型的軟土地基，工程基坑最大開挖深度為14．3 m，開挖深度范圍內(nèi)的土層主要有填土、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及零星分布的灰黃～灰色粘土、粉質(zhì)粘土夾粉砂，基坑支護(hù)范圍內(nèi)土層為粉質(zhì)粘土。

3 SMW 工法樁施工工藝

施工準(zhǔn)備→開挖導(dǎo)溝→設(shè)置機架移動導(dǎo)軌→SMW 樁架定位、漿液制作→攪拌提升噴漿→型鋼進(jìn)場焊接、涂減摩劑、插入型鋼→結(jié)構(gòu)施工、回填→型鋼拔起回收→注漿填充。

3．1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備是整個工程施工中十分重要的一環(huán)，施工準(zhǔn)備是否充分往往決定了整個工程進(jìn)展是否順利。施工準(zhǔn)備工作主要包括現(xiàn)場調(diào)查、方案編制、材料報驗、設(shè)備報驗、定位復(fù)測、攪拌樁編號、水泥用量計量、鉆桿長度復(fù)測與標(biāo)識等。

圖1 施工順序

(1)SMW 工法樁施工順序。為保證墻體的連續(xù)性和接頭的施工質(zhì)量，我們采用套接一孔的單側(cè)擠壓施工方案，施工順序圖1 所示，其中陰影部分為重復(fù)套鉆。水泥攪拌樁的搭接以及施工樁體的垂直度補正是依靠重復(fù)套鉆來保證，同時達(dá)到止水的作用。施工設(shè)備采用三軸水泥攪拌機，每個單元三孔，其中一孔套接前一單元后一孔。

(2)水泥用量的確定。計算單幅水泥用量時，對于首開幅，單幅樁的被攪拌土體體積應(yīng)為3 個圓形截面面積與深度的乘積;采用套接一孔法連續(xù)施工時，后續(xù)單幅樁的被攪拌土體體積應(yīng)為2 個圓形截面面積與深度的乘積，圓形相互搭接的部分應(yīng)重復(fù)計算，被攪拌土體的質(zhì)量按照1 800 kg/m3計算。按設(shè)計要求，本工程水泥摻量為20%，事實上，套接孔水泥用量高于20%，而中孔水泥含量則低于20%。

(3)場地平整。設(shè)備進(jìn)場前對施工場地進(jìn)行平整，清除表層硬物，素土需夯實，滿足履帶吊車及履帶式樁架行走。

(4)測量放樣。根據(jù)坐標(biāo)基準(zhǔn)點，按方案放出樁位，并設(shè)臨時控制樁，樁位需復(fù)核合格。

3．2 開挖導(dǎo)溝

導(dǎo)溝一方面是提供施工導(dǎo)向，另一方面是臨時儲存多余漿液、上翻余土，滿足文明施工需要。導(dǎo)溝沿圍護(hù)中心線平行方向開掘，溝槽寬度根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)寬度確定，槽寬約1．2 m，深度約1．5 m。

3．3 樁機就位

(1)樁機平面位置控制。操作人員根據(jù)確定的位置嚴(yán)格控制鉆機樁架的移動，確保鉆孔軸心就位準(zhǔn)確。挖溝槽前劃定三軸機動力頭中心線到機前定位線的距離，并在線上做好第一幅三軸機施工加固的定位標(biāo)記。

(2)垂直度控制。在樁架上焊接一半徑為5 cm 的鐵圈，主鉆桿10 m 高處懸掛一鉛錘，利用經(jīng)緯儀校直鉆桿垂直度，使鉛錘線正好通過鐵圈中心。每次施工前適當(dāng)調(diào)節(jié)鉆桿，使鉛錘位于鐵圈內(nèi)，即把鉆桿垂直度誤差控制在3‰以內(nèi)。

(3)樁長控制標(biāo)記。施工前在鉆桿上做好標(biāo)記，控制攪拌樁樁長不小于設(shè)計樁長，當(dāng)樁長變化時擦去舊標(biāo)記，做好新標(biāo)記。

3．4 三軸水泥攪拌樁成樁

(1)攪拌樁施工采用“二次噴漿，二次攪拌”工藝。成樁程序如圖2 所示。

(2)水泥采用42．5 級普硅水泥，水泥漿液的水灰比1．5，水泥摻入比20%。在施工中應(yīng)加強對水泥用量和水灰比的控制，確保泵送壓力在1．5 ～2．5 MPa。

(3)根據(jù)鉆頭下沉和提升的速度，注入土體攪拌均勻的水泥漿液，確保水泥土攪拌樁在初凝前達(dá)到充分?jǐn)嚢瑁嗯c被加固土體充分拌和，以確保攪拌樁的加固質(zhì)量。

(4)在施工中根據(jù)地層條件，嚴(yán)格控制攪拌鉆機下沉速度和提升速度，在下沉和提升過程中均應(yīng)注入水泥漿液，確保攪拌時間，每根樁均應(yīng)勻速下鉆、勻速提升。

圖2 攪拌樁成樁程序圖

(5)經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場實測壓漿泵的流量、泥漿比重、漿液配合比與理論數(shù)據(jù)相比較，使理論數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)相吻合，確保樁體的成樁質(zhì)量。

3．5 H 型鋼插入

(1)型鋼進(jìn)場及焊接驗收。型鋼進(jìn)場后需對型鋼規(guī)格、尺寸、焊接質(zhì)量進(jìn)行驗收，合格后方允許進(jìn)行下道工序施工。

(2)減摩劑涂抹。H 型鋼的減摩是H 型鋼插入、頂拔順利進(jìn)行的關(guān)鍵工序。減摩劑要嚴(yán)格按試驗配合比及操作方法并結(jié)合環(huán)境溫度制備，將減摩劑均勻涂抹到型鋼表面2 遍以上，厚度控制在3 mm 左右，型鋼表面不能有油污、老銹或塊狀銹斑。涂完減摩劑的型鋼在吊運過程中應(yīng)避免變形過大和碰撞受損。若插入樁體前發(fā)現(xiàn)上述情況，應(yīng)及時補涂。

(3)型鋼插入。①型鋼插入流程如圖3 所示。②型鋼水泥土攪拌墻中型鋼采用密插或隔一插一。③在插入型鋼前，安裝由型鋼組合而成的導(dǎo)向軌。每攪拌1 ～2 根樁，便及時將型鋼插入，停止攪拌至插樁時間控制在30 min 內(nèi)，不能超過1 h。④在導(dǎo)槽上設(shè)置H 型鋼定位卡固定插入型鋼的平面位置。型鋼采用汽車吊起吊，型鋼成豎直方向后，型鋼定位卡牢固、水平，將H 型鋼底部中心對準(zhǔn)樁位中心沿定位卡靠自重垂直緩緩插入水泥攪拌樁內(nèi)，用經(jīng)緯儀或線錘控制型鋼插入垂直度。⑤型鋼插放達(dá)不到設(shè)計標(biāo)高時，采取緩慢提升型鋼到適當(dāng)高度，然后重復(fù)下插。

(4)H 型鋼起拔回收。結(jié)構(gòu)混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求后可拔除型鋼;起拔系統(tǒng)主要是兩臺油壓千斤頂，兩臺最大起拔力為400 t，加夾具自重約3 t。插入水泥土中H 型鋼規(guī)格為H700 mm×300 mm，理論估算起拔力約為11 t/m。H 型鋼拔出后，水泥土中的空隙采用水灰比1∶ 1 的水泥漿注漿。

圖3 H 型鋼插入流程

3．6 質(zhì)量控制要點

(1)孔位放樣誤差小于50 mm。

(2)嚴(yán)格控制按設(shè)計要求配置漿液，控制水灰比和攪拌時間，注漿時控制注漿壓力和速度。嚴(yán)禁使用過期水泥、受潮水泥，對每批水泥進(jìn)行復(fù)試合格后方可使用。

(3)鉆孔深度誤差小于±5 cm，利用鉆桿和樁架相對定位原理，在鉆桿上劃出控制鉆孔深度的標(biāo)尺線，控制鉆孔深度的達(dá)標(biāo)。

(4)開鉆前用樁架垂直度指示儀調(diào)整樁架垂直度，并用經(jīng)緯儀進(jìn)行校核。

(5)嚴(yán)格控制鉆管下鉆、提升的速度(下沉速度為不大于1 m/min，提升為不大于2．0 m/min)。

(6)確保樁身強度和均勻性要求①施工中應(yīng)嚴(yán)格控制每攪拌桶的水泥用量及液面高度，用水量采取總量控制，并用比重儀隨時檢查水泥漿的比重。②土體應(yīng)充分?jǐn)嚢?，?yán)格控制鉆孔下沉、提升速度，使原狀土充分破碎有利于水泥漿與土均勻拌和。③壓漿階段輸漿管道不能堵塞，不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，后臺供漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，全樁須注漿均勻，不得發(fā)生土漿夾心層。④發(fā)現(xiàn)管道堵塞，應(yīng)立即停泵處理。待處理結(jié)束后立即把攪拌鉆具上提和下沉0．5 m 后繼續(xù)注漿和恢復(fù)攪拌，以防斷樁發(fā)生。

(7)施工冷縫處理施工過程中一旦出現(xiàn)冷縫則采取在冷縫處圍護(hù)樁外側(cè)補攪拌樁方案，為保證補樁效果，補樁與圍護(hù)樁搭接厚度約20 cm。如圖4 所示。

3．7 SMW 工法樁效果

SMW 工法樁的質(zhì)量檢查驗收包括水泥攪拌樁與型鋼兩個方面。水泥攪拌樁強度檢測通過鉆孔取芯進(jìn)行檢測，檢測強度22 組，均滿足設(shè)計要求，基坑開挖過程中未發(fā)現(xiàn)明顯的滲水現(xiàn)象，整個施工過程基坑變形、支撐軸力、地面變化等監(jiān)測結(jié)果顯示均未現(xiàn)報警，這也驗證了對SMW 工法樁的控制是有效的，工法樁基坑開挖后如圖5 所示。

圖4 施工冷縫處理

圖5 基坑開挖效果

3．8 SMW 工法樁施工的幾點思考

(1)型鋼高程問題。型鋼插入采用依靠型鋼自重下沉法，但在施工過程中，因攪拌樁樁身條件的變化，常出現(xiàn)型鋼插不到位或型鋼到位后再度自然下沉現(xiàn)象，因此現(xiàn)場要準(zhǔn)備錘壓機具，以備型鋼依靠自重難以插入到位時使用;同時，在孔口設(shè)定向裝置，當(dāng)型鋼插到設(shè)計標(biāo)高時，用Φ8 吊筋將型鋼固定，避免超沉現(xiàn)象。

(2)水泥用量問題。理論上，攪拌樁強度隨水泥用量增加而增加，事實上，當(dāng)水泥漿液注人量過多時，由于水泥土攪拌樁中的含水量增多，特別是在軟土地質(zhì)情況下，反而會降低強度和防水性能。這也是軟土地質(zhì)條件下水泥攪拌樁的一個普遍問題，有時候施工人員為了一定的目的，特意增加噴漿攪拌次數(shù)，鉆孔取芯卻不能成型，就是這個原因。因此，水泥漿應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、施工條件不同確定合適的配合比。水泥漿的水灰比不僅影響水泥土攪拌樁的強度和防水性能，也影響到注漿泵的壓送能力以及水泥土攪拌樁的均一性和工作效率。在施工條件允許范圍內(nèi)，水灰比越小，攪拌樁的強度及防水性能越好。

(3)陽角問題。陽角由于其位置的特殊性，應(yīng)力集中，容易變形破壞，因此規(guī)范及設(shè)計均強調(diào)，在陽角位置插入型鋼，事實上，當(dāng)相鄰的兩孔插入型鋼后，陽角往往沒有插入空間，實際操作中也無法實現(xiàn)。對于陽角加強問題，還需要其它輔助措施，比如攪拌樁墻厚度增加等。

(4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外放值問題。在施工中，為確保結(jié)構(gòu)位置，通常在SMW 工法樁施工放樣時需要一定的外放值，特別是結(jié)構(gòu)外側(cè)不留工作面時。外放值多大，通常設(shè)計會有一個建議值，但終是由施工單位施工技術(shù)水平?jīng)Q定的，如果其施工偏差大，則需要外放值大些。由于在基坑開挖、支撐安裝過程中，型鋼外側(cè)的水泥土剝落，致使結(jié)構(gòu)側(cè)墻與圍護(hù)樁間距增大，也是一個必須考慮的問題。

4 結(jié)束語

SMW 工法樁造價低、工期短、污染少，近年來在基坑圍護(hù)工程施工中得到了廣泛應(yīng)用。也應(yīng)該看到，由于地質(zhì)條件不同，工法樁施工工藝及控制方法均有所差別，特別是現(xiàn)場規(guī)范管理是保證工程質(zhì)量的重要一環(huán)，仍需要工程人不斷探索、完善。