基于摻土水泥排樁法在深基坑開挖中的應用

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(濮陽職業(yè)技術學院，河南 濮陽 457000)

引言

SMW工法連續(xù)墻于1976年在日本問世，該工法目前在美國、法國及東南亞等國家或地區(qū)得到了廣泛應用，近幾年在我國的一些城市得到了迅速推廣。SWM工法是一種地下基坑支護，通過水泥樁形成地下連續(xù)墻來進行基坑支護，然后在樁體內(nèi)插入型鋼，以達到一定的強度。

1 SMW工法施工步驟

1.1 導溝開挖

為使鉆孔攪拌能順利進行，保證質(zhì)量及垂直度，鉆孔前應先進行導溝開挖，以探查并拆除地下障礙物，同時該導溝可兼作鉆孔時排除泥水的處理溝。

如果在工地附近有淺基礎建筑物，為了保證房屋安全，在SMW擋土墻尚未硬化時，應做必要的支撐。

1.2 導軌的設置

為維持墻體的水平與垂直度，鉆孔前先設置導軌及導軌支承構材。導軌長約10m，導軌支承材約2.5m，一般采用H300mm×300mm型鋼。設置后在導軌上用油漆標出H型鋼的間距位置。

1.3 鉆孔攪拌

將SMW機械定位，隨之注入水泥乳漿，至預定深度后，上下攪拌底部約2～5m的范圍，攪拌后，上端繼續(xù)噴出水泥乳漿，并逐漸升起螺旋鉆完成鉆孔攪拌。

1.4 應力材料的置入

鉆孔拌和完成后，用吊車吊進H型鋼材，H型鋼依據(jù)定線垂直向下利用自重插入墻中，確認H型鋼頭部的方向及水平后，將H型鋼固定。H型鋼的插入原則上在2～3個單元完成后施工。

1.5 殘余廢土的處理

施工產(chǎn)生的廢泥，靠其重力自然流入導溝或臨時池坑，因為所產(chǎn)生的廢泥中含有水泥，待廢泥固結后用車運走。

1.6 澆筑混凝土壓梁

SMW工法用于深開挖工程時，挖土前應在H型鋼頂端澆筑鋼筋混凝土壓梁，以確保墻體開挖后受力均勻，防止局部變形和裂縫。

2 施工機具

施工使用的機械與機具，應根據(jù)工程規(guī)模、工期要求、地質(zhì)情況等來選擇。SMW工法連續(xù)墻施工最常用的施工機械是三軸型鉆掘攪拌機，鉆掘機通過多軸裝置、鉆桿、攪拌翼和鉆頭進行鉆孔。施工中，攪拌翼根據(jù)土壤情況選用。鉆桿是空心型，水泥漿由輸送管通過鉆桿中間孔，從底端側向小孔中噴出，鉆機左右二桿灌注水泥乳漿，而中央鉆桿輸送壓縮空氣，可獲得良好的攪拌效果。噴出的水泥漿與砂土攪拌，成為樁體。鉆桿的選用應根據(jù)地質(zhì)情況、鉆孔深度、鉆孔直徑等因素確定。鉆頭可根據(jù)土質(zhì)情況選用合金鋼鉆頭與非合金鋼鉆頭，攪拌翼材料則使用硬質(zhì)合金鋼。通過控制鉆桿攪拌、下降和提升的速度，確保樁體攪拌的均勻性。

3 工法特點

3.1 低滲透性

由于施工采用鉆掘攪拌的方式，使得攪拌樁充分混合、重疊成一個連續(xù)的墻體，單元間無接縫，所以SMW擋土墻可以有效地控制地下水的滲入，一般透水系數(shù)可控制在1×10-5～1×10-8cm/s之間。

3.2 廢棄污泥量少

一般在地下連續(xù)墻施工時，必須利用皂土或超泥漿來控制開挖時墻體的穩(wěn)定，而墻體開挖所產(chǎn)生的廢土因為含有皂土等化學藥劑容易造成土壤污染。SMW工法是將作業(yè)現(xiàn)場的土壤當作骨材與水泥液混合攪拌，需要運棄的廢土少。一般需處理的污泥量約為鋼筋混凝土連續(xù)墻工法的30%，大幅度減輕了污泥對環(huán)境的污染。

3.3 建造工期短

由于SMW工法采用多軸同時施工，且使用現(xiàn)場的土壤進行混合攪拌，與鋼筋混凝土連續(xù)墻施工相比可大幅度縮短工期。

3.4 適用于多種地質(zhì)條件

SMW工法將作業(yè)現(xiàn)場的土壤作為拌和骨材，除可應用于黏土地質(zhì)外，在砂性地質(zhì)條件下更佳。即使是一般擋土工法較難施工的礫石層，也可采用SMW工法施工。

4 工程實例

4.1 工程概況

某廠辦公樓新建工程，地下3層，地上5層，工程面積約5 286m2，形狀略呈長方型，長約96m，寬約56m。地基開挖作業(yè)采用順打工法施工，共分6個階段開挖并逐階架設5層內(nèi)支撐，基礎總開挖深度為11.95m，地基內(nèi)規(guī)劃直徑100cm柱狀改良方式的地質(zhì)改良樁，改良率為12.5%，改良樁強度1.5MPa，原設計采用厚70cm的鋼筋混凝土連續(xù)墻作為擋土措施，因現(xiàn)場地質(zhì)改良樁先行施工而無法施工連續(xù)墻，遂變更設計采用直徑70cm的SMW擋土墻，內(nèi)置H500mm×200mm×10mm×16mm的H型鋼，間距為60cm，SMW擋土墻深度為22.4m。地基內(nèi)各支撐位置及其預力分別為：第1層深度GL.-1.7m，預力80t；第2層深度GL.-4.0m，預力120t；第3層深度GL.-6.2m，預力180t；第4層深度GL.-9.8m，預力180t；第5層深度11.5m，預力190t。各層臨時水平鋼支撐的水平間距均為6m。

4.2 地表沉陷比較

圖1為數(shù)值分析各階開挖的地表沉陷曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)相差非常大，主要原因是地表沉陷點設置于地基北側，而地基北側緊鄰24m寬的規(guī)劃道路且為主要工程車輛的出入口，在分析時未將此因素考慮在內(nèi)，而且從地基北側、傾斜管的墻體變形曲線可以發(fā)現(xiàn)，明顯地較地基南側、傾斜管的墻體變形曲線變化大，所以地基北側的地表沉陷值也一定會比地基南側的地表沉陷值大，而研究數(shù)值分析結果代表的是地基南側的地表沉陷值，因而會與地基北側的現(xiàn)場監(jiān)測值相差較大。

圖1 攪拌樁強度對開挖最終階段的最大墻體變形量的影響

4.3 攪拌樁強度對壁體變形及地表沉陷的影響

研究共對6組攪拌樁強度的SMW壁體參數(shù)進行了分析比較，攪拌樁強度分別為0MPa、1MPa、3MPa、5MPa、7MPa和10MPa，利用轉換斷面法分別計算出各攪拌樁強度的SMW墻體參數(shù)后，比較開挖最終階的最大墻體變形量及最大地表沉陷量，分析結果如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，攪拌樁強度的增加可以有效地降低開挖最終階的最大墻體變形量及最大地表沉陷量，且攪拌樁強度每增加2MPa，大約可以減小開挖最終階2.5m的最大墻體變形量及1.25m的最大地表沉陷量，由此可知攪拌樁強度對于SMW墻體的強度是有所貢獻的。

圖2 攪拌樁強度對開挖最終階段的最大地表沉陷量的影響

開挖施工SMW擋土墻時，通常會伴隨于開挖區(qū)內(nèi)施工地基的改良，從研究結果也可以發(fā)現(xiàn)，增加開挖區(qū)內(nèi)柱狀改良方式的地基改良率，可以有效地降低SMW擋土墻開挖至最終階的最大墻體變形量及最大地表沉陷量，但改良率>30%以后，改良率的增加對于減小墻體變形量及地表沉陷量作用有限，故建議開挖施工使用SMW擋土墻時，開挖區(qū)內(nèi)柱狀改良方式的地基改良率應介于10%～30%之間。

5 結語

今后對于SMW工法的分析研究，還可以朝著H型鋼的間距、地基改良樁的強度及攪拌樁內(nèi)埋設不同應力材等對墻體變形及地表沉陷影響的方向發(fā)展。

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