抗滑、止水水泥土攪拌樁及SMW工法在深基坑中的應(yīng)用

任敬華

廈門市捷安建設(shè)集團(tuán)有限公司（361000）

抗滑、止水水泥土攪拌樁及SMW工法在深基坑中的應(yīng)用

任敬華

廈門市捷安建設(shè)集團(tuán)有限公司（361000）

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，高層建筑的風(fēng)靡興盛，深基坑支護(hù)施工技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑領(lǐng)域，同時對深基坑技術(shù)的要求也提上了日程，這里結(jié)合某高層建筑深基坑支護(hù)特點(diǎn)進(jìn)行闡述，分析了該工程采用的支護(hù)體系及施工方案，希望能給同行參考借鑒，進(jìn)一步深化了該技術(shù)的發(fā)展及改進(jìn)。

深基坑；止水帷幕；水泥土攪拌樁；控制要點(diǎn)

福建泉州市某工程為深基坑,為保證安全施工，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、地質(zhì)勘察、環(huán)境等因素，基坑支護(hù)體系最終采用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)放坡噴混凝土護(hù)面+單軸水泥土攪拌樁抗滑+SMW工法+三軸水泥土攪拌樁止水+基坑內(nèi)疏干井降水。施工前組織專家組對專項(xiàng)施工方案進(jìn)行論證，并委托專業(yè)公司對基坑的坡頂水平位移和豎向位移、深層水平位移、地下水位、周邊地表豎向位移以及周邊管線變形進(jìn)行監(jiān)測，以確保基坑支護(hù)工程及周邊建筑環(huán)境和管線的安全。

1 工程概況

某工程位于福建泉州市區(qū)，總建筑面積25.6萬m2，上部為7～39層商住樓，地下室2層，單層地下室建筑面積3.2 m2,基坑開挖深度約4.6～6.4 m,屬深基坑，安全等級二級?；?xùn)|側(cè)、北側(cè)為項(xiàng)目二期場地用地，南側(cè)為晉江濱江北路，西側(cè)為幼兒園用地。根據(jù)鉆探揭露，場地原始地貌為海岸平原地貌，現(xiàn)已回填整平。

2 工程地質(zhì)概況

場地巖土層主要為L素填土①、粉質(zhì)黏土②、淤泥③、粗砂④、淤泥質(zhì)黏土⑤、中粗砂⑥、卵石⑦。

場地主要含水層地下水屬承壓水，主要賦存于粗砂④、中粗砂⑥和卵石⑦中，含水層上游側(cè)向補(bǔ)給為其主要補(bǔ)給來源，其次為大氣降水，水位隨季節(jié)氣候的變化而變化，波動幅度不大，變幅約2.00 m。

3 基坑支護(hù)、止排水設(shè)計(jì)方案

根據(jù)該工程場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境、基坑開挖深度等客觀條件，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)總體采用放坡開挖+Φ850@600三軸水泥土攪拌樁止水和自然放坡+SMW工法相結(jié)合的支護(hù)方案，在沿晉江濱江北路（基坑?xùn)|南側(cè)）在基坑底每間隔4 000增加4×8排Φ600@500單軸水泥土攪拌樁墻抗滑，在和二期規(guī)劃路側(cè)（基坑?xùn)|側(cè)、東北側(cè)）在基坑邊坡中增加4排Φ600@500單軸水泥土攪拌樁墻抗滑?；訃o(hù)平面布置圖見圖1。

表1 基坑支護(hù)范圍內(nèi)巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

圖1 基坑圍護(hù)平面布置圖

基坑工程典型的支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2、圖3。

圖2 基坑工程沿晉江濱江北路支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

圖3 基坑工程沿二期規(guī)劃路側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

4 水泥土攪拌樁施工

4.1 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)

1）單軸水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù):單軸水泥土攪拌樁主要用在放坡開挖的邊坡中和排樁支護(hù)基坑坑底，分別為4排Φ600@500樁長9 000 mm,8排Φ600@500樁長6 000 mm，單軸水泥土攪拌樁形成重力式水泥土墻，水泥采用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比0.55～0.6:1，水泥土攪拌樁的水泥摻合量為15%。

2）三軸水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù):止水帷幕采用套打三軸水泥土攪拌樁，在SMW工法處兼作H型鋼樁插入樁孔，樁徑為Φ850@600樁長19 000和18 000，水泥采用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比1.5～2.0:1,水泥土攪拌樁的水泥摻合量不小于20%，水泥土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2 MPa。

4.2 水泥土攪拌樁抗滑機(jī)理

水泥土攪拌樁以水泥作為固化劑，將水泥和土體強(qiáng)制攪拌，水泥和土體產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土改性硬結(jié)，成為具有一定壓縮性的半剛性樁。水泥土強(qiáng)度隨著齡期逐漸增加，7 d達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的30%，28 d達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的60%以上。水泥土的抗剪強(qiáng)度隨著抗壓強(qiáng)度的增加而提高，黏聚力C一般為無側(cè)限抗壓強(qiáng)的20%～30%，內(nèi)摩擦角20° ～30°,從而提高了加固區(qū)基坑邊坡或坡腳整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

4.3 單軸水泥土攪拌樁施工控制要點(diǎn)

1）水泥土攪拌樁成樁過程中，攪拌頭的鉆進(jìn)和提升速度不得大于60 cm/min,鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)在原位攪拌30～60 s，以保證樁端的成樁質(zhì)量。

2）攪拌樁的攪拌葉片直徑不得小于600 mm，在成樁過程中應(yīng)經(jīng)常檢查，及時更換不足的攪拌葉片。

3）水泥漿液應(yīng)按照設(shè)計(jì)配合比拌制，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)，不得中斷。因?yàn)楸竟こ虨樗鄶嚢枰Ш蠘叮噜彉秶姖{工藝的施工時間間隔不大于24 h。

4）應(yīng)控制施工機(jī)械的平整度和機(jī)架的垂直度，以保證攪拌樁的垂直度偏差不得超過1%，樁位偏差不大于50 mm。

4.4 三軸水泥土攪拌樁止水帷幕施工控制要點(diǎn)

1）保證定位放線準(zhǔn)確，采用套打方式確保每幅成樁后有效搭接。

2）嚴(yán)格控制施工機(jī)械的平整度和機(jī)架的垂直度，防止成樁時與相鄰幅出現(xiàn)“開叉”，通過機(jī)身懸吊鉛垂與2臺經(jīng)緯儀組合校正及樁機(jī)自身儀表盤顯示確保垂直度,當(dāng)攪拌頭下沉到設(shè)計(jì)深度時，應(yīng)再次檢查并調(diào)整機(jī)械垂直度。

3）嚴(yán)格控制自動拌漿系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，包括水泥漿配合比、氣壓和漿壓等，各項(xiàng)參數(shù)輸入控制系統(tǒng)后不得隨意更改。

4）施工時泵送必須連續(xù)，不得中斷，避免堵管，相鄰樁噴漿工藝的施工時間間隔不大于10 h，避免出現(xiàn)冷縫，如確實(shí)需要中斷施工，則冷縫處需疊合一幅，并保證有效搭接。

5）攪拌樁的攪拌葉片直徑不得小于850 mm，在成樁過程中應(yīng)經(jīng)常檢查，保證樁身有效搭接。

5 型鋼水泥土攪拌墻施工及SMW工法

5.1 型鋼水泥土攪拌墻設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程采用密插HN700×300×13×24型鋼，長度18 000 mm,在場地整平到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,按照SMW工法進(jìn)行施工，型鋼水泥攪拌墻中三軸水泥土攪拌樁為Φ850@600樁長18 000 mm，三軸水泥土攪拌樁采用套接一孔法施工。

5.2 SMW工法的特點(diǎn)及適用條件

SMW工法是一種利用攪拌設(shè)備就地切削土體，在地中連續(xù)造成水泥土墻，并在墻內(nèi)插入芯材（通常為H型鋼）形成剛度大、防滲性能好的勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法。該方法可使各幅鉆孔安全搭接，形成連成一片的墻體，使得排柱式水泥土的連續(xù)墻，在構(gòu)造上（連續(xù)性）和質(zhì)量上（墻的均勻性）大幅度提高。該工法的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在止水性能好，構(gòu)造簡單，施工速度快，排土量少，型鋼可回收重復(fù)使用，成本低，對周圍地層的影響小，特別適合于以黏土、淤泥和粉細(xì)砂為主的松軟地層。

5.3 SMW工法施工控制要點(diǎn)

1）嚴(yán)格控制SMW工法施工順序：清除地下障礙物→開挖導(dǎo)溝→設(shè)置導(dǎo)梁→設(shè)置各樁體標(biāo)記→樁體施工→H型鋼芯材插入→H型鋼芯材固定→挖出置換泥土→澆筑混凝土壓梁。

2）施工前必須對施工區(qū)域地下障礙物進(jìn)行探測，有影響施工的建筑垃圾、石塊必須清除，水泥土攪拌樁在大面積施工前應(yīng)進(jìn)行試樁,確定施工參數(shù)。

3）型鋼插入應(yīng)在攪拌樁施工結(jié)束后30 min內(nèi)進(jìn)行，插入前檢查型鋼直線度、焊接質(zhì)量。

4）單根型鋼接頭不宜大于2個，焊接位置應(yīng)避開支撐位置和開挖面附近等受力較大處，相鄰焊接接頭應(yīng)錯開不小于1 m，型鋼接頭距離基坑底面不小于2 m。

5）型鋼需回收的，插入前應(yīng)在型鋼表面涂抹減摩劑，涂層宜為1～3 mm，減摩劑必須用電熱棒加熱至完全融化，用攪棒攪時感覺厚薄均勻，才能涂敷于H型鋼上，否則涂層不均勻，易剝落。

6）型鋼吊裝應(yīng)用較大噸位吊機(jī)起吊，放置H型鋼定位卡，型鋼定位卡必須牢固、水平、位置準(zhǔn)確，將H型鋼底部中心對正樁位中心，并沿定位卡靠型鋼自重徐徐插入水泥土攪拌樁體內(nèi)，若H型鋼插放達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高時，則采用提升H型鋼，重復(fù)下插使其插到設(shè)計(jì)標(biāo)高，下插過程中始終用經(jīng)緯儀跟蹤控制H型鋼垂直度，偏差小于0.5%。待型鋼插入至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將其固定在定位型鋼上，直到孔內(nèi)的水泥土樁體凝固。

7）溝槽內(nèi)泥漿清理，水泥漿液定量注入攪拌孔內(nèi)，因H型鋼的插入,有部分水泥土被置換出到溝槽內(nèi),溝槽內(nèi)的水泥土必須清理,并保持溝槽沿邊的整潔,以確保下道工序的施工。

6 基坑降、排水措施

6.1 坑內(nèi)降水措施

基坑降排水直接關(guān)系到深基坑施工安全及周邊環(huán)境的安全。根據(jù)地勘報(bào)告本工程地下水豐富，地下水補(bǔ)給水源充足。為確保施工安全和地下室結(jié)構(gòu)施工需要，基坑支護(hù)采用三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕，基坑開挖范圍內(nèi)場地地下水主要采用坑內(nèi)集水明排及疏干井降水相結(jié)合的方式。在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)布置28口疏干井，疏干井采用Φ219井管形成深井降水系統(tǒng)，成孔直徑Φ≥500，成井深度自基坑底不少于6 m?；觾?nèi)的排水在基坑底四周設(shè)置排水溝，每隔20～40 m設(shè)置一個集水坑，積水采用水泵將坑內(nèi)水送入市政管網(wǎng)。

6.2 坑外排水措施

支護(hù)結(jié)構(gòu)外圍基坑上口地表水排除，采用磚砌截水明溝，引入沉淀匯集井抽排。每隔30 m設(shè)一個集水井。集水井截面尺寸800 mm×800 mm×800 mm，截水溝截面尺寸300 mm×300 mm，溝內(nèi)側(cè)緊貼坑頂冠梁外側(cè)或三軸水泥土攪拌樁，溝外側(cè)土體面采用素混凝土硬化，坡向排水溝。

7 土方開挖施工控制要點(diǎn)

1）土方開挖必須按照施工專項(xiàng)方案進(jìn)行分層、分段開挖,在淤泥及砂層階段分層開挖深度為1.0 m,分段開挖長度20 m左右，以確保開挖過程中土體自身的穩(wěn)定，避免造成已施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移。支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到80%方可進(jìn)行下道土方開挖。

2）土方開挖過程中采用信息化施工，時刻掌握基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，依據(jù)監(jiān)測信息對土方開挖方案進(jìn)行調(diào)整，異常情況應(yīng)立即停止開挖，及時按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處理，并通知設(shè)計(jì)單位。

3）土方開挖過程中發(fā)現(xiàn)止水帷幕漏水、流砂等問題應(yīng)立即停止開挖，并采用注漿方法進(jìn)行封堵。

8 基坑支護(hù)監(jiān)測、檢測結(jié)果與信息化施工

為確?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)及周圍設(shè)施的安全，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)信息化施工是十分必要的,該基坑監(jiān)測內(nèi)容包括坡頂水平位移和豎向位移、深層水平位移、地下水位、周邊地表豎向位移以及周邊管線變形,監(jiān)測工作自2012年11月20日開始,至2013年7月30日基坑回填結(jié)束，共持續(xù)8個月，其主要結(jié)果如下:

8.1 基坑支護(hù)水平位移監(jiān)測

基坑支護(hù)水平位移布設(shè)點(diǎn)沿基坑坡頂每20 m左右布設(shè)，共布置47個觀測點(diǎn)，共進(jìn)行40次觀測，從各期水平位移量成果表中顯示水平位移在基坑開挖時隨施工日期延續(xù)增加，后期隨基坑內(nèi)水位降低逐漸趨于穩(wěn)定,其中W28最大位移量接近了設(shè)計(jì)監(jiān)測預(yù)警值（-30 mm）為-26 mm，其余各點(diǎn)位移量較小。

8.2 基坑支護(hù)沉降監(jiān)測

基坑支護(hù)沉降監(jiān)測共布置47個觀測點(diǎn),共進(jìn)行40次觀測,從各期沉降量成果表中顯示:C28、C29、C27的沉降量分別為-26 mm、-30 mm、-23 mm，C29豎向位移達(dá)到了設(shè)計(jì)監(jiān)測預(yù)警值，其余各點(diǎn)沉降量較小。

監(jiān)測結(jié)果顯示，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，在整個地下室施工期間，基坑底部、側(cè)壁未出現(xiàn)管涌、流砂現(xiàn)象，周邊地面未發(fā)生突發(fā)較大沉降或出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，晉江濱江北路未因邊坡沉降或位移而發(fā)生路面及管道裂縫、破損，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，保證基坑圍護(hù)及建筑物的結(jié)構(gòu)安全?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工是成功的。

9 結(jié)語

工程實(shí)踐充分證明，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工中必須充分考慮工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境以及工程要求,嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，委托有資質(zhì)的基坑監(jiān)測單位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求、監(jiān)測方案進(jìn)行基坑監(jiān)測。確保基坑圍護(hù)施工取得良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。這里通過工程案例闡述了在深基坑施工中，該深基坑支護(hù)方案是可行的，為同類基坑支護(hù)工程，提供可靠的借鑒依據(jù)。

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