SMW工法樁在深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

■韋明嵩 ■中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210011

1 工程概況

青祁路南段快速路工程B標(biāo)位于無錫市濱湖區(qū)現(xiàn)狀青祁路上，與下穿太湖大道的A標(biāo)段相接，向北延伸，下穿建筑路，與地面橋梁青祁橋相接，主線全長1055.727米，其中快速路主線地道長775米，地道為箱式結(jié)構(gòu)，雙向六車道布置。

地質(zhì)及水文資料表明，隧道通過地段隸屬于于江南地層區(qū)，境內(nèi)第四紀(jì)沉積物覆蓋廣泛，除泥盆系出露地表并組成境內(nèi)山體外，其余地層均隱伏于第四系之下。土層自上而下可劃分為9大層14小層和6個夾層，場區(qū)土層分布不甚均勻，埋深及厚度有一定變化。本場地土層主要為粘性土和粉(砂)性土，屬弱透水層，場地淺部地下水類型為潛水，賦存于淺部粘性土層和粉(砂)土層中，其補給來源主要為大氣降水與地表涇流，地下水位隨季節(jié)、氣候及潮汐作用而有變化。地下水穩(wěn)定水位為+1.93m。基坑四周無污染源，地下水對砼無腐蝕。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 圍護(hù)方案

主線隧道基坑開挖深度為6.6～12.2米，采用垂直支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)體系為圍護(hù)樁(包括止水帷幕)+圍檁+支撐鋼管。樁頂用鋼筋砼圈梁兼作首道支撐圍囹，其余選用雙拼H400×600×14×16型鋼作圍囹。支撐鋼管采用?609鋼管，鋼管水平間距為均4米。根據(jù)基坑的深度不同，橫斷面上分別設(shè)置1～3道支撐。為減少圍護(hù)樁在基坑開挖時的位移，須對鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，其值為15～133噸。

2.2 圍護(hù)樁形式的比較

目前，深基坑圍護(hù)墻體采用的結(jié)構(gòu)形式一般都為鉆孔灌注樁，配套采用深層攪拌樁作為止水帷幕，工程造價較高，施工速度慢，施工工序多，對環(huán)境的影響、污染均較大。與之相比較，SMW工法樁有如下優(yōu)點：(1)在現(xiàn)代城市修建的深基坑工程，經(jīng)常靠近建筑物紅線施工，SMW工法在這方面具有相當(dāng)優(yōu)勢，其中心線離建筑物的墻面80厘米即可施工。(2)鉆孔灌注樁由自身特性決定，施工時形成大量泥漿需外運處理，而SMW工法僅在開槽時有少量土方外運。(3)SMW工法樁構(gòu)造簡單，施工速度快，可大幅縮短工期。(4)SMW工法樁作圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時起到支擋與止水作用，與鉆孔灌注樁相比結(jié)構(gòu)整體性和防水性能均較好，可降低后期維護(hù)成本。

2.3 圍護(hù)樁選型

鑒于SMW工法樁的諸多優(yōu)點，故我們在確定圍護(hù)樁形式時優(yōu)先考慮采用SMW工法樁。為保證基坑及周邊房屋的安全性(鉆孔灌注樁樁身剛度大，不易變形)，局部地段采用鉆孔灌注樁加止水帷幕。全線圍護(hù)樁縱向長775延米，其中SMW工法樁就有594延米，鉆孔灌注樁僅181延米。

針對無錫地區(qū)地質(zhì)情況，我們組織使用國產(chǎn)動力頭的三軸工法樁機(jī)進(jìn)場試樁，試樁結(jié)果表明，國產(chǎn)動力頭功率較小(僅100KW)，鉆頭進(jìn)入第④層土后已無法繼續(xù)鉆進(jìn)(進(jìn)尺僅有3cm/min)，國產(chǎn)動力頭的三軸工法樁機(jī)不適應(yīng)無錫土層。為此，我們重新組織使用進(jìn)口動力頭的三軸工法樁機(jī)(功率達(dá)到140KW)進(jìn)場正式展開施工。

3 SMW工法樁施工工藝

3.1 SMW工法樁的含義

SMW工法也叫柱列式土壤水泥墻工法，即利用多軸型長螺旋鉆孔機(jī)在土壤中鉆孔，達(dá)到預(yù)定深度后，邊提鉆邊從鉆頭端部注入適合不同工程連續(xù)墻的水泥漿，將其與原土壤進(jìn)行攪拌，在原位置上建成一段土壤水泥墻。然后再進(jìn)行第二段墻施工，使相鄰的土壤水泥墻彼此有重合段，連續(xù)重疊搭接施工即可做成地下連續(xù)墻。同時根據(jù)不同需要，插入工字鋼，在水泥土混合體未結(jié)硬前插入H型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補強(qiáng)材，至水泥結(jié)硬，便形成一道具有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體，作深開挖基礎(chǔ)維護(hù)或止水之用。

3.2 SMW工法樁施工步驟

清理地下障礙物、平整場地→放線定位→開挖溝槽→導(dǎo)向圍檁型鋼定位、劃定鉆孔位置→三軸攪拌機(jī)就位、校正、樁桿鉆頭找正→鉆進(jìn)、壓漿注入、攪拌、成樁→插入H型鋼→挖機(jī)清理溝槽水泥漿→三軸攪拌機(jī)移位、定位、校正→下道工序重復(fù)施工。

4 關(guān)鍵技術(shù)的處理

H型鋼水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工關(guān)鍵在于攪拌樁制作，以及H型鋼的制作和打拔。

4.1 攪拌樁制作

與常規(guī)攪拌樁比較，要特別注重樁的間距和垂直度。施工垂直度應(yīng)小于1%，以保證型鋼插打起拔順利，保證墻體的防滲性能。

注漿配比除滿足抗?jié)B和強(qiáng)度要求外，尚應(yīng)滿足型鋼插入順利等要求。

4.2 保證樁體垂直度措施

(1)在鋪設(shè)道軌枕木處要整平整實，使道軌枕木在同一水平線上;(2)在開孔之前用水平尺對機(jī)械架進(jìn)行校對，以確保樁體的垂直度達(dá)到要求;(3)用兩臺經(jīng)緯儀對攪拌軸縱橫向同時校正，確保攪拌軸垂直;(4)施工過程中隨機(jī)對機(jī)座四周標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，確保機(jī)械處于水平狀態(tài)施工，同時用經(jīng)緯儀經(jīng)常對攪拌軸進(jìn)行垂直度復(fù)測。

4.3 保證加固體強(qiáng)度均勻措施

(1)壓漿階段時，不允許發(fā)生斷漿和輸漿管道堵塞現(xiàn)象。若發(fā)生斷樁，則在向下鉆進(jìn)50厘米后再噴漿提升;(2)采用“一噴一攪”施工工藝，鉆進(jìn)時噴漿量控制在60%，提升噴漿量控制在40%;嚴(yán)禁樁頂漏噴現(xiàn)象發(fā)生，確保樁頂水泥土的強(qiáng)度;(3)攪拌頭下沉至設(shè)計樁頂標(biāo)高后，開啟灰漿泵，將已拌制好的水泥漿壓入地基土中，并邊噴漿邊攪拌約1-2分鐘;(4)控制重復(fù)攪拌提升速度在0.8-1.0米/分以內(nèi)，以保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢?(5)相鄰樁的施工間隔時間不能超過24小時，否則噴漿時要適當(dāng)多噴一些水泥漿，以保證樁間搭接強(qiáng)度;(6)預(yù)攪時，地基土應(yīng)完全攪拌切碎，以利于與水泥漿的均勻攪拌。

4.4 型鋼的制作與插入起拔

(1)施工中采用H型鋼，對接時采用雙面坡口焊接，焊材使用J422焊條。為保證型鋼表面平整光滑，其表面平整度控制1‰以內(nèi)，并不得有錯臺。(2)型鋼拔出，減摩劑至關(guān)重要。型鋼表面應(yīng)進(jìn)行除銹，并在干燥條件下涂抹減摩劑，搬運使用應(yīng)防止碰撞和強(qiáng)力擦擠。且攪拌樁頂施工圈梁前，事先用油毛氈及泡沫板將型鋼包裹好進(jìn)行隔離，以利拔樁。(3)型鋼應(yīng)在水泥土初凝前插入。插入前應(yīng)校正位置，設(shè)立導(dǎo)向裝置，以保證垂直度小于1%，插入過程中，必須吊直型鋼，盡量靠自重壓沉。若壓沉無法到位，再開啟振動下沉至標(biāo)高。(4)型鋼回收。采用2臺液壓千斤頂組成的起拔器夾持型鋼頂升，汽車吊或履帶吊配合起拔，將H型鋼拔出。采用邊拔型鋼邊進(jìn)行注漿充填空隙的方法進(jìn)行施工。

5 SMW工法的主要主要優(yōu)點及缺點

5.1 SMW工法的優(yōu)點

(1)施工不擾動鄰近土體，不會產(chǎn)生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設(shè)施移位等危害。(2)鉆桿具有螺旋推進(jìn)翼相間設(shè)置的特點，隨著鉆掘和攪拌反復(fù)進(jìn)行，可使水泥漿與土得到充分?jǐn)嚢?，而且墻體全長無接縫，它比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性。(3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土等土層中應(yīng)用。(4)可成墻厚度550-1300毫米，常用厚度為850及600毫米;成墻最大深度目前為65米，視地質(zhì)條件尚可施工至更深。(5)所需工期較其他工法短。在一般地質(zhì)條件下，為鉆孔灌注樁加止水帷幕的四分之一。(6)廢土外運量遠(yuǎn)比其他工法少。實踐證明該工程采用SMW工法施工是可行的。由于四周可不作防護(hù)，型鋼又可回收，造價明顯降低，加快了工程進(jìn)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

5.2 SMW工法的缺點

總的來說工法機(jī)對場地依賴性較強(qiáng)。通常工法機(jī)主要分為履帶式和步履式兩種，前者移動迅速，但對地面平整度要求較高;后者成樁質(zhì)量較好、對地面平整度要求不高，但是移動相當(dāng)緩慢且體積龐大，不利于交叉作業(yè)的開展。在施工前必須合理安排型鋼堆放與造漿的區(qū)域。

6 結(jié)束語

SMW工法樁于1976年在日本問世后，世界多個國家進(jìn)行了引進(jìn)，中國與上世紀(jì)90年代引進(jìn)該項技術(shù)，此后國內(nèi)諸多廠家開始仿制和研制三軸工法樁機(jī)，設(shè)備數(shù)量的增加使得該種工法能夠得到迅速推廣，并在地下工程領(lǐng)域占有一席之地。

通過近60天的SMW工法樁施工，我們對這種工藝有了較為全面的認(rèn)識。實踐證明SMW工法樁在該工程深基坑圍護(hù)中的運用是成功的，有效降低造價，加快了工程進(jìn)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。