SMW工法在軟土地區(qū)基坑支護(hù)中的應(yīng)用及監(jiān)測(cè)分析

趙 德

(上海閔衡建筑檢測(cè)研究所有限公司，上海 201199)

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SMW工法在軟土地區(qū)基坑支護(hù)中的應(yīng)用及監(jiān)測(cè)分析

趙 德

(上海閔衡建筑檢測(cè)研究所有限公司，上海 201199)

簡(jiǎn)述了SMW工法的施工機(jī)理，從水泥土強(qiáng)度、攪拌樁施工、型鋼選型插入、土方開(kāi)挖等方面，闡述了SMW工法在施工中的注意事項(xiàng)，并結(jié)合工程實(shí)例，分析了其在軟土地區(qū)的適用性，指出SMW工法具有工期短、造價(jià)低、防滲性好等優(yōu)勢(shì)。

SMW工法，基坑，水泥，攪拌樁，型鋼

SMW(Soil Mixing Wall)工法是水泥土攪拌樁和H型鋼復(fù)合形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，這是防滲止水帷幕與圍護(hù)擋土結(jié)構(gòu)兩種功能相結(jié)合的產(chǎn)物。水泥土攪拌樁可搭接地下連續(xù)墻，其作用是作為止水帷幕和重力式擋土墻使用；H型鋼則用于承受水土壓力等荷載，避免擋土墻在壓力作用下出現(xiàn)的剪力和彎矩。

1 SMW應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

1.1 水泥土強(qiáng)度

為了使基坑工程保持穩(wěn)定，水泥土強(qiáng)度必須達(dá)到型鋼間土壓力的剪切要求。而基坑工程的主要荷載來(lái)自于土壓力，土壓力首先作用于水泥土，然后由水泥土傳遞到型鋼、給圍檁直到支撐體系。

水泥土局部抗剪需滿足式(1)：

(1)

其中，S為所驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力；2b為水泥土寬度；U，c分別為水泥土的內(nèi)摩擦角和粘聚力；K為安全系數(shù)，一般取1.5。

1.2 攪拌樁施工

攪拌樁施工采用一次攪拌工藝，但是為了使水泥和土質(zhì)混合更加充分和均勻，進(jìn)行攪拌時(shí)土質(zhì)和水泥在下沉和提升的過(guò)程中都采用了噴漿式。因此鉆機(jī)工作進(jìn)行時(shí)不僅要控制鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，還要保證合適的攪拌速度，提升過(guò)程速度避免過(guò)快，以此來(lái)防止真空和孔壁坍塌狀況出現(xiàn)。攪拌樁工作過(guò)程中，相鄰的樁時(shí)間的間隔需要不大于12 h，如果超過(guò)這一時(shí)限則必須采取補(bǔ)救措施修正間隔時(shí)間。嚴(yán)格的施工時(shí)間控制是保證SMW工法減少施工縫，提高基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水性能的基礎(chǔ)。

1.3 型鋼選型及插入

目前大多工程選用沒(méi)有接頭的整樁H型鋼插入。如果要對(duì)H型鋼進(jìn)行焊接，則需要保證焊接位置不能在支護(hù)樁的最大受力點(diǎn)，并且有接頭的H型鋼數(shù)最好少于總型鋼的1/2，垂直方向上相鄰樁的接頭間隔位置需要不小于2 m。型鋼插入和起吊點(diǎn)的確定原則是在型鋼頂端0.2 m處開(kāi)孔，孔的直徑為40 mm。此外為增加強(qiáng)度，起吊過(guò)程中樁頭的兩面都需要貼焊鋼板。

型鋼的插入過(guò)程需要嚴(yán)格控制插入時(shí)間。從鉆桿達(dá)到設(shè)計(jì)深度開(kāi)始計(jì)時(shí)，之后的30 min內(nèi)要快速將型鋼插入，保證水泥土在凝固的過(guò)程中不會(huì)影響插入，避免強(qiáng)制插入型鋼造成的水泥土不完整影響協(xié)調(diào)工作的情況出現(xiàn)?？啃弯撟灾夭迦霑r(shí)要避免傾斜或側(cè)向撞擊型鋼。在達(dá)到設(shè)計(jì)深度后還需快速固定防止型鋼繼續(xù)下沉。

1.4 土方開(kāi)挖

等待攪拌樁強(qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同才可以開(kāi)挖土方，在此之前還要提前15 d抽干坑內(nèi)殘留水，進(jìn)行井點(diǎn)降水，避免坑底澆筑不穩(wěn)定。此外還要依照要求分層分段開(kāi)挖，開(kāi)挖一層，支撐一層，注意土體應(yīng)力，及時(shí)釋放節(jié)奏，不能超挖。當(dāng)挖至坑底時(shí)，要澆筑墊層封底，快速澆筑底板。

1.5 型鋼回收及起拔力確定

型鋼回收再利用可以降低工程造價(jià)，這也是SMW廣泛應(yīng)用的原因之一。由于在型鋼表面增加了減摩劑材料作為涂刷層，使型鋼和水泥土間粘結(jié)力減少。向上起拔力超過(guò)閾值，隔離材料則會(huì)被剪切破壞，起拔阻力降低。

從實(shí)際應(yīng)用中可以得出型鋼的起拔力為：

Pm=Pf+Pd+G

(2)

其中，Pf為靜摩阻力；Pd為型鋼變形阻力；G為型鋼自重。

由式(2)可以得出：型鋼的變形阻力不僅與型鋼的變形量有關(guān)，還和水泥土的強(qiáng)度、變形曲線的形式以及質(zhì)量等都相關(guān)。型鋼的變形阻力隨著變形曲線的曲率和型鋼的變形量增大而增大。所以施工中加快各環(huán)節(jié)銜接，盡量減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形可以提高型鋼的拔出率。此外避免型鋼的損耗，起拔力應(yīng)滿足：

Pm≤fyAs/K

(3)

其中，fy為型鋼屈服強(qiáng)度；K為安全系數(shù)，范圍在1.5～2.0。

1.6 施工監(jiān)測(cè)

施工監(jiān)測(cè)是施工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)主要從兩方面進(jìn)行，一是監(jiān)測(cè)施工環(huán)境，二是監(jiān)測(cè)施工安全。建立監(jiān)控報(bào)警制度至關(guān)重要，主要對(duì)圍護(hù)墻頂位移、深層水平位移、周邊土體及建筑物沉降等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并應(yīng)加強(qiáng)地下水位監(jiān)測(cè)及巡視檢查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的滲水點(diǎn)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

上海某社區(qū)服務(wù)中心基坑工程位于上海市閔行區(qū)，基坑開(kāi)挖深度較淺為4.5 m,基坑形狀呈不規(guī)則多邊形，開(kāi)挖面積中等為1 974 m2。根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DG J08—61—97基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，屬三級(jí)基坑?；铀绊懙降纳疃确秶鷥?nèi)的地基土主要構(gòu)成成分為：填土、粘性土、淤泥質(zhì)土和粉性土。雜填土特點(diǎn)是土質(zhì)松散，厚度較大。第②層～④1層成分主要是軟粘土，③層和第④1層是體流變性大，土體靈敏度高的淤泥質(zhì)土，本工程基坑主要位于該種土層中，故須加強(qiáng)圍護(hù)體的抗側(cè)剛度，以抵抗主動(dòng)土壓力作用下的坑壁水平變位。第④2層粘質(zhì)粉土層土性相對(duì)較好，可作為工程樁或立柱樁的持力層。本工程基坑周邊環(huán)境條件極為有限，南鄰市政道路(青杉路)，其余三面均為住宅樓或商辦樓，特別是基坑西北側(cè)邊線與現(xiàn)有兩棟以天然地基為基礎(chǔ)形式的6層住宅樓間距僅為6.9 m，施工作業(yè)面狹小以及基坑水平變形的要求，大大限制了基坑圍護(hù)形式的選型。

2.2 圍護(hù)形式選型

擬建工程場(chǎng)地位于古河道分布區(qū)，其地層為上海市典型地層類型之一。本工程基坑開(kāi)挖深度較淺為4.50 m，根據(jù)規(guī)范要求及上海市工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，可供選擇的圍護(hù)體系有重力式擋土墻即水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù)形式和板式支護(hù)體系形式，其中板式支護(hù)體系包括鉆孔灌注樁圍護(hù)和SMW工法圍護(hù)。

本工程基坑西北側(cè)與兩棟天然地基基礎(chǔ)形式的住宅樓間距僅為6.9 m，且基坑距該側(cè)紅線僅為4.9 m，周邊環(huán)境對(duì)基坑安全度和變形的要求很高，且施工作業(yè)面有限，大大限制了基坑圍護(hù)的選型。顯而易見(jiàn)，若采用水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù)會(huì)出現(xiàn)超紅線問(wèn)題，且基坑變形較大。因此根據(jù)上述條件，本工程基坑可供選擇的圍護(hù)方式為板式支護(hù)體系+一道支撐的形式，采用該種圍護(hù)體系既可解決施工作業(yè)面狹小的問(wèn)題，又能提高坑壁的穩(wěn)定性。

本工程可供選擇的圍護(hù)形式有兩種：方案一：鉆孔灌注樁+雙軸水泥土攪拌樁+一道鋼管支撐圍護(hù)體系；方案二：SMW工法+一道鋼管支撐圍護(hù)體系。而采用SMW工法在工期及造價(jià)方面均有一定優(yōu)勢(shì)，最終選型SMW工法+一道鋼管支撐圍護(hù)體系?；悠毡閰^(qū)域采用3φ650@900三軸水泥土攪拌樁隔水，攪拌樁入土深度11.15 m，有效樁長(zhǎng)為10.3 m。三軸攪拌樁內(nèi)插型鋼，采用有效樁長(zhǎng)為11.0 m的H488×300×11×18型鋼，坑邊局部深坑處有效樁長(zhǎng)為14.0 m。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

進(jìn)行基坑開(kāi)挖需要跟蹤監(jiān)測(cè)基坑來(lái)保證周邊建設(shè)和基坑的安全。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、頂部垂直、測(cè)斜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐軸力、坑外的地下水位、周邊已有建筑物垂直位移監(jiān)測(cè)、周邊道路垂直位移監(jiān)測(cè)。從圍護(hù)樁施工至基坑回填完畢，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移最大累計(jì)值為+16.4 mm，垂直位移最大累計(jì)值為+12.1 mm；深層側(cè)向位移最大值為+20.6 mm；臨近建筑物垂直位移累計(jì)變化量最大值為+11.7 mm；周邊土體垂直位移不得超過(guò)+26.0 mm。均在設(shè)計(jì)允許值以內(nèi)，并且不會(huì)造成周邊建筑及道路管線的正常使用。

3 結(jié)語(yǔ)

軟土地區(qū)基坑圍護(hù)采用SMW工法樁結(jié)合內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力明確，支撐系統(tǒng)簡(jiǎn)單。盡管目前還存在部分問(wèn)題，但其具有施工速度快、工程造價(jià)低、對(duì)周邊環(huán)境影響較小等各種優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用廣泛。此外SMW工法施工過(guò)程中對(duì)質(zhì)量的嚴(yán)格控制更好的保證了基坑安全性。

[1] 劉國(guó)斌.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009：469.

[2] 徐 源.SMW工法設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)研究[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2007(5)：15-16.

[3] 高文華,楊德林.軟土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形時(shí)空效應(yīng)的影響因素分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2001(5)：44-45.

[4] JGJ 120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

Application and monitoring analysis of SMW construction method in foundation support of soft soil region

Zhao De

(ShanghaiMinhengBuildingDetectionAcademyCo.,Ltd,Shanghai201199,China)

The paper briefly describes the construction mechanism of SMW construction method. Starting from aspects of cement soil strength, mixing pile construction, steel reinforced selection and inserting and earthwork excavation, it describes matters needing attention of SMW construction method in construction. Combining with engineering examples, it analyzes its applicability in soft soil region, and points out advantages of SMW construction methods, such as short construction duration, low cost, and good impermeability and so on.

SMW construction method, foundation pit, cement, mixing pile, steel reinforcement

1009-6825(2016)20-0076-02

2016-05-05

趙 德(1980- )，男，工程師

TU463

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