SMW工法樁在臨海深基坑圍護中的應用

邱建偉

(1.福建永強巖土股份有限公司 2.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術研究中心 福建龍巖 364000)

SMW工法樁在臨海深基坑圍護中的應用

邱建偉1,2

(1.福建永強巖土股份有限公司 2.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術研究中心 福建龍巖 364000)

以廈門市某臨?；又ёo工程實例，根據(jù)工程地質(zhì)情況并通過經(jīng)濟對比確定該項目基坑支護形式，并結(jié)合施工過程中的重點和難點，介紹了SMW工法在臨?；庸こ虘弥蟹烙可凹八酀{液水灰比確定等關鍵技術。

SMW工法；基坑圍護；涌砂；水灰比

0 引言

隨著地下空間的開發(fā)，地下室基坑工程施工已經(jīng)成為很多工程不可避免的一部分?；訃o的造價及施工工期對整個項目的影響日漸突出。如何有效降低基坑圍護的造價且加快施工進度，對降低工程風險，保護周邊建筑及自然環(huán)境，降低投資成本有重要意義。

目前基坑工程中常用的基坑圍護結(jié)構有連續(xù)墻、SMW工法樁、灌注樁等形式[1]。連續(xù)墻支護止水效果好，但是工藝復雜、技術要求高，無論是槽體施工、澆筑混凝土、墻體間接頭，均需要處理得當，工序較多且一旦工序搭接不緊湊產(chǎn)生施工冷縫，將影響連續(xù)墻的止水效果，造價很高、工期長，經(jīng)濟性角度分析不太適合臨時基坑。灌注樁+止水帷幕造價較連續(xù)墻低，但是施工仍然比較復雜、工期長。SMW工法采用水泥作為膠凝材料與地基土進行攪拌大量利用原狀土成樁，且承受主要荷載的H型鋼在基坑施工完成后可回收利用。相對于常用的連續(xù)墻、鉆孔灌注樁等圍護結(jié)構而言，SMW工法樁具有工期快、造價低等優(yōu)勢[2]。施工不擾動鄰近土體，不會產(chǎn)生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害[3]。

本文擬以廈門市某臨?；又ёo工程為實例，闡述SMW工法樁在臨海深基坑圍護中應用，以供類似工程項目借鑒。

1 工程概況

擬建工程場地原為海灣灘涂地帶，后經(jīng)固岸護堤吹填平整，現(xiàn)場地地勢較為平坦，整平后地面黃海高程約為6.5m，地下室底板底標高-1.70m，基坑開挖深度8.20m。主要擬建建(構)筑物為8棟120m～150m高層住宅。設2層地下室,占地面積80 000m2?；又荛L約1 100m，基坑總面積約70 000m2。

2 地質(zhì)概況

根據(jù)地勘報告揭露，場地基坑圍護范圍內(nèi)地基巖土層主要為：①1素填土、①2吹填砂、②1粗砂、②2淤泥、③1粉質(zhì)粘土、③2粗砂、③3淤泥質(zhì)粘土、④凝灰?guī)r殘積粘性土、⑤全風化凝灰?guī)r。詳見圖1地質(zhì)剖面圖。

圖1 地質(zhì)剖面圖

3 方案比選

3.1 施工難點

(1)基坑的開挖深度約8.2m，上部存在較厚未沉降固結(jié)的填砂，可以借鑒的成功經(jīng)驗較少。

(2)填砂層較松散，透水嚴重，基坑開挖范圍受潮汐影響地下水位較高，圍護結(jié)構設計除必須滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求外，同時對坑外止水或基坑降水要求非常高，防止基坑開挖過程中出現(xiàn)流沙現(xiàn)象。

(3)項目周邊存在較多市政管網(wǎng)，基坑圍護施工還要減小對周邊環(huán)境的影響，地面沉降需控制在一定范圍內(nèi)防止周邊地面開裂，確保鄰近建筑物和地下管線的正常使用。

3.2 方案選擇

根據(jù)工程力學性質(zhì)、基坑地下水位高、基坑均處于軟土區(qū)，設計提供了以下兩個參考方案：

(1)沖孔灌注樁+三軸攪拌樁止水

設計方案：沖孔灌注樁+止水帷幕，沖孔灌注樁樁徑800mm，樁中心間距1 200mm，樁間設直徑850mm三軸攪拌樁，咬合225mm，樁長12m或15m。灌注樁樁身強度C30，攪拌樁水泥采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比1.5～2.0∶1，水泥土攪拌樁的水泥滲入量不小于20%。

(2)SMW工法樁支護

SMW工法樁，樁身為三軸攪拌樁，樁徑850mm，樁中心間距600mm，搭接250mm，樁長12m或15m，內(nèi)插H型鋼采用Q235鋼H700×300×13×24隔一插一。攪拌樁水泥采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比1.5～2.0∶1。兩個方案經(jīng)濟對比詳見表1。

表1 方案經(jīng)濟對比

通過對比沖孔灌注樁+止水帷幕整體造價高出約374萬元，且沖孔灌注樁施工工期較長，在砂層中施工容易出現(xiàn)塌孔夾渣等質(zhì)量問題，項目策劃組和技術部相關人員經(jīng)過討論最終選擇了SMW工法作基坑支護。

4 施工關鍵技術

施工流程應根據(jù)施工現(xiàn)場臨設布置、周邊環(huán)境、交叉作業(yè)施工等因素，施工時候不得出現(xiàn)施工冷縫，相鄰段咬合樁的施工必要間歇時長不得超過12h，為滿足防滲要求必須進行重復套鉆施工。針對臨海區(qū)域深基坑特殊地質(zhì)情況，其支護設計見圖2，施工關鍵技術主要有如下3點。

圖2 支護剖面圖

4.1 止水帷幕防涌砂施工技術

(1)涌砂現(xiàn)象

基坑開挖過程中，3-3剖面中部處，開挖到地下4m處出現(xiàn)直徑約35mm的孔洞，孔洞內(nèi)流砂量不斷增大，孔洞直徑呈擴大趨勢，且隨著孔洞直徑的增大，基坑坡頂出現(xiàn)輕微裂縫，裂縫寬度約3mm。

(2)原因分析

涌砂位置粗砂層中存在大粒徑的塊石，三軸攪拌樁施工過程中遇塊石易出現(xiàn)攪拌不均勻現(xiàn)象，塊石和水泥漿不能完全結(jié)合。

施工現(xiàn)場局部樁成樁質(zhì)量較差，經(jīng)取樣發(fā)現(xiàn)為砂夾樁，現(xiàn)場判定原因是施工過程中提鉆速度過快，未攪拌均勻，導致樁體出現(xiàn)真空段，形成流砂。

(3)施工關鍵技術

施工范圍內(nèi)砂層較厚且塊石粒徑較大，為確保三軸攪拌機的攪拌效率，需采用大功率的三軸攪拌機，結(jié)合現(xiàn)場情況，該項目采用JB-160型號樁架鉆桿直徑為850mm的三軸攪拌機，施工效果良好。

在攪拌樁的施工過程中,要特別注意控制下鉆與提升的速度。該項目規(guī)定下鉆速度應比提升速度慢1倍左右,這樣，既可保證水泥土的充分攪拌,又可獲得較高的貫入速度。水泥土攪拌樁施工時，不得沖水下沉，鉆頭提升速度不得大于2m/min。

4.2 制備水泥漿液關鍵技術

(1)水灰比確定原因分析

設計要求中，為了使H型鋼能夠通過自重下沉到位，水泥漿液拌制時要求水灰比為1.5～2.0∶1。設計說明中要求水泥土28d無側(cè)限抗壓強度≥1.2MPa。通過水泥土強度試驗數(shù)據(jù)顯示，采用該水灰比的水泥漿液強度很難滿足1.2MPa的要求，水泥土的離散性使得強度隨深度的增加而逐漸減小，靠近地面的水泥漿液強度最大為0.8MPa，一定深度內(nèi)水泥漿液強度最小為0.3MPa。所以，根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定水灰比尤為重要。

(2)施工現(xiàn)場水灰比的確定

設計過程中，H型鋼負責承受作用在土體上的力，而水泥墻僅僅負責止水，從而忽視水泥漿液對基礎的加固作用，導致施工現(xiàn)場很多基坑加固達不到設計要求。為了提高水泥漿液強度，使其起到基坑加固作用，提高安全性，施工現(xiàn)場經(jīng)過試驗確定不同情況下水泥漿液水灰比取不同的值，具體為：攪拌樁內(nèi)插型鋼作為支護樁墻時水灰比取1.3∶1，作為止水帷幕的攪拌樁時水灰比取1.5∶1。

4.3 插入型鋼并固定

在距離H型鋼頂部15cm處切割一個孔徑約8cm的圓孔，作為型鋼插入和回收時的吊孔，且在圓孔上部加焊兩塊腹板，減少H型鋼起吊過程中引起的應力集中。三軸攪拌樁施工完成之后，50T履帶吊起吊H型鋼，型鋼在自重作用下保持豎直插入攪拌樁中心。H型鋼下沉至設計標高，用槽鋼穿過吊孔將H型鋼吊溝槽側(cè)邊的定位型鋼上，施工完成2d后再將吊筋和槽鋼撤去。

5 質(zhì)量控制

5.1 攪拌樁質(zhì)量控制

為保證攪拌樁墻的連續(xù)性和防滲效果，三軸攪拌樁采用套接一孔法施工。由于吹填砂層含水量較大，部分水泥漿順著潮水導致的水頭差滲入砂層，導致樁身水泥漿實際水灰比有所提高，降低了樁身水泥的摻量。為此項目實際施工時候參照試樁取芯結(jié)果，在吹填砂層噴漿時降低水灰比，增大水泥用量15%，穿過吹填砂層后進入粉質(zhì)粘土再適當增大水灰比，防止土層中存在較大的土塊影響攪拌樁質(zhì)量[4]。

5.2 型鋼定位控制

采用拉線方法安設定位型鋼，沿型鋼長度方向每隔2m在型鋼兩側(cè)對稱插入長50cm的Φ10鋼筋限制型鋼的橫向移動。通過鋼卷尺測量H型鋼到定位型鋼的距離確保型鋼中心與設計樁中心一致，用槽鋼穿過H型鋼頂部開孔，并將槽鋼固定在定位線上與定位型鋼相互垂直，在H型鋼定位安放過程必須保證性定位型鋼的穩(wěn)定性。

施工順序見圖3。

圖3 施工順序示意圖

6 基坑監(jiān)測

根據(jù)設計要求在基坑頂埋設56個監(jiān)測點：

(1)基坑沉降變形量最大累計沉降量為2.3mm，日均變形量為0.03mm；

(2)基坑水平側(cè)移變形量最大累計側(cè)移3mm，日均側(cè)移量為0.04mm。通過檢測數(shù)據(jù)可知，在基坑檢測階段內(nèi)日均變形速度≤0.04mm/d。基坑開挖未出現(xiàn)滑坡，支護垮塌等事故，周邊管線無損壞，周邊建筑地板未出現(xiàn)裂縫和建筑整體未出現(xiàn)傾斜，周邊地面未出現(xiàn)沉陷。

7 結(jié)語

SMW工法在我國已經(jīng)使用了二十幾年，該工法減少了擠土效應、減少泥漿排放、降低資源消耗，對我國建筑資源的循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。作為施工過程的實施者，應該在施工過程中總結(jié)各種工況下的施工控制措施，進一步加強防范施工過程中容易出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題，減少施工質(zhì)量事故，減少經(jīng)濟損失。通過工程實踐對目前的施工工藝進行大膽創(chuàng)新，推動SMW工法的普及應用。作為研究人員應進一步完善SMW工法的理論分析模型，最大程度地模擬現(xiàn)場實際受力情況，增強對工法可靠度的控制。

[1] 王俊平.SMW工法樁在地下工程中的應用[J].科技信息，2008(01)：104-105.

[2] 張義龍.SMW工法樁在軟土地基的施工應用和質(zhì)量控制[J].工程技術，2015(41)：162-163.

[3] 韋明嵩.SMW工法樁在深基坑圍護中的應用[J].江西建材，2015(11)：88-89.

[4] JGJ/T199 - 2010 型鋼水泥土攪拌墻技術規(guī)程[S].中華人民共和國住建部，2010(10).

Application of Soil Mixing Wall in coastal Foundation Supporting

QIUJianwei1，2

(1.Fujian Yongqiang Geotechnical Co., Ltd.,2.Geotechnical and environmental enterprise engineering technology research center of Fujian, LongYan 364000)

This article combined with the Xiamen City,a foundation pit supporting engineering examples,according to the engineering geological conditions and the economic comparison to determine the project foundation pit support form.Combined with the key and difficult in the construction process,introduces the SMW method in the excavation engineering,prevent sand gushing and determine the key technology of water cement ratio of cement slurry.

Soil Mixing Wall;Foundation Supporting;Sand gushing;Water cement ratio

邱建偉(1989.12- )，男，助理工程師。

E-mail:yqytqjw@163.com

2016-09-08

TU4

A

1004-6135(2016)12-0056-03