SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

吳小敬 呂衛(wèi)東

(1中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063；2長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

吳小敬1呂衛(wèi)東2

(1中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063；2長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

長江三角洲沖擊平原淤泥質(zhì)土分布廣泛、厚度大,承壓水水位高，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，深基坑工程維護(hù)施工困難。本工程采用了一種SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿新的雙排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，工程實踐表明，此種圍護(hù)結(jié)構(gòu)在該工程地質(zhì)條件下支護(hù)效果良好，對大型軟土深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工具有借鑒意義。

SMW工法；鉆孔灌注樁；預(yù)應(yīng)力錨桿；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；深基坑

SMW (Soil Mixing Wall)[1]工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，80年代從日本引入我國，采用三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入型鋼（多數(shù)為H 型鋼，亦有拉森式鋼板樁或鋼管等），有效地結(jié)合了型鋼的高強度特性和水泥土的止水性能，是一種剛度大、抗?jié)B性好的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)；同時，型鋼的回收重復(fù)利用，降低了施工成本；另外，還具有構(gòu)造簡單、施工方便、工期短、不影響周圍環(huán)境等優(yōu)點[2，3]，在軟土地區(qū)深大基坑項目圍護(hù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

本工程應(yīng)用了一種新型的雙排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系–SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿的雙排樁支護(hù)方案，其中前排樁采用SMW工法，擋土止水性能合二為一，后排樁采用鉆孔灌注樁。該圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)剛度和變形控制優(yōu)于單排懸臂樁，同時可創(chuàng)造一個比較方便的土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工空間，因此具有較好的應(yīng)用前景。

1 工程概況

該工程位于蘇州市吳江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，地貌單元屬長江三角洲沖擊平原。場地地勢相對平坦，原為農(nóng)田及民宅，有一河道呈東西走向貫穿整個場地，寬度在15 m～30m之間，深度約3-6m?；娱_挖工段近似呈“[”形，規(guī)模大，圍護(hù)長度約為310m，東段開挖深度為12.23m，西段開挖深度為6.7m，中間高差為5.53m。本文論述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用在東段的南、北兩側(cè)深處基坑，支護(hù)高度達(dá)11.23m。

2 工程地質(zhì)

表1 土層的工程地質(zhì)巖土特性參數(shù)

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地土層主要由①-1素填土、①粉質(zhì)粘土、②淤泥、③-1粘土、③-2粉質(zhì)粘土、③-a粉質(zhì)粘土、④-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④-2粉土、④-3粉質(zhì)粘土等土層組成，各土層的工程地質(zhì)巖土特性參數(shù)見表1。

上部孔隙潛水主要賦存于②號淤泥及其上覆土層中，淤泥質(zhì)土的富水性與透水性均一般，孔隙潛水主要通過大氣降水–地表水滲漏補給，通過蒸發(fā)排泄, 常年穩(wěn)定水位在地表以下-2.20m。下部微承壓水主要賦存于④-2粉土層中，主要受側(cè)向徑流補給。隔水層為③-1層可塑狀粘土層、③-2層可塑狀粉質(zhì)粘土層、③-a層可塑狀粉質(zhì)粘土層及④-1號淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，總體分布穩(wěn)定，具有一定厚度，微承壓水對本工程的深基坑開挖較為不利，場地內(nèi)大量勘探孔及坑內(nèi)工程樁的樁管內(nèi)外側(cè)壁均有可能構(gòu)成微承壓水上升通道。

3 基坑圍護(hù)方案

基坑圍護(hù)方案的選定必須綜合考慮工程特點和周邊環(huán)境情況以及地質(zhì)和水文條件，在滿足地下結(jié)構(gòu)施工以及確保周邊建筑安全可靠的前提下盡可能的做到經(jīng)濟(jì)合理，施工方便以及提高工效。

整個場地土質(zhì)條件較差，在東段南、北兩側(cè)深處基坑，挖深11.23m，由于上部②層淤泥土層較厚，一般都在5m以上，這層土產(chǎn)生的側(cè)向主動土壓力非常大，對基坑開挖很不利，并且這層土也限制了預(yù)應(yīng)力錨桿的施工；另外，基坑底部以下還存在比較厚的相對軟弱層，特別是4-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，該層土厚度超過5m，一般都在10m左右，這使得整個基坑邊坡也有沿該土層發(fā)生深層滑動的可能。為嚴(yán)格控制基坑側(cè)壁變形，并解決基坑深層滑動問題，同時考慮到工期要求和基坑降水難題，該工段采用SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿的雙排樁支護(hù)方案（圖1為基坑典型剖面圖），具有施工空間大，施工速度快，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)性方面均有很大優(yōu)勢。為減少圍護(hù)體系的側(cè)向土壓力，結(jié)合場地土層分布及地下水情況，基坑分為二級支護(hù)。

圖1 基坑典型剖面圖

第一級采用土釘墻支護(hù)，高度2.5m，按1∶1放坡，坡腳設(shè)3.7m寬平臺。土釘為3道打入式Φ48錨管，第一道在頂部垂直打入，長度為1.5m，水平間距為1500mm；另兩道分別在-2.100m和-3.200m處傾斜打入，長度分別為4.5m和3.0m，傾角均為10°，水平間距為1500mm。

第二級采用樁錨圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。采用雙排樁，前排樁為SMW工法，?850@600三軸攪拌樁內(nèi)插入H700×300型鋼，隔一插一，型鋼間距1200mm，樁長為20m。后排樁采用850@1200鉆孔灌注樁，樁長為18.5m，間隔跳打。在-7.000m和-9.500m處分別設(shè)2道預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿盡量控制在3-2層土內(nèi)，總長20m，自由段長度5m，錨固段長度15m，傾角α=15°/17.5°交錯布置，承載力設(shè)計值為180kN。

為提高圍護(hù)體系的整體穩(wěn)定性，雙排樁樁頂各澆注一道鋼筋混凝土壓頂圈梁，兩道圈梁用混凝土連接板加以聯(lián)接成整體，前排圈梁亦可作為日后拔除H型鋼施壓千斤頂?shù)幕?/p>

為預(yù)防基坑邊坡沿4-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層發(fā)生深層滑動，對基坑底沿工法樁周邊部分區(qū)域，采用攪拌樁墩式加固，預(yù)防基坑底水平位移增大并防止土體隆起，保證穩(wěn)定性。

4 地下水治理方案

本基坑地下水處理方案采用集水明排方法，土方開挖過程中及開挖至坑底后應(yīng)在基坑內(nèi)設(shè)置臨時排水溝和集水井，集水井應(yīng)盡量設(shè)置在陰角處，也可在基坑內(nèi)布置疏干管井預(yù)降水，井管徑350mm，孔徑600mm，間距15m左右，井管材料采用無砂混凝土管或波紋管制作，預(yù)降水宜在土方開挖前15天進(jìn)行。

5 基坑圍護(hù)設(shè)計

采用m法進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算，開挖至坑底深-12.230時，基坑計算內(nèi)力及變形包絡(luò)圖如圖2所示。前排SMW工法樁樁身最大彎矩為276kN·m，發(fā)生在-6.10m處；后排灌注樁樁身最大彎矩為469kN·m，發(fā)生在樁頂處；支護(hù)體最大變形在坑底下-2.5m樁頂處，變形量為14.50mm。錨桿的最大支反力為148KN。

圖2 基坑內(nèi)力及變形計算結(jié)果

離基坑越遠(yuǎn)，地表沉降量越小，分別按照三角形法、指數(shù)法和拋物線法三種不同的計算方法，基坑邊最大沉降量為25mm，如圖3所示。

圖3 基坑沉降量

6 監(jiān)測成果分析

基坑按二級進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點，對坡頂及圍護(hù)墻頂?shù)纳顚铀轿灰萍柏Q向位移（沉降）、錨桿應(yīng)力、地下水位等進(jìn)行觀測，根據(jù)監(jiān)測信息指導(dǎo)施工、預(yù)測和分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)工作性能。

6.1 深層水平位移

在該基坑圍護(hù)工段設(shè)置了4根測斜管，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，最大位移位于樁頂處，約為34 mm，基本上控制在基坑總深度的1/350范圍以內(nèi)，隨著基坑深度的增加，樁體深層水平位移逐漸減少。在錨桿應(yīng)力觀測中，南、北側(cè)各設(shè)置一個點，錨桿應(yīng)力監(jiān)測值的最大值112KN，小于錨桿設(shè)計荷載值180 kN，在基坑開挖過程中，錨桿應(yīng)力的增長幅度比較平緩。

以上表明支護(hù)對基坑側(cè)壁的變形控制是比較理想的，雙排樁具有較大的抗側(cè)剛度，連接混凝土板有效控制了工法樁地表的初始變形，預(yù)應(yīng)力錨桿限制了樁體中間的鼓起。

6.2 其它

南北兩側(cè)基坑各布置水平、垂直位移監(jiān)測點3個。監(jiān)測結(jié)果表明，坡頂最大水平位移為33 mm，最大沉降值約為36 mm，周邊環(huán)境未出現(xiàn)嚴(yán)重開裂或下陷現(xiàn)象，對周邊環(huán)境影響小。由于基坑附近有鋼筋堆場和過車的道路，對基坑變形產(chǎn)生了不利的影響，測量值要比沒有這種不利影響測得的值要大。

在施工過程中，未見基坑側(cè)壁有明顯的漏水點，表明側(cè)壁相當(dāng)于止水帷幕，止水效果好。

7 結(jié) 語

在軟土地區(qū)的深大基坑中采用SMW工法+鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿的雙排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)是切實可行的。這種復(fù)合型圍護(hù)體系與地下水的控制緊密結(jié)合，使基坑圍護(hù)獲得了成功，是一種較新的施工工藝，對以后類似工程基坑圍護(hù)有著積極的借鑒意義。通過以上分析主要得出以下結(jié)論：

1）該圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的成功應(yīng)用，表明其具有較高的抗側(cè)移剛度，能較好地滿足工程技術(shù)要求。

2）該結(jié)構(gòu)體系的采用，有效地降低了工程造價，縮短了施工工期，對周圍土層影響小。

3）SMW 工法攪拌樁墻體可以起到止水帷幕作用，止水效果好，降水難度得到降低。

4）工程完工后H 型鋼的回收利用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]成幸工業(yè)( 株) . SMW 工法. 基礎(chǔ)工，1986, ( 8) :105

[2]張忠苗. 樁基工程[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]劉建航，侯學(xué)淵. 基坑工程手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

Combination of SMW construction method and bored piles with prestressed anchor applied to deep foundation pit support

Along the alluvial plain of the Yangtze River Delta, it is challenging to construct a deep foundation pit due to widely distributed and thick muddy soil, a high confined water level, and complex geological conditions. This project used a new retaining structure with double-row piles of the SMW construction method and bored piles combined with prestressed anchor. Engineering practices show that this retaining structure has a good supporting effect under the above geological conditions, and this paper provides a reference for the construction of retaining structures for large-scale, deep foundation pits.

SMW construction method;bored piles;prestressed anchor;retaining structure;deep foundation pit

TU463

B

1003-8965（2017）05-0138-03