深基坑工程建設(shè)中SMW工法樁圍護結(jié)構(gòu)及混合支撐的應(yīng)用

邊海洋

(中鐵上海工程局集團華海工程有限公司，上海 201100)

1 引言

SMW工法是建筑領(lǐng)域比較新穎的施工工法，以多軸攪拌機為主要施工設(shè)備，通過鉆地削土的方式實現(xiàn)水泥向土體內(nèi)的灌注處理，基于外力作用給予充分攪拌后，向攪拌樁內(nèi)置入H型鋼，由此構(gòu)成穩(wěn)定性較好的連續(xù)地下墻[1]。此墻體除了發(fā)揮出擋土結(jié)構(gòu)作用外，還是深基坑工程中重要的止水結(jié)構(gòu)。

2 工程概況

無錫地鐵1號線萬達城站工程項目，起訖里程SK32+349.290～SK32+546.690，外包尺寸長199 m，該車站共配置4個出入口和2組風亭。本項目施工中基坑深度約15.91 m，綜合考慮周邊地質(zhì)、水文等方面的特點，擬定為“放坡+坑中坑”的方式，從而形成具有穩(wěn)定性的主體圍護結(jié)構(gòu)。坑中坑施工為重點環(huán)節(jié)，引入SMW工法樁。

3 工程地質(zhì)條件

全方位地質(zhì)勘察是順利推進施工作業(yè)的關(guān)鍵，施工單位深入現(xiàn)場，從地質(zhì)、水文、周邊建(構(gòu))筑物等方面入手作綜合性勘察。所得結(jié)果表明，本項目難點在于施工深度范圍內(nèi)分布多類性質(zhì)各異的土層，具體作如下總結(jié)。

第1層雜填土：上部主要分布有三合土、灰土，表現(xiàn)出相對較高的密實度；下部分布大量具有松散特性的素填土。剩余區(qū)域則以雜填土居多，構(gòu)成的土層結(jié)構(gòu)偏松軟，分布部分碎石其含量約10%～30%，主要粒徑范圍為1.0～6.0 cm，少部分區(qū)域夾大塊石；中下部分布大量軟塑黏性土。此層底標高-0.51～3.63 m，不具備優(yōu)良的地質(zhì)性能表現(xiàn)。

第2層黏質(zhì)粉土：頂部集中分布大量黃灰色粉質(zhì)黏土，下部以灰色居多，其中摻雜部分云母碎屑，少部分區(qū)域有豐富的砂質(zhì)粉土。該層底標高-10.93～-7.06 m，深基坑施工區(qū)域內(nèi)厚度分布不均，為5.6～8.70 m。土層主要特點為中偏低壓縮性，在地質(zhì)性能方面的表現(xiàn)較第1層有所改善但相對一般。

第3層粉質(zhì)黏土：主要呈灰色、流塑狀，蘊含大量有機質(zhì)，部分區(qū)域摻淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，薄層0.2～5.0 cm。本層底標高-12.76～-9.38 m，厚度分布不均，主要為0.40～2.80 m。從地質(zhì)性能方面來看本層土表現(xiàn)欠佳，伴隨較高的壓縮性。

第4層黏土：少部分區(qū)域含粉質(zhì)黏土，主要呈黃灰色～灰色，狀態(tài)方面以可塑～硬塑為主。地層標高-23.25～-21.54 m，具有較為良好的地質(zhì)性能表現(xiàn)。對于施工地層的部分土質(zhì)類型及其在物理力學方面的表現(xiàn)，具體見表1。

表1 部分土質(zhì)條件物理力學指標

注：表中指標為快剪指標，帶*為經(jīng)驗值

4 基坑圍護和支撐體系

4.1 基坑圍護

深基坑工程量偏大，易受到地質(zhì)、水文、外界環(huán)境等多方面因素干擾，要求支護側(cè)壁具有足夠穩(wěn)定性，此處將其安全等級設(shè)為一級。根據(jù)現(xiàn)場施工情況計算場地附加荷載，經(jīng)多方面考慮后取20 kPa。深基坑支護工作中選擇的是SMW工法樁的方式，以鋼筋混凝土為主要材料形成內(nèi)支撐，基于水泥土的作用實現(xiàn)對被動區(qū)的增強處理。

SMW工法是深基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)，在其指導(dǎo)下成樁。依據(jù)現(xiàn)場情況以及穩(wěn)定性要求，樁距設(shè)為600 mm，有效長度37 m，為發(fā)揮出樁體作用，該結(jié)構(gòu)入卵石層深度≥2 m。攪拌樁成型后向其中置入熱軋H型鋼，此構(gòu)件長20.5～21 m，間距600 mm。

通常，在多方面因素作用下樁平面將存在不同程度的誤差，針對此問題提出誤差≤30 mm的要求；對于垂直度偏差應(yīng)滿足≤0.5%的要求。合理控制樁的定位誤差可為后續(xù)施工創(chuàng)造良好條件，確保H型鋼沿指定位置插入，有助于增強樁體抗?jié)B性能。H型鋼起吊安裝前需全面檢查其質(zhì)量情況，表面不可殘留污漬，該處的減磨料分布做到各處均勻，厚度≤1mm。若存在減磨料土層掉塊等問題需及時將該部分鏟除并清理，再刷涂與原材料規(guī)格一致的涂料[2]。綜合H型鋼的規(guī)格、設(shè)備性能等因素確定合適插入時間，需在攪拌樁結(jié)束后的4h內(nèi)完成。

4.2 水平支撐系統(tǒng)

深基坑施工中選用的是以鋼筋為原材料所構(gòu)成的水平支撐系統(tǒng)，以腰梁和帽梁為主要結(jié)構(gòu)，并配套輻射撐和2道環(huán)梁?；疽鬄榱好鏄烁?3.8500 m，所用材料為C20混凝土；橫梁截面1000 mm×800 mm，除此之外的各類梁截面加工均按照650 mm×700 mm的標準控制。遵循整體澆筑原則，精準定位H型鋼標高-7.55 m處，于該處通過焊接的方式設(shè)置牛腿懸挑腰梁。增設(shè)托板可實現(xiàn)對環(huán)梁結(jié)構(gòu)的支撐，以提高水平支撐構(gòu)件的穩(wěn)定性[3]。

4.3 支撐柱系統(tǒng)

此系統(tǒng)具有很強的支撐作用，選擇鋼格構(gòu)柱和φ800 mm灌注樁相結(jié)合的方式。嚴格控制灌注樁施工質(zhì)量，要求其有效長度達37 m，為滿足穩(wěn)定性要求置入卵石層深度至少達2 m。

做好灌注施工前的準備工作，經(jīng)計算后確定該樁柱的具體安裝位置，要求平面誤差≤50 mm，垂直度誤差≤0.5%。通過增設(shè)護筒的方式可為后續(xù)施工提供基礎(chǔ)條件，并輔以泥漿護壁措施，相關(guān)準備工作落實到位有助于提高成孔、成樁質(zhì)量。經(jīng)驗表明，若泥漿護壁效果欠佳易導(dǎo)致樁體發(fā)生塌孔等質(zhì)量問題，不利于支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性。關(guān)于鋼格構(gòu)柱的設(shè)置，其產(chǎn)生的垂直度偏差也應(yīng)滿足≤0.5%的要求。

4.4 工程實例應(yīng)用

萬達城站施工中，主體圍護、出入口等相關(guān)配套結(jié)構(gòu)施工中均選用SMW樁?？紤]現(xiàn)場施工條件，共選用4套設(shè)備，依據(jù)特定流程有序推進各環(huán)節(jié)施工作業(yè)：開挖導(dǎo)溝→設(shè)置機架移動→樁機定位→攪拌、提升、噴漿→重復(fù)攪拌下沉→重復(fù)提升→插入型鋼→施工結(jié)束→H型鋼回收、注漿。

(1)以設(shè)計圖紙為依據(jù)，利用全站儀測量確定控制點，于指定位置精確放出樁位，要求其平面偏差≤5 mm?；陂_挖的方式形成導(dǎo)向槽，將存留的地下障礙物清理干凈，以溝槽平面為基準，在其垂直向設(shè)置H型鋼，增設(shè)定位卡以免其發(fā)生偏移現(xiàn)象，此處共使用2根H型鋼。攪拌機就位，根據(jù)樁架垂直度情況進行靈活調(diào)整[4]。

(2)鉆桿標記是重要的前期準備工作，施工中應(yīng)注重對樁長的控制。鉆桿下沉過程中注入水泥漿，要具有連續(xù)性與均勻性。SMW樁搭接方式對其整體穩(wěn)定性具有較明顯的影響，基于攪拌樁單孔重復(fù)套鉆而完成。

(3)H型鋼各方面質(zhì)量要達標，施工前均勻刷涂減摩劑，依據(jù)設(shè)計要求就位，在樁機的作用下實現(xiàn)對其位置的靈活調(diào)整，將其吊起后借助重力沿特定軌跡插入攪拌樁，或通過送樁錘外力作用而實現(xiàn)。完成結(jié)構(gòu)施工作業(yè)后，通過頂板裝置的輔助作用將預(yù)先設(shè)置的H型鋼拔出，給予清理并保養(yǎng)，以便用于后續(xù)施工。

5 施工保證措施

(1)避免盲目施工行為，在施工前所有參建人員應(yīng)全方位掌握現(xiàn)場情況，明確地質(zhì)、水文等方面的特點，準確認知工程目標以及工藝方法，若存在地下障礙物則要得到及時的清理[5，6]。水泥漿拌制工作中可選擇普通硅酸鹽水泥，經(jīng)試驗后確定配比，設(shè)置標準水箱以便實現(xiàn)對水灰比的精確控制，提高水泥漿攪拌均勻性，持續(xù)攪拌時間≥3 min，經(jīng)過濾漿處理后應(yīng)完全轉(zhuǎn)移至集料池中，給予持續(xù)性的攪拌，以免發(fā)生水泥離析現(xiàn)象。

(2)施工中，提升速度≤200 cm/min，各階段的注漿壓力均要維持在0.4～0.6 MPa，避免注漿中斷現(xiàn)象。樁結(jié)構(gòu)間的咬合時間不可超過24 h，若超出該時間要求但依然未咬合，必須視實際情況采取補樁措施。H型鋼的插入時間應(yīng)得到控制，結(jié)束攪拌樁施工后的30 min內(nèi)插入較為合適，確保型鋼定位準確性，最大限度減小位置偏差。

6 結(jié)語

本項目中，深基坑施工的地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，明顯加大了施工難度?；趯ΜF(xiàn)場情況的分析提出了SMW工法樁的方案，在其作用下可確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，深基坑施工安全狀況良好，且在減少成本、縮短工期等方面都具有較好的表現(xiàn)。簡言之，所提出的施工方法可為類似的基坑施工提供參考。