城市道路深基坑工程中SMW圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究

潘思祎

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川成都 610000）

1 SMW 工法概述

SMW（Soil-cement Mixed Wall）工法是一種新型的圍護(hù)類型，具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力[1]。SMW 工法所使用的固化劑是現(xiàn)拌水泥，將水泥注入圍護(hù)結(jié)構(gòu)所在位置的土壤中，使用SMW 專用的水土攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，水泥與土壤充分混合粘結(jié)后得到比原來土體強(qiáng)度更高、整體性更好的水泥土柱。水土攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)在于其具有良好的抗?jié)B性能，而H 型鋼則可以獨(dú)立承受水土側(cè)壓力，利用兩者的特點(diǎn)結(jié)合后的整體結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定、不易發(fā)生位移的特性[2-3]。

由上述工藝制成的SMW 工法樁相比于其他形式的樁體，在城市道路深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)中具有顯著應(yīng)用優(yōu)勢。但工法的支撐系統(tǒng)尚未形成系統(tǒng)工序，受力機(jī)理和計(jì)算方式尚不清楚，特別是兩者之間的共同作用。因此，SMW 工法的支撐體系以及水泥土和H 型鋼及其抗彎曲性能值得進(jìn)一步研究。

2 工程概述

本文以珠海橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施非示范段主、次干路市政道路工程（二期）為工程研究背景。其中，在標(biāo)段范圍內(nèi)的主要施工道路概況如下：該標(biāo)段工程主要集中在天沐河兩側(cè)及口岸服務(wù)區(qū)，項(xiàng)目道路總長為23.9km，內(nèi)含13 條道路。其中2 條主干路長約2.29km，9 條次干路長約20.59km，1 條支路長約0.49km，一座隧道長約0.53km，包括配套的橋梁、市政管線、綠化、照明、交通設(shè)施、安監(jiān)設(shè)施等工程。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)各地塊之間規(guī)劃有地下公共車行通道，由于道路先于地塊建設(shè)，地下公共車行通道節(jié)點(diǎn)需與道路同期建設(shè)，地下車行通道基坑支護(hù)擬采用SMW 工法樁支護(hù)開挖。

3 工程地質(zhì)條件

在項(xiàng)目開始之前，勘察單位對(duì)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)、水文、周邊施工現(xiàn)狀等情況進(jìn)行了全面勘察，并根據(jù)勘察情況繪制詳細(xì)勘察設(shè)計(jì)報(bào)告。全面分析項(xiàng)目勘察報(bào)告可知，在標(biāo)段工程中的施工深度范圍內(nèi)分布各種性質(zhì)不同的土層，給項(xiàng)目施工帶來一定的難度。總結(jié)如下：

第1 層素填土：灰白、褐黃色，色雜，主要由粘性土、中粗砂組成，呈松散～稍密狀態(tài)。該層密實(shí)度不均。

第2 層淤泥：灰黃、灰色，飽和，流塑狀，局部含少量白色和淺黃色貝殼碎屑及腐殖物，土質(zhì)柔軟，刀切面細(xì)膩、有光澤，鉆進(jìn)過程中縮孔、流泥現(xiàn)象嚴(yán)重，流變特征明顯。

第3 層淤泥質(zhì)黏土：灰、灰黑色，飽和，流塑～軟塑，有腥臭味，有縮孔現(xiàn)象，含少量腐殖質(zhì)。

第4 層粉質(zhì)黏土：灰綠、灰白色、棕紅色等，可塑～硬塑，多雜少量中粗砂團(tuán)塊及鐵銹色堅(jiān)硬狀態(tài)黏土團(tuán)塊，分布廣泛，局部含碳化木屑及少量腐殖物。

地質(zhì)概況見表1。

表1 部分地質(zhì)條件物理力學(xué)指標(biāo)

4 城市道路基坑圍護(hù)和支撐系統(tǒng)

4.1 基坑圍護(hù)

城市道路作為城市交通樞紐最重要的一環(huán)，其工程質(zhì)量直接關(guān)系著城市運(yùn)行安全。本工程所在城市地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，地質(zhì)、水文、外部環(huán)境等影響因素給城市道路深基坑工程的施工帶來一定難度。綜合實(shí)際情況，將本工程的安全等級(jí)定位一級(jí)。根據(jù)現(xiàn)場施工情況且結(jié)合工程地質(zhì)環(huán)境和施工環(huán)境，經(jīng)過多方考慮現(xiàn)場附加荷載取值為20kPa。在一級(jí)安全等級(jí)下需要有足夠穩(wěn)定性的支護(hù)側(cè)壁對(duì)深基坑進(jìn)行安全支護(hù)，全面分析各類型深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)后本工程選擇SMW 工樁的方法，該工法的原理是借助具有高強(qiáng)度和黏結(jié)性的水泥土柱對(duì)被動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固處理，并使用以鋼筋混凝土在基坑內(nèi)部形成穩(wěn)定支護(hù)。

SMW 工法是在成樁指導(dǎo)下城市道路深基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)。為滿足工地條件和穩(wěn)定性要求，在橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)段工程中，設(shè)置SMW 工法樁的樁距為600mm，有效長度為30m。除此以外，根據(jù)SMW 工法特點(diǎn)將該結(jié)構(gòu)進(jìn)入粉質(zhì)黏土層的深度設(shè)置為2m，以充分發(fā)揮樁體強(qiáng)度較高的作用。形成的熱軋H 型鋼混合樁長為20.5～21m，間距為600mm。

受我國現(xiàn)行的深基坑樁施工工藝局限，成樁過程中影響因素較多，因此樁平面會(huì)有不同程度的誤差，本工程允許存在一定范圍內(nèi)的施工誤差且要求樁平面高度誤差為30mm；滿足為5%的規(guī)定要求。此外，為充分利用水泥土樁抗?jié)B性能較好的優(yōu)點(diǎn)，需要合理控制樁的定位誤差，并確保H 型鋼沿設(shè)計(jì)位置插入，將所有施工誤差控制在不影響成樁質(zhì)量的范圍內(nèi)，為后續(xù)施工創(chuàng)造良好條件。為保證H 型鋼在狀體結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其鋼材性能，在吊裝前需要對(duì)H 型鋼的質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，且為延長型鋼使用壽命，避免型鋼被污染腐蝕，其表面不能留下污漬，1mm 厚的保護(hù)涂料分布要均勻分布在H 型鋼表面。如果存在型鋼表面涂料分布不均勻或者部分掉落，需要及時(shí)去除原有表面涂料，重新刷涂符合規(guī)定的相同規(guī)格涂料。H 型鋼的插入時(shí)間要嚴(yán)格控制，具體插入時(shí)間應(yīng)根據(jù)H 型鋼的規(guī)格、設(shè)備性能等因素綜合確定，且插入時(shí)間不可拖延過長，需要在攪拌樁后4h 內(nèi)完成。

4.2 水平支撐系統(tǒng)

為確保城市道路深基坑牢固穩(wěn)定，施工中的水平支撐系統(tǒng)原料首先選擇鋼筋混凝土，該支撐系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是腰梁和帽梁，主支撐形式為輻射支撐和2 個(gè)環(huán)形梁?；疽笫橇好鏄?biāo)高為-3.8500m，使用的材料是C20 混凝土，梁的橫截面為1000mm×800mm，此外所有類型的梁橫截面加工均按照650mm×700mm 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。為提高水平支撐組件的穩(wěn)定性，遵循整體澆筑原理，可以通過附加支撐板支撐在環(huán)形梁結(jié)構(gòu)上的形式來滿足支撐要求。

4.3 支撐柱系統(tǒng)

在支撐柱系統(tǒng)中選用鋼格架柱和800mm 灌注樁的組合結(jié)構(gòu)，以滿足深基坑支護(hù)對(duì)支撐系統(tǒng)有較強(qiáng)支撐作用的要求。除此以外，前述內(nèi)容提及SMW 工法樁進(jìn)入粉質(zhì)黏土層的設(shè)計(jì)深度為2m，對(duì)填充樁具有較高的穩(wěn)定性要求。因此，SMW 工法要求填充樁的有效長度小于等于30m，且嚴(yán)格控制其施工質(zhì)量。

城市道路深基坑支撐柱系統(tǒng)中，首先要做好為做好填料施工前的準(zhǔn)備工作，其次將施工重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到井眼和打樁的質(zhì)量上。準(zhǔn)備工作如下：①根據(jù)相關(guān)規(guī)范和施工要求確定樁柱的平面誤差和垂直度誤差，本工程要求樁柱誤差為50mm 以內(nèi)且垂直度誤差為0.5%；②在現(xiàn)有施工條件和完成施工內(nèi)容的基礎(chǔ)上輔以泥漿墻進(jìn)行防護(hù)；③以規(guī)范為準(zhǔn)設(shè)計(jì)鋼格柱的垂直偏差，本工程要求其垂直偏差度滿足小于等于5%。此外，為保證支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，避免發(fā)生樁體倒塌等質(zhì)量安全事故，應(yīng)重視水泥墻的防護(hù)效果。

4.4 工程實(shí)例應(yīng)用

在該工程的建設(shè)中，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如主圍墻、出入口）中選擇SMW 工法樁。從現(xiàn)有施工條件和工藝水平出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，共選擇了4 套設(shè)備。施工工藝流程為：淺度開挖→設(shè)置移動(dòng)機(jī)架并定位→打樁機(jī)定位→攪拌→吊裝→噴涂→二次攪拌后進(jìn)行沉樁→二次吊裝→插入H 型鋼→完成沉樁施工→將H 型鋼進(jìn)行回收清理→現(xiàn)澆水泥漿。

（1）橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)段工程施工嚴(yán)格參照施工設(shè)計(jì)圖，通過全站儀測量等科學(xué)方法來確定控制點(diǎn)，排除人工測量導(dǎo)致誤差過大；根據(jù)國家規(guī)范及施工要求確定樁體平面誤差小于等于5mm 且做到吊裝位置精確。在開挖方法的基礎(chǔ)上形成導(dǎo)向槽，攪拌器就位后全程監(jiān)測樁體垂直度，若發(fā)生傾斜及時(shí)靈活調(diào)整。

（2）在施工過程中，根據(jù)鉆桿標(biāo)記的方式來嚴(yán)格控制樁身長度。水泥漿的注入工序應(yīng)和鉆桿下沉同步進(jìn)行，注漿過程應(yīng)保持連續(xù)性和均勻性。SMW 樁基于攪拌樁單孔重復(fù)套鉆而完成，對(duì)其整體穩(wěn)定性有明顯的影響。

（3）H 型鋼本身的質(zhì)量是影響SMW 工法樁具有較好支護(hù)性能的重要因素。因此，在施工前做好H 型鋼的防銹措施。

5 施工保障措施

（1）全面掌握?qǐng)龅匦畔⑹前踩┕さ南葲Q條件。為避免盲目施工行為，項(xiàng)目開始前所有施工人員應(yīng)明確工程所在地關(guān)于地質(zhì)、水文等方面的特征，詳細(xì)閱讀和了解相關(guān)地質(zhì)勘察報(bào)告，如果有地下障礙要及時(shí)清理。

（2）在本工程施工過程中，為避免泥漿中斷，嚴(yán)格根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求確定提升速度和泥漿壓力、樁結(jié)構(gòu)之間的咬合時(shí)間及H型鋼的插入時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。

6 結(jié)語

在本項(xiàng)目中成功應(yīng)用SMW 工法的經(jīng)驗(yàn)表明，SMW 工法有效適用于地質(zhì)環(huán)境較復(fù)雜的城市道路深基坑施工。在深入研究本工程的地質(zhì)條件和施工條件的基礎(chǔ)上，對(duì)城市道路基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)進(jìn)行闡述，提出了SMW 工法樁方案，對(duì)于保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、降低成本、縮短工期等施工指標(biāo)具有重要意義。此外，由于該項(xiàng)目所處施工環(huán)境復(fù)雜，作為SMW 方法在城市道路深基坑支護(hù)中的成功應(yīng)用，對(duì)于類似深基坑的設(shè)計(jì)與施工具有一定的參考意義。