SMC工法在復(fù)雜環(huán)境深基坑支護中的應(yīng)用

吳曉雨 耿顯勇 李棟謀 何 飛 顧洪磊

(山東省建設(shè)建工(集團)有限責(zé)任公司 山東濟南 250014)

0 引言

隨著城市地下空間建設(shè)的應(yīng)用需求逐步加大，深基坑工程的質(zhì)量和安全受到廣泛的關(guān)注。SMC工法作為一種新型支護方法，通過深層銑削工藝，改變原狀土結(jié)構(gòu)，在攪拌過程中摻入固化劑，將分散的土體凝聚成整體性和具有一定強度的等厚復(fù)合土墻[1]。本文通過對復(fù)雜環(huán)境下，深基坑工程實例中SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術(shù)的應(yīng)用，分析其穩(wěn)定性、適用性、經(jīng)濟性，并為類似環(huán)境深基坑的施工提供經(jīng)驗。

1 工程概況

南辛莊片區(qū)棚戶區(qū)改造安置房建設(shè)項目地塊—東區(qū)(EPC)工程，位于濟南市槐蔭區(qū)南辛莊街南側(cè)、南辛莊東街東側(cè)，包括4棟住宅樓及地下車庫?；有螤畈灰?guī)則，東西長約144.5 m，南北寬約89.5 m。開挖深度13.5 m，基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

場區(qū)位于屬于山前沖洪積平原中下部,地層為第四系沖洪積成因的粘性土、碎石土,下伏中生代燕山期輝長巖風(fēng)化帶。通過對場地地質(zhì)進行數(shù)據(jù)分析,綜合考慮基坑周邊環(huán)境和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度,兼顧基坑支護穩(wěn)定性、適用性、經(jīng)濟性,確定基坑支護方案采用“SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻+ 三道預(yù)應(yīng)力錨索”的支護方式(圖1)。支護深度13. 5 m,型鋼高出冠梁頂面0. 5 m,攪拌墻幅長2800 mm,寬650 mm,搭接200 mm,深度均為15 m ～ 18 m,型鋼采用HN500×200×10×16,共計138幅,一期槽60幅,二期槽68幅,型鋼約535根。

圖1 基坑支護剖面圖

2 施工難點分析及方案優(yōu)化

(1)周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，周圍存在較多的高層建筑物及管線，基坑距離紅線最近處約2.15 m。

場地緊鄰18層高層住宅群，周邊地下管線眾多，基坑開挖不具備自然放坡條件，開挖深度內(nèi)局部地層姜石、碎石含量高，若處理不當，將對施工安全、進度產(chǎn)生影響。

(2)止水要求高

該工程地下水類型為第四系孔隙潛水，主要由大氣降水補給。地下水位隨季節(jié)不同而變化，場地內(nèi)靜止水位埋深4.0 m，相應(yīng)標高為36.2 m～37.0 m?；拥撞繕烁邽?7.40 m，對基坑止水性能要求高。

(3)方案優(yōu)化

為解決上述施工難點，對多種基坑支護結(jié)構(gòu)進行對比分析(表1)，優(yōu)化原設(shè)計方案，采用SMC雙輪銑水泥土攪拌墻施工技術(shù)。實踐證明，在穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性等方面，均取得良好效果[2]。

表1 深基坑支護形式對比

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻

該技術(shù)是兼具有液壓雙輪銑槽機和深層攪拌技術(shù)的綜合效率較高的新型施工工藝[3]，如圖2所示。下沉?xí)r通過兩個銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)，同時通過凱式方形導(dǎo)桿施加向下的推進力，以0.8m/min的速度勻速下沉，并注入水灰比不大于1.2的水泥漿液(其注漿量為總注漿量的70%～80%)，與原狀土體攪拌混合均勻至設(shè)計深度。提升時2個銑輪相對相反旋轉(zhuǎn)，通過凱式方形導(dǎo)桿或懸索以0.8～1.2m/min速度提升銑輪，并注入固化劑(注漿量為總注漿量的30%～20%)，從而形成墻體均質(zhì)、整體性強、防滲性能好的水泥土攪拌墻。

圖2 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工作原理

雙輪銑水泥土墻具有施工效率高，安全穩(wěn)定，止水效果好等特點，尤其對本基坑中存在的較厚雜填土層及碎石層，均能產(chǎn)生有效的截水效果，形成封閉式帷幕。

3.2 施工工藝

SMC雙輪銑水泥土攪拌墻關(guān)鍵工藝流程如圖3所示。

圖3 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工藝流程

(1)清場備料：對施工場地進行整平壓實，清除施工障礙物，作業(yè)面不小于7 m。當?shù)乇硗翆虞^軟時，應(yīng)采取措施防止機械失穩(wěn)，備足水泥量和外加劑。

(2)測量放線:按設(shè)計要求定好墻體施工軸線，每25 m布設(shè)一高程控制樁，并作出明顯標志。

(3)安裝調(diào)試：液壓履帶式移動機械和雙輪銑槽機就位；安裝制漿、注漿和制氣等輔助設(shè)備；接通水箱、電源和空氣壓縮機；運轉(zhuǎn)試車。

(4)開溝鋪板：為解決削銑過程中的余漿儲放和回漿補給，需開挖尺寸為1000 mm×1200 mm溝槽。超雙輪銑槽主機作業(yè)長度10 m，鋪設(shè)箱型鋼板,以均衡主機對地基的壓力和固定芯材。

(5)在開挖的工作導(dǎo)槽兩側(cè)放置型鋼導(dǎo)軌，型鋼規(guī)格為H700×300×13×24，長度12 m，控制線引至型鋼導(dǎo)軌上，以型鋼導(dǎo)軌標記做為分幅定位標記。

(6)噴氣注漿銑削攪拌下沉、提升：水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比不大于1.2，水泥摻入量為18%～20%(重量比)，注漿壓力一般為2.0～3.0MPa[4]。下沉速度0.8 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。

(7)安裝芯材：型鋼下插應(yīng)在雙輪銑攪拌墻施工完畢后30 min內(nèi)進行。

(8)成墻移機：集料斗內(nèi)注入清水，將注漿泵開啟，對壓漿管道及其它所用機具進行清洗,然后將雙輪銑槽機移動至下幅墻定位位置進行作業(yè)。為保證墻體的連續(xù)性、均質(zhì)性和接槎位置的施工質(zhì)量,應(yīng)進行重復(fù)套鉆(圖4陰影部分),雙輪銑水泥土攪拌墻搭接部位施工質(zhì)量以及墻體的垂直度修正,依靠重復(fù)套鉆來實現(xiàn),以達到止水的作用。

圖4 SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻墻體搭接

4 應(yīng)用效果分析

4.1 無側(cè)限抗壓強度分析

對水泥土試塊進行28 d無側(cè)限抗壓強度試驗，其強度均在2.50 MPa以上，均高于設(shè)計要求和《型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T199-2010)中不宜小于0.50 MPa的規(guī)定[5]。通過與某相似地質(zhì)條件下，三軸水泥土攪拌樁和TRD工法水泥土攪拌墻28 d無側(cè)限抗壓強度進行數(shù)據(jù)對比，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻抗壓強度均高于其他兩種工藝，表明其銑削攪拌能力更強，攪拌更加均勻。

4.2 止水效果分析

施工完成后，立即進行基坑內(nèi)部疏干、降水工作，并對基坑外部水位變化進行實時監(jiān)測。通過對所取芯樣滲透系數(shù)試驗結(jié)果進行分析，滲透系數(shù)小于2×10-6cm/s，滿足設(shè)計要求。降水12 d后，開挖地下水位以下土方，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，連續(xù)降水1 h后，基坑內(nèi)部水位下降1.5 m，基坑外部水位變化小于100 mm，且在土方開挖及后期使用過程中，水泥土攪拌墻壁無滲漏情況發(fā)生。從實際情況可以判斷，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻充分發(fā)揮了止水效用，有效確保了基坑施工階段干作業(yè)的施工環(huán)境。

4.3 監(jiān)測結(jié)果分析

整個深基坑監(jiān)測周期歷時12個月，委托第三方監(jiān)測機構(gòu)對基坑水平位移、豎向位移、周邊環(huán)境等項目進行檢測工作。經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)，所有觀測點變形數(shù)據(jù)均小于預(yù)期值，變形量較小(表2)，且未對周邊建筑及環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

表2 基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

5 結(jié)語

該工程采用的SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑深基坑工程，在山東省內(nèi)尚屬首次。從工程施工和監(jiān)測情況看，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻具有適應(yīng)性廣、止水性能可靠、墻體均勻性良好的特點。從基坑工程開挖暴露面觀察可知，攪拌墻墻壁完整、基坑側(cè)壁干燥，無滲漏水現(xiàn)象，有效克服了傳統(tǒng)工法施工深度小、攪拌能力差等缺點，同時解決了轉(zhuǎn)角施工困難，機械設(shè)備價格高等不足[6]。SMC工法具有很好的性價比，是一種理想的深層水泥土防滲墻施工工藝，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。