SMW工法樁與預(yù)應(yīng)力型鋼組合支撐施工技術(shù)研究

何先煒/HE Xian-wei

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，地下空間的開發(fā)與應(yīng)用不斷擴(kuò)大，基坑開挖越來越深，對基坑側(cè)壁安全等級以及基坑支護(hù)的強度、剛度要求愈來愈高。若采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝支撐，會增加后續(xù)的破除工作，加大了成本投入，造成了資源浪費，不符合建筑業(yè)綠色節(jié)能發(fā)展。

為解決上述問題，可以考慮將SMW 工法樁與預(yù)應(yīng)力型鋼組合內(nèi)支撐進(jìn)行有效結(jié)合，形成新型支護(hù)。為提高型鋼組合支撐的受力性能，可以通過對型鋼水平支撐施加預(yù)應(yīng)力，這樣可以提高型鋼支撐的抗側(cè)剛度，加大支撐體系的受力能力。

1 工藝原理

SMW 工法樁施工主要使用三軸攪拌機(jī)，鉆進(jìn)土體一定深度后，通過噴出水泥強化劑與現(xiàn)場地基土反復(fù)混合攪拌，在水泥土混合體中插入H型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補強材料，待水泥土固化后和應(yīng)力補強材料共同作用，形成一道連續(xù)完整、具有高強度、高硬度、無接縫的地下墻體，作為止水帷幕的同時兼做基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。型鋼組合內(nèi)支撐主要由型鋼支撐梁、組合圍檁、立柱及連接件等組成，各部件采用高強螺栓連接組合裝配構(gòu)成深基坑支撐結(jié)構(gòu)。

基坑的止水及圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW 工法樁，基坑內(nèi)采用型鋼組合內(nèi)支撐加固。在SMW 工法樁頂端位置澆筑鋼筋混凝土冠梁，型鋼支撐通過傳力件與工法樁端部冠梁呈剛性連接，承受由工法樁傳遞的基坑側(cè)壁壓力，再對水平鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，提高整體支撐體系的受力性能及安全系數(shù)，將二者相結(jié)合形成新型復(fù)合基坑支護(hù)體系。

2 工藝優(yōu)點

1）提高支護(hù)的使用功能 SMW 工法樁與預(yù)應(yīng)力型鋼組合內(nèi)支撐體系在各種地質(zhì)情況、復(fù)雜周邊環(huán)境、不同深度基坑均可采用。型鋼組合支撐平面布置形式靈活多變，可隨撐隨挖，增加施工過程中的靈活性、便捷性。可對型鋼支撐變形數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，及時對松動的螺栓進(jìn)行緊固，操作簡單、便捷，保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境安全。

2）具有良好的經(jīng)濟(jì)效益 減少人力投入、降低材料成本、提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)場裝配施工，機(jī)械化程度高，減少管理人員、作業(yè)人員數(shù)量，節(jié)省人工費、提高生產(chǎn)效率；同時省掉相應(yīng)的施工流程，縮短建造工期，提高時間利用率；使用功能結(jié)束后，型鋼構(gòu)件可回收再利用，提高資源利用率，符合可持續(xù)發(fā)展。

3）符合綠色施工的要求 型鋼組合內(nèi)支撐體系循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征顯著，其使用的型鋼構(gòu)件可在工廠標(biāo)準(zhǔn)化加工生產(chǎn)，運輸至現(xiàn)場后可實現(xiàn)裝配式施工。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支撐相比，其采用的型鋼構(gòu)件可循環(huán)使用，節(jié)省大量的模板、鋼筋、混凝土作業(yè)，施工現(xiàn)場濕作業(yè)少且無破除工序，大大降低噪音污染和揚塵污染，對環(huán)境影響小，綠色環(huán)保。

3 工藝流程與施工要點

3.1 工藝流程

SMW 工法樁施工→冠梁施工→牛腿土方開挖、型鋼立柱樁施工→牛腿及橫梁型鋼安裝→傳力件安裝→水平鋼支撐安裝→施加預(yù)應(yīng)力。

3.2 施工要點

3.2.1 SMW工法樁施工

1）開挖溝槽、放置定位型鋼 根據(jù)基坑支護(hù)內(nèi)邊控制線開挖溝槽，槽寬1.2m、挖深0.8m。垂直溝槽方向放置兩根長度2m 的型鋼（間距10m 布置），平行溝槽方向放置2 根長度12m 的型鋼（放置在2m 型鋼上），H 型鋼定位采用型鋼定位卡（放置于12m 的型鋼上）。

2）樁孔定位、樁機(jī)就位、鉆孔施工 樁機(jī)進(jìn)場前，對其進(jìn)行檢測，確保滿足使用要求。對施工場地進(jìn)行整平，機(jī)身必須平正、穩(wěn)固，并用全站儀對龍門立柱垂直定位觀測以確保鉆桿的垂直度，確保施工中不發(fā)生傾斜、移動。三軸拌樁樁位定位后再進(jìn)行定位復(fù)核，三軸深攪樁樁位允許偏差≤50mm；樁身垂直度允許偏差≤1/200；樁底標(biāo)高允許偏差[-50，100]mm；樁身直徑允許偏差[-10，10]mm。

3）攪拌樁施工 ①止水帷幕采用?850@600三軸水泥攪拌樁，樁心距1 200mm 套接一孔法施工（圖1），普通硅酸鹽水泥42.5 級，水泥摻量22%，水灰比1.5 左右。拌漿及注漿量以每鉆的加固土體方量換算，注漿壓力為1.5～2.5MPa，以漿液輸送能力控制，水灰比用比重計計量，每臺班抽查3 次；②三軸攪拌機(jī)鉆桿下沉速度控制在0.5～0.8m/min(粘性土)、0.8～1.0m/min(粉土、砂性土)，提升速度應(yīng)控制在1.0～1.2m/min，施工過程中保持鉆桿勻速下沉與提升。

圖1 三軸深攪樁套接一孔法施工圖

4）H 型鋼制作與施工 ①SMW 工法型鋼規(guī)格HN700×300×13×24、材質(zhì)Q235B，插一跳一布置（圖2）（根據(jù)設(shè)計需要也可采用全孔布置或組合式布置）、自重下沉，型鋼宜在攪拌樁施工結(jié)束后30min 內(nèi)插入，型鋼插入前，其表面涂抹減摩劑，保證型鋼通過自重順利插入水泥土拌合物中；②H 型鋼制作要求：型鋼采用坡口焊接，焊縫質(zhì)量等級不應(yīng)低于二級；單根型鋼焊接接頭不宜超過2 個；接頭位置避免出現(xiàn)在受力較大處；相鄰型鋼的接頭位置宜相互錯開，錯開距離不小于1m；焊接接頭需做探傷試驗；③H 型鋼施工要求：型鋼垂直度允許偏差≤1/200；長度允許偏差[-10，10]mm；底標(biāo)高允許偏差[-30，30]mm；型鋼平行基坑方向的平面位置允許偏差≤50mm、垂直基坑方向≤10mm。

圖2 H型鋼插法布置圖

3.2.2 冠梁施工

將原場地土方開挖至冠梁作業(yè)面，工法樁的H 型鋼整個截面錨入冠梁內(nèi)，型鋼與冠梁之間應(yīng)采用不易破損的硬質(zhì)材料隔離（施工中可采用1mm 厚PE 薄膜），保證后續(xù)H 型鋼可從冠梁中順利拔出。型鋼位置兩側(cè)冠梁箍筋應(yīng)加密，H 型鋼頂端高出冠梁頂部0.5m（便于后期回收型鋼時安裝起吊鉤）。

冠梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿H 型鋼一圈布置，截面尺寸1 200×700mm，混凝土強度等級C35，10cm 厚C15 素混凝土墊層。縱向受力鋼筋為直徑25mm 三級鋼，箍筋、拉筋為直徑10mm 三級鋼，間距150mm（圖3）。

圖3 冠梁施工圖

冠梁鋼筋綁扎結(jié)束后，將連接傳力件的預(yù)埋件焊接在冠梁鋼筋上（圖4、圖5），再澆筑冠梁混凝土，混凝土澆筑完成后應(yīng)及時養(yǎng)護(hù)。

圖4 螺栓預(yù)埋件大樣圖

圖5 預(yù)埋件與冠梁鋼筋焊接圖

3.2.3 牛腿土方開挖、型鋼立柱樁施工

將基坑表層土開挖至型鋼牛腿施工作業(yè)面，同步可進(jìn)行型鋼立柱樁施工，利用全站儀對立柱進(jìn)行定位，機(jī)械手將型鋼立柱插入土層中，插入過程中使用全站儀對立柱垂直度進(jìn)行控制（立柱樁的垂直度、嵌入深度需滿足設(shè)計要求）。

3.2.4 牛腿及橫梁型鋼安裝

如圖6、圖7 所示，牛腿型鋼位置與標(biāo)高應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙確定，牛腿型鋼與工法樁的H 型鋼焊接連接，橫梁焊接在牛腿型鋼上，施工時橫梁表面平整度控制在±2mm，焊縫高度均為6mm。

圖6 牛腿、橫梁安裝圖

圖7 牛腿焊接大樣圖

立柱樁施工完成后，開始安裝托座件與型鋼橫梁，托座件、橫梁采用H300×300×10×15 型鋼。托座件通過高強螺栓安裝在型鋼立柱上，橫梁與托座件利用高強螺栓連接（圖8）。

圖8 立柱托座安裝圖

3.2.5 傳力件安裝

傳力件是設(shè)置在冠梁與型鋼內(nèi)撐之間的連接件，是將后期冠梁所受到的基坑側(cè)壁壓力傳遞給型鋼內(nèi)支撐的水平受力構(gòu)件。其一側(cè)與冠梁通過螺栓預(yù)埋件連接，另一側(cè)與水平鋼支撐通過高強螺栓連接。

傳力件安裝前須進(jìn)行軸線基準(zhǔn)點定位，利用全站儀測設(shè)基坑相鄰兩個轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的基點，通過該基點采用鉛垂線進(jìn)行平面安裝定位。軸線偏差不得超過±20mm，確保施加預(yù)應(yīng)力后外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻（圖9、圖10）。

圖9 傳力件安裝平面圖

圖10 傳力件安裝立面圖

3.2.6 水平鋼支撐安裝

每道水平鋼支撐由多根型鋼（H400×400×13×21）構(gòu)成，型鋼翼緣上密布螺栓孔，各構(gòu)件通過高強螺栓連接成組合，整體性好、安全性能高。

安裝時嚴(yán)格控制鋼支撐的表面平直度，拼接支撐兩頭中心線的偏心度控制在±2mm。對撐就位時要采用人工配合吊機(jī)四點吊裝，吊點宜控制在離支撐端部0.2L 處，對撐兩端安裝就位后的標(biāo)高差不大于20mm。型鋼支撐與傳力件的水平夾角須滿足設(shè)計要求，避免因偏心過大而造成失穩(wěn)。

3.2.7 施加預(yù)應(yīng)力

1）預(yù)應(yīng)力施加流程 水平鋼支撐安裝完成→放置油壓千斤頂→分級施加預(yù)應(yīng)力→縫隙處加塞鋼片、緊固松動螺栓→施壓達(dá)到設(shè)計值、支撐受力穩(wěn)定→留保力盒、取千斤頂→監(jiān)測，如圖11 所示，預(yù)應(yīng)力裝置由油壓千斤頂、預(yù)應(yīng)力保力盒、加載橫梁及墊片組成，在加載橫梁中間安裝油壓千斤頂，預(yù)應(yīng)力分級施壓，加壓后保力盒與支撐梁結(jié)合處出現(xiàn)的縫隙中加塞鋼楔，預(yù)應(yīng)力施加完畢后將所有松動的螺栓進(jìn)行緊固，最后等到支撐受力穩(wěn)定后取出千斤頂，并對型鋼支撐進(jìn)行變形監(jiān)測。

圖11 預(yù)應(yīng)力施加示意圖

2）施壓時注意事項 ①型鋼支撐安裝完畢形成閉合受力體系后施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力施加前，應(yīng)注意傳力件與冠梁、傳力件與型鋼支撐的連接狀態(tài)，檢查各構(gòu)件連接位置的螺栓是否緊固；②預(yù)應(yīng)力施加時，在型鋼支撐軸線兩側(cè)對稱放置千斤頂同步施壓，并保持千斤頂施壓點與型鋼組合內(nèi)支撐軸線處于同一直線，確保型鋼支撐受壓平衡；③預(yù)應(yīng)力加載過程中，若發(fā)生連接位置螺栓松動、型鋼焊接點開裂、型鋼支撐局部彎曲變形等情況時，必須立即泄壓。待異常部位處理完畢后，方可重新施壓；④若型鋼支撐加壓位置設(shè)置保力盒，則施壓結(jié)束后可取出千斤頂，若未設(shè)置保力盒，則施壓結(jié)束后應(yīng)保留千斤頂并將其鎖定。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 工法樁施工質(zhì)量控制

樁機(jī)進(jìn)場前應(yīng)提供產(chǎn)品合格證及檢測合格證，三軸深攪樁施工前應(yīng)進(jìn)行試樁，以確定水泥用量、水灰比、漿液泵送時間、鉆桿下沉及提升時間、樁長及垂直度控制方法，作為控制三軸深攪樁的施工標(biāo)準(zhǔn)。

三軸深攪樁施工時，樁與樁施工搭接時長≤24h。若搭接超時，搭接施工須放慢鉆桿攪拌速度以保證樁體搭接質(zhì)量。若因超時過長導(dǎo)致無法搭接或搭接不良，應(yīng)視作冷縫處理并做好記錄，經(jīng)設(shè)計單位確認(rèn)后，采取補樁或旋噴樁等技術(shù)措施，確保攪拌樁成型質(zhì)量。

制備好的水泥漿使用時間不得超過2h，水泥漿擱置時間超過2h 的應(yīng)作為廢漿處理，樁身施工過程中嚴(yán)禁斷漿。若因故斷漿，在恢復(fù)供漿前將鉆桿下沉至水泥土混合液面以下0.5m 后再注漿攪拌，確保樁身連續(xù)性。

4.2 型鋼組合支撐質(zhì)量控制

型鋼進(jìn)場時檢查外觀尺寸，要求無變形無裂紋，收集產(chǎn)品合格證，報監(jiān)理驗收合格后方可使用。除注明外鋼材均為Q345B，E43 型焊條。支撐橫梁采用H300×300×10×15 型鋼，水平支撐采用H400×400×13×21 型鋼。

型鋼支撐安裝應(yīng)按“立柱樁→支撐牛腿→頂托橫梁→型鋼支撐”的順序進(jìn)行，并盡快形成閉合受力體系防止局部變形。

構(gòu)件間采用10.9 級M24 高強螺栓連接，螺栓材料為20MnTiB。高強螺檢使用前應(yīng)全數(shù)檢查，并組成連接副。高強螺栓分兩次進(jìn)行緊固，嚴(yán)禁一次性緊固到位，初擰扭矩值為終擰的50%～70%。扭力值嚴(yán)格按照設(shè)計要求，不得超擰，防止扭力過大導(dǎo)致螺栓損壞。

5 結(jié)語

SMW 工法樁施工時，對周圍環(huán)境影響小、結(jié)構(gòu)強度可靠；凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場合均可使用，特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層；防滲性能好，不必另設(shè)止水帷幕。工法樁在一定條件下可有效代替地下連續(xù)墻，而且SMW 中H 型鋼可回收利用，在費用上大大低于地下連續(xù)墻。型鋼組合支撐各構(gòu)件采用工廠模塊化加工，現(xiàn)場裝配式施工。對比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支撐，具有施工簡單、專業(yè)性強、建設(shè)周期短、綠色環(huán)保等特點。

將SMW 工法樁與型鋼組合支撐組合成新型復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，通過對水平鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，使得整體受力性能更好，在今后的深基坑施工中具有很大發(fā)展前景。