地鐵車站SMW工法樁支撐體系的施工技術(shù)

沈 亮

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176）

1 工程概況

某地鐵車站工程采用地下二層三跨箱形結(jié)構(gòu)，島式站臺(tái)，站臺(tái)寬12 m。車站總長(zhǎng)210.2 m，南北端共設(shè)風(fēng)道、風(fēng)井4處，基坑深度14.49～14.97 m。車站近期頂部覆土0.75～1.0 m，主體結(jié)構(gòu)、風(fēng)道及出入口三大部分均以明挖順作法施工。車站主體施工采用明挖順作法，主體基坑深度14.5～15 m，設(shè)置Φ850 mm×600 mm水泥土三軸攪拌樁（內(nèi)插HN700 mm×300 mm型鋼），構(gòu)成圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑土層由上往下依次為填土、黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、粉砂夾砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土等。工程所在區(qū)域地下水下部孔隙承壓水（含水介質(zhì)為6-2層粉砂、6-3圓礫），承壓水對(duì)基坑的開挖基本無影響。

2 SMW工法樁施工技術(shù)分析

2.1 水灰比的設(shè)定

水泥漿液的水灰比宜控制在1.3～2.0，水灰比根據(jù)工程地層確定為1.8，樁體水泥參量宜控制在20%～25%，水泥可采用復(fù)合或普通硅酸鹽水泥。

2.2 施工方法及成樁順序

一次成樁和復(fù)攪成樁是兩種較為典型的方法，各自的成樁順序如圖1所示。

圖1 成樁順序

為保證樁間咬合穩(wěn)定，相鄰兩幅的端部單樁重疊套打，以跳打的方式為宜，此舉可較好地避免樁身傾斜現(xiàn)象。立足于現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及工程質(zhì)量要求，選擇的是ZKD85-3三軸攪拌機(jī)，在使用前檢驗(yàn)其性能。

按流程將各項(xiàng)工作落實(shí)到位，最終鉆進(jìn)成樁：

（1）樁位放樣：以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，精準(zhǔn)測(cè)放樁位，將誤差控制在50 mm以內(nèi)，同時(shí)在導(dǎo)溝上用紅油漆予以標(biāo)記。

（2）設(shè)定位型鋼：選用2根長(zhǎng)度為2.5 m的200 mm×200 mm定位型鋼，將其垂直溝槽方向布設(shè)；選用2根長(zhǎng)為8～12 m的300 mm×300 mm定位型鋼，將其沿著平行溝槽的方向布設(shè)；轉(zhuǎn)角處設(shè)H形鋼，與圍護(hù)中心呈45°；設(shè)置型鋼定位卡，利用該裝置切實(shí)提高型鋼定位的精準(zhǔn)性。

（3）樁機(jī)就位：以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，移動(dòng)攪拌樁機(jī)，使其精準(zhǔn)就位后再調(diào)整樁架的垂直度。后續(xù)，用經(jīng)緯儀加強(qiáng)測(cè)量（原則上應(yīng)做到每天一次，具體可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大檢測(cè)頻率）。樁機(jī)就位后復(fù)核，確保偏差被控制在2 cm以內(nèi)，否則需繼續(xù)調(diào)整，直至在許可范圍內(nèi)。

（4）樁機(jī)垂直度校正：在樁架處焊接Φ10 cm鐵圈，在10 m處懸掛鉛錘，利用經(jīng)緯儀測(cè)定鉆桿的垂直度，誤差需在1%以內(nèi)，此時(shí)鉛錘正好通過鐵圈中心[1]。

（5）樁長(zhǎng)控制：在鉆桿上設(shè)置標(biāo)記，作為樁長(zhǎng)控制工作中的參照基準(zhǔn)；若樁長(zhǎng)發(fā)生變化，則清除該舊標(biāo)志，并在指定位置增設(shè)新標(biāo)記，按此方法有序施工，靈活控制樁長(zhǎng)。

2.3 鉆進(jìn)攪拌及噴漿的參數(shù)控制

攪拌機(jī)鉆桿逐步下沉，所處位置為設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高處時(shí)，用灰漿泵注漿，隨注漿量的持續(xù)增加，待漿液到達(dá)攪拌頭時(shí)，勻速下沉攪拌頭（速度為1 m/min），注漿的同時(shí)攪拌、下沉，使水泥漿與原地基土均勻混合。

鉆掘攪拌機(jī)下沉到位后，適當(dāng)向上提升10 cm，進(jìn)一步利用灰漿泵注漿，期間同步旋轉(zhuǎn)攪拌鉆頭，整個(gè)過程不可中斷。根據(jù)前期設(shè)計(jì)要求，按特定的速度提升鉆掘攪拌機(jī)，同時(shí)利用滿足行業(yè)要求且經(jīng)過檢驗(yàn)的監(jiān)測(cè)儀器做實(shí)時(shí)測(cè)量與記錄，得到噴漿量、攪拌深度的具體值。無論在鉆桿下沉還是提升階段，均適當(dāng)注入水泥漿液。

土體與水泥漿需均勻混合，考慮到此方面的要求，重復(fù)上下攪拌，但需適當(dāng)保留部分漿液，其在下一次上提復(fù)攪時(shí)灌入。按前述方法操作后，制得質(zhì)地均勻、結(jié)構(gòu)完整的水泥土攪拌樁。成樁施工中的控制指標(biāo)較多，需根據(jù)要求及時(shí)檢測(cè)與調(diào)整，SMW樁主要技術(shù)參數(shù)具體見表1。

表1 SMW樁主要技術(shù)參數(shù)

2.4 型鋼插入

型鋼表面平整度需在1‰以內(nèi)，對(duì)接采用內(nèi)菱形接樁法，在菱形的各角（共4個(gè)）預(yù)留Φ10 mm小孔。在正式插入前，向型鋼均勻涂抹減摩劑，此材料可以減小摩擦力，以免型鋼難以高效回收。水泥攪拌樁成型后，利用汽車吊機(jī)吊裝型鋼，及時(shí)檢測(cè)并調(diào)整型鋼的姿態(tài)，使其底部中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心，再以較慢且勻速的狀態(tài)下放，將其有效插至樁體內(nèi)，為保證樁體的垂直度，此過程中利用線錘控制，隨后用經(jīng)緯儀校核。在定位型鋼處設(shè)高程控制點(diǎn)，設(shè)吊筋，用于精準(zhǔn)控制型鋼頂部高程，確保實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的誤差在±5 cm以內(nèi)。經(jīng)前述的調(diào)整后，用雙頭F形卡固定，以免在后續(xù)施工中對(duì)該樁體造成擾動(dòng)性影響[2]。

2.5 型鋼回收

地下主體結(jié)構(gòu)施作結(jié)束后，測(cè)定其強(qiáng)度，滿足要求后，在汽車吊機(jī)的配合下起拔回收型鋼。

3 土方開挖及鋼支撐的設(shè)置

3.1 土方開挖

工法樁架設(shè)支撐設(shè)置1.2×1.5 m的圍檁，基坑上部1.5～2.0 m摘帽土方由SK330型挖機(jī)開挖，在現(xiàn)場(chǎng)配備運(yùn)輸車輛，由其運(yùn)輸開挖產(chǎn)生的土方。安排專員清理冠梁處的多余土方，立模并澆筑混凝土，由此形成冠梁結(jié)構(gòu)：一至二層開挖所用設(shè)備為SK330型大挖機(jī)和SK135型小挖機(jī)；三至五層則將SK330型大挖機(jī)調(diào)整為SK230型加長(zhǎng)臂挖機(jī)，利用自卸車運(yùn)輸，其他設(shè)備不變。

各斷面的開挖遵循的是自上而下的順序，共分為5個(gè)步驟，具體如下：①第一步，施作SMW圍護(hù)樁及樁頂冠梁，待此類結(jié)構(gòu)成型且無質(zhì)量問題后，組織開挖作業(yè)，直至第一道鋼圍檁下0.3 m處為止；②第二步，開挖至第二道鋼圍檁下0.3 m處；③第三步，開挖至第三道鋼圍檁下0.3 m處；④第四步，開挖至第四道鋼圍檁下0.3 m處；⑤第五步，人工開挖，直至到達(dá)基坑底部位置為止，若滿足要求則設(shè)置混凝土墊層。

需注意的是：在第一步至第四步的開挖施工中，每完成一步的開挖后均設(shè)置一道鋼支撐，由此共形成4道鋼支撐結(jié)構(gòu)；土方開挖期間加強(qiáng)對(duì)高度的檢測(cè)與控制，使用水準(zhǔn)儀或全站儀復(fù)核，開挖要重點(diǎn)關(guān)注拐角點(diǎn)滲漏水。

3.2 鋼支撐的設(shè)置

鋼支撐施工是開挖階段的重點(diǎn)工作內(nèi)容，每層土方開挖至圍檁下30 cm時(shí)，隨即設(shè)置鋼圍檁，將鋼管支撐和鋼系梁架設(shè)到位。按照“基坑開挖→設(shè)置腰梁→吊裝鋼支撐→施加預(yù)應(yīng)力→固定活動(dòng)端楔頂”的順序施工鋼支撐。

隨土層開挖進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，待其到達(dá)設(shè)計(jì)的鋼圍檁架設(shè)位置后，全面清理分布在圍護(hù)結(jié)構(gòu)處多余的水泥土，保證型鋼維持潔凈的狀態(tài)；此后，焊接牛腿支撐架，設(shè)置鋼圍檁；受結(jié)構(gòu)尺寸、施工工藝等方面的影響，鋼圍檁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間存在空隙，采用C30細(xì)石混凝土的方法填充，保證結(jié)構(gòu)間的連接穩(wěn)定性。車站主體鋼支撐的尺寸不盡相同，最大長(zhǎng)度20.4 m，重量4.8 t，經(jīng)拼裝后構(gòu)成鋼支撐結(jié)構(gòu)，成型后若滿足質(zhì)量利用汽車吊吊裝，確保鋼支撐可以穩(wěn)定在鋼圍檁上，若無誤則對(duì)端部采取固定措施[3]。

鋼支撐固定工作落實(shí)到位后，將2臺(tái)液壓千斤頂布設(shè)在活動(dòng)端支撐兩側(cè)，兩者同步作業(yè)，對(duì)稱逐級(jí)施加預(yù)應(yīng)力，期間加強(qiáng)檢測(cè)與控制，保證施加預(yù)應(yīng)力的精準(zhǔn)性，滿足要求后利用鋼楔鎖定支撐，起到加固支撐的效果。按照與標(biāo)準(zhǔn)段相同的方法架設(shè)斜支撐，前期施工中已經(jīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部插入工字鋼，此時(shí)于該工字鋼處焊接端面與三角鋼板撐座（此裝置與斜支撐軸線保持垂直的位置關(guān)系），進(jìn)而切實(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以免其在后續(xù)的施工中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圍繞圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鋼支撐兩處的監(jiān)測(cè)結(jié)果展開分析，水平位移曲線如圖2所示。

圖2 SMW樁水平位移

基坑開挖過程中，土體的位移量增加，最大位移的深度隨之增加，并在基坑開挖到設(shè)計(jì)位置后產(chǎn)生最大的土體變形量；在后續(xù)的底板施工中，變形逐步趨穩(wěn)。可以發(fā)現(xiàn)，土體最大位移發(fā)生在12 m左右，其對(duì)應(yīng)的是第4層支撐和底板間，達(dá)到28 mm，但滿足要求（≤30 mm），因此在許可范圍內(nèi)，達(dá)到一級(jí)基坑的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

綜上所述，SMW工法樁在地鐵車站施工中具有多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是一種兼顧安全、質(zhì)量、效率等多重要求的良好方法，有利于創(chuàng)設(shè)優(yōu)質(zhì)的施工環(huán)境，以便后續(xù)建設(shè)工作的高效開展。以地鐵車站工程實(shí)例為背景，對(duì)SMW工法樁支撐體系所涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)展開探討，希望所提的內(nèi)容可作為類似工程的參考。