SMW 工法樁在王家擺特大橋深基坑圍護中的應(yīng)用及監(jiān)理控制

王小軍

（重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

近年來我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，對基坑圍護安全等級以及基坑支護的強度、剛度要求也越來越嚴格。傳統(tǒng)鋼筋混凝土圍護支撐施工周期長、費用高，易造成資源浪費，不符合綠色節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展理念，而SMW 工法樁具有對鄰近土體擾動小、整體穩(wěn)定性好、止水抗?jié)B效果好（無需單設(shè)止水帷幕）、結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便、型鋼構(gòu)件可回收利用以及綠色環(huán)保等優(yōu)點，可減少勞動力、降低投資、縮短工期。SMW 工法樁主要適用于以黏土和粉細砂為主的松軟地層，在基坑位于此幾類土層時，結(jié)合比選情況建議優(yōu)先選用SMW 工法樁作為圍護結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

王家擺特大橋為香河縣安石路（運河大道-冀京界段）建設(shè)工程上跨北運河的一座景觀橋，為抱翅型梁拱組合橋，橋梁全長1060.1m，其中主橋長256m（35+164.5+56.5），引橋長804.1m。主橋上部結(jié)構(gòu)為南北兩幅分離式鋼箱梁，梁高為2.5m，下部結(jié)構(gòu)20 軸設(shè)有3 個異形實體墩接承臺及直徑2.5m 鉆孔灌注樁群樁，20 軸承臺尺寸長×寬×高為29×16.5×3.85m，承臺頂標(biāo)高為4.596m，承臺底標(biāo)高為0.746m。該基坑位于河中，采用圍堰施工，圍堰作業(yè)平臺填筑高程13.0～13.2m，基坑開挖深度約為12.5m。

新建王家擺特大橋橋址所處現(xiàn)狀主河槽寬度約140 m，河槽兩側(cè)主要為河道灘地或者林地，現(xiàn)場照片如圖1 所示。

圖1 新建橋梁位置河道實景圖

施工場區(qū)位于河北省香河縣老夏安線公路北側(cè),橋位場地地勢略為平坦，地貌單一。根據(jù)對現(xiàn)場鉆探、原位測試與室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，該基坑SMW 工法樁深度范圍地層分布含素填土（0.336m）、雜填土（1.2m）、新近沉積粉細砂（2.5m）、細砂（9.2m）、細中砂（8.9m）以及粉質(zhì)黏土（2.1m）。在勘察期間20.0m深度范圍內(nèi)觀測到一層地下水，為潛水類型，埋深5.0～7.5m，標(biāo)高5.41～8.21m，主要賦存于粉砂、細砂、細中砂及粉土層中，場地內(nèi)普遍分布。

基坑平面尺寸如圖2 所示。

圖2 20軸基坑現(xiàn)場施工平面圖（mm）

圍護結(jié)構(gòu)平面內(nèi)空尺寸長×寬為32×19.5m，SMW 工法樁采用700×300×24×13mm H 型鋼，長24m。

2 SMW 工法樁施工工藝及技術(shù)控制

2.1 工藝原理

SMW 工法樁施工主要使用三軸攪拌機，根據(jù)不同地質(zhì)類別可分別選用適合于黏性土、砂礫土和基巖的鉆桿。鉆頭進入設(shè)計深度后，通過鉆頭空心噴出水泥漿液與土體內(nèi)地基土反復(fù)混合攪拌，在水泥土混合體中插入H 型鋼作為結(jié)構(gòu)補強材料，水泥土混合體固化后兩者共同受力，形成一道強度高、剛性大、無接縫的地下連續(xù)完整墻體，作為基坑圍護結(jié)構(gòu)的同時兼具止水帷幕的作用。在SMW 工法樁頂端位置澆筑鋼筋混凝土冠梁，呈剛性連接，提高整體支撐體系的受力性能及安全系數(shù)。

2.2 工藝流程

SMW 工法樁施工包含多個步驟，具體流程圖如圖3 所示。

圖3 SMW工法樁施工流程圖

2.3 工藝技術(shù)及控制要點

（1）開工前完成圖紙審核及工程量復(fù)核，完成基坑專項方案的編制及報審，完成地質(zhì)、水文、氣象等相關(guān)資料調(diào)查及整理，并編制完成作業(yè)指導(dǎo)書，對施工管理人員及作業(yè)人員進行技術(shù)交底及安全培訓(xùn)。

（2）復(fù)核平面控制點與水準(zhǔn)點，根據(jù)實際情況設(shè)置測量控制加密網(wǎng)，并報審。

（3）先測量放線出水泥土攪拌樁圍護中心線，根據(jù)放線位置開挖工作溝槽，槽寬1.2m，深 度0.6～1.0m，如 圖4 所示。在溝槽兩側(cè)設(shè)置定位輔助樁，便于隨時檢查溝槽中線。

圖4 溝槽開挖示意圖

（4）制備泥漿：水泥土攪拌樁采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為25%，水灰比0.8～1.5；在水泥漿液中摻入0.8%高效減水劑，提高流動性，防止注漿過程中水泥漿液堵塞；摻入3%的膨潤土，利用其較高的粘聚性和保水性，提高水泥土的強度，避免墻體開裂，提高SMW 墻的抗?jié)B性能［1］。

（5）試成樁：為確定實際成樁步驟、水泥漿液的水灰比，檢校壓漿泵工作流量等，首先應(yīng)進行工藝試成樁，試成樁至少三套，項目采用JB160A 全液壓步履式打樁機設(shè)備（圖5），該機最大鉆孔深度為32.5m,采用三軸并列式同步鉆桿，壓漿泵氣壓表壓力宜控制在2.0～3.5MPa。

圖5 JB160A全液壓步履式打樁機

（6）水泥土攪拌樁施工：待試成樁完成并取得相關(guān)參數(shù)后，正式噴漿攪拌施工。水泥土攪拌樁施工時平面尺寸每邊加大10cm，防止攪拌樁向內(nèi)傾斜，造成圍護墻厚度不足，影響結(jié)構(gòu)安全。攪拌樁樁位允許偏差≤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[1]。在兩側(cè)定位架上做標(biāo)記，確保攪拌樁定位準(zhǔn)確。

攪拌方式有跳槽式全套復(fù)攪式連接（常規(guī)采用）和單排咬合式連接（在圍護墻轉(zhuǎn)角處或有施工間斷情況下采用）兩種[2]，如圖6、圖7 所示。

為保證墻體的連續(xù)性、搭接接頭的施工質(zhì)量及樁體的垂直度，采取重復(fù)套鉆的方式實現(xiàn)，以達到止水作用，如圖6、圖7 陰影部分所示。

圖6 跳槽式全套復(fù)攪式連接

圖7 單排咬合式連接

攪拌機注入水泥漿液時，須嚴格控制下沉和提升速度，下沉速度不宜大于1m/min，提升速度不宜大于2m/min。注漿壓力宜控制在0.3～0.8MPa。在樁底持續(xù)攪拌注漿，時間不宜少于20s，做好成樁原始記錄。攪拌機攪拌頭轉(zhuǎn)速正常和冷卻水循環(huán)正常后，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機順導(dǎo)向架切土下沉。攪拌機下沉到設(shè)計深度后，上提攪拌頭20～30cm，開啟泥漿泵，將水泥漿從攪拌機中心管不斷壓入地基中，待漿液到達噴漿口時，進行噴漿并勻速提升攪拌機，至設(shè)計樁頂50cm 以上時關(guān)閉泥漿泵，此時完成首次注漿提升攪拌。攪拌機提升至預(yù)定標(biāo)高后，料斗中的水泥漿全部排空。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，再次將攪拌機旋轉(zhuǎn)沉入土中，至設(shè)計深度，再將攪拌機提升出地面，并同時向地層中連續(xù)壓入水泥漿[3]。如遇較硬地層下沉速度過慢時，從中心管壓入少量稀漿使土體濕潤，使之快速下沉，如圖8 所示。

圖8 水泥樁成樁順序圖

（7）在垂直溝槽方向、平行溝槽方向正上方分別放置兩根定位型鋼，規(guī)格為200×200×8×12mm（長約3.0m）、300×300×10×15mm（長約10～20m），呈井字型，如圖9 所示。在溝槽定位型鋼兩側(cè)設(shè)置定位輔助線，標(biāo)出攪拌樁位置和H 型鋼位置。

圖9 定位型鋼示意圖

（8）H 型鋼焊接及減摩劑涂刷：型鋼焊接可采用電弧焊和二氧化碳氣體保護焊，焊口打設(shè)坡口，焊縫等級為Ⅱ級，焊縫表面不得有氣孔、夾渣、弧坑、裂紋及電弧燒傷等缺陷，焊縫須采用超聲波探傷檢測。在對稱軸兩側(cè)對稱焊接，防止焊縫開裂。每根型鋼的接頭須少于2 個，相鄰兩型鋼接頭須錯開，且間距大于1m，型鋼不得有彎曲、斷裂等質(zhì)量缺陷。清除型鋼污垢及鐵銹后，在其表面均勻涂刷兩遍減摩劑，澆筑冠梁混凝土?xí)r，需用發(fā)泡紙包裹位于冠梁部分的型鋼，包裹厚度大于2cm，用于隔離混凝土（圖10），便于拔出型鋼。

圖10 發(fā)泡紙包裹型鋼

（9）插入H 型鋼：水泥土攪拌樁施工完畢后約30min 即可插入型鋼，在定位型鋼上安放定位卡，定位卡使用4 根100×10×6×8mm 型鋼焊接制作而成，呈720×310mm 長方形卡孔，恰好能插入H 型鋼（700×300×24×13mm），具體位置及形狀如圖11 所示。

圖11 定位卡示意圖

選用50t 履帶吊車起吊型鋼，放入定位卡中，在相互垂直的兩個方向用全站儀校核垂直度，確保型鋼腹板與圍護中心線垂直（轉(zhuǎn)角處的H 型鋼插入角度與圍護中心線成45°），型鋼依靠自重下沉。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，型鋼平行和垂直溝槽方向的平面位置允許偏差分別為≤50mm和≤10mm[4]。具體流程和效果見圖12、圖13。

圖12 插入H型鋼流程示意圖

圖13 插入H型鋼實景圖

H 型鋼插入至設(shè)計深度后，脫離吊鉤，利用φ8 鋼筋做成的吊筋將其固定在溝槽上方鋪設(shè)的定位型鋼上，待孔內(nèi)的水泥土凝固達到一定強度后，撤除吊筋及溝槽定位卡，循環(huán)施工。

（10）H 型鋼拔出：H 型鋼施工完成后施作冠梁，基坑開挖，澆筑承臺混凝土，基坑回填后拔出H 型鋼。如圖14所示，H 型鋼拔出的具體工藝為：采用160t 吊車、200t 千斤頂及專用夾具相互配合，將兩個千斤頂平穩(wěn)放置在冠梁上，下設(shè)50×50×3cm 鋼板作為基墊，用160t 吊車吊住需拔出的型鋼，千斤頂逐步頂升將型鋼拔出。

圖14 H型鋼拔出示意圖

3 SMW 工法樁施工監(jiān)理質(zhì)量控制

3.1 事前控制

3.1.1 審查施工專項方案

根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》[5]的規(guī)定，本次20 軸基坑開挖深度為12.5m，屬于超過一定規(guī)模的危大工程，基坑專項施工方案須經(jīng)總監(jiān)理工程師審批，并組織專家論證，按照專家意見修改完善后，報建設(shè)單位項目負責(zé)人簽字備案。專項方案實施前，項目技術(shù)負責(zé)人須向現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員進行安全技術(shù)交底。

3.1.2 審核機械設(shè)備

水泥土攪拌機安裝后，水泥計量裝置及壓力表應(yīng)經(jīng)有關(guān)單位標(biāo)定合格，并將SMW 樁機成套設(shè)備的使用說明書、特種機械檢定合格證及操作人員資格證報監(jiān)理審查，符合要求后方可使用。經(jīng)審核，機械設(shè)備及人員符合相關(guān)要求。

3.1.3 控制原材料質(zhì)量

嚴格按照規(guī)范規(guī)定對使用的水泥、鋼筋及H 型鋼等原材料進行見證取樣檢測，不合格材料禁止使用。經(jīng)審查及見證取樣，水泥、鋼筋等原材料進場質(zhì)保書及抽樣檢測質(zhì)量合格。

3.1.4 復(fù)核測量定位

根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點位、施工單位復(fù)測的測量成果報告、基坑平面圖，在施工單位測量的基礎(chǔ)上進行復(fù)測，測量誤差應(yīng)控制在規(guī)范允許范圍。

3.1.5 工藝試驗

對工藝性試樁試驗進行旁站，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，確定成樁步驟、復(fù)核水泥漿液的水灰比、記錄注漿泵工作流量等，確保正式攪樁質(zhì)量合格。工藝試驗確定的水泥漿液的水灰比為1.0，水泥摻量為310kg/m3。

3.2 事中控制

3.2.1 檢查鉆機就位及導(dǎo)槽開挖情況

確認施工區(qū)域內(nèi)地下管線及障礙物排查、清理情況，檢查場地平整及壓實情況，確保鉆機平穩(wěn)，行走順暢，保證鉆機鉆桿垂直。檢查開挖導(dǎo)槽的平面位置、深度及寬度。本基坑實際導(dǎo)槽開挖深度為70cm，寬度為120cm。

3.2.2 H 型鋼加工質(zhì)量檢查

重點檢查H 型鋼規(guī)格及外觀，不得有明顯變形、損壞、裂口等質(zhì)量缺陷。檢查焊縫飽滿度及尺寸是否合格，是否夾渣，焊縫須經(jīng)超聲波探傷檢測。檢查H 型鋼表面的污垢、鐵銹是否清除干凈，減摩劑是否涂刷均勻。經(jīng)檢查，型鋼外觀完好、無銹蝕，接頭焊縫連續(xù)飽滿、未夾渣，超聲檢查合格，減摩劑涂刷均勻。

3.2.3 H 型鋼成樁檢查

采用全站儀復(fù)核型鋼平面位置及高程，該基坑實際完成174根SMW 工法樁施工，每根長24m，實測型鋼平面位置平均偏差為13mm，高程平均偏差8mm，滿足施工要求。

3.3 事后控制

檢查水泥土攪拌樁試件強度，應(yīng)滿足設(shè)計要求，基坑開挖后檢查坑壁有無滲漏水、墻體開裂等情況，做好記錄，及時進行補救。經(jīng)過對各項施工工序進行嚴格的事前、事中質(zhì)量控制，SMW工法樁成樁效果理想。在基坑開挖后，可見墻體連續(xù)完整，無開裂及滲漏水現(xiàn)象，可達到預(yù)期控制效果。

4 結(jié)語

本文結(jié)合工程實例詳細介紹了SMW 工法樁的施工應(yīng)用及監(jiān)理控制內(nèi)容，重點對水泥土攪拌樁成樁、型鋼定位插拔工藝及監(jiān)理控制要點進行了論述。工程應(yīng)用表明：SMW 工法樁具有止水抗?jié)B效果好、施工簡便、工期短、型鋼構(gòu)件可回收利用以及綠色環(huán)保等優(yōu)點，應(yīng)用優(yōu)勢明顯，值得推廣。