SWM工法樁在下穿隧道支護(hù)中的應(yīng)用分析

王江榮

(中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司，青海 西寧 811600)

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

沈陽東路快速通道工程是銀川市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，位于銀川市中心城區(qū)北側(cè)金鳳區(qū)，是銀川“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”通道中的首開工程。標(biāo)段施工里程為K0+000—K2+900段，包括沈陽路-親水大街下穿隧道、沈陽路-萬壽路上跨橋及道路改造工程，其中沈陽路-親水大街下穿隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SWM工法樁。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程場地內(nèi)除上部填土外，無其他特殊性巖土。

2 施工工藝及方法

2.1 具體的施工方法

隧道工程位于沈陽路與親水大街交叉口，屬于下穿隧道。隧道起點(diǎn)里程為K0+000，終點(diǎn)里程為K0+780.123，有217 m的暗埋段，敞開段長度為363 m。暗埋段采用SWM工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，型鋼水泥土攪拌墻(SWM)采用φ850@600三軸攪拌樁，內(nèi)插工型鋼(H700×300×13×24)，型鋼隔一插一。隧道基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁加內(nèi)支撐支護(hù)。泵房段采用φ850@600三軸攪拌樁內(nèi)插型鋼(H700×300×13×24)，逐一插一。視基坑深度豎向設(shè)置2～3道φ609鋼管支撐，豎向間距為3 100 mm左右，標(biāo)準(zhǔn)段橫向間距為4 000 mm左右，泵房段橫向間距為3 250 mm左右，鋼支撐壁厚t=16 mm。墻頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土冠梁。第一道支撐在冠梁上，材質(zhì)為鋼支撐，其他支撐在鋼圍檁部位，圍護(hù)樁嵌固最小深度為10.92 m，最大深度為14.77 m。底板埋深約為7.8～11.6 m。

2.1.1 樁位放樣，溝槽開挖

測量確定設(shè)計(jì)軸線后，軸線外放開挖導(dǎo)溝，導(dǎo)溝尺寸的深度為1 000 mm，寬度為1 200 mm，溝槽開挖期間及時清除障礙物，若溝槽位置內(nèi)存在較大坑洞，需做回填夯實(shí)處理，以保證三軸攪拌樁的施工順利。為了保證樁位的精準(zhǔn)，以及工型鋼安裝不存在偏差，需在兩側(cè)進(jìn)行標(biāo)注，在導(dǎo)向定位型鋼上畫出鉆孔的位置以及工型鋼下插的位置。

2.1.2 攪拌樁施工

(1) 施工設(shè)備。本工程采用的主要施工設(shè)備包括空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)、三軸攪拌機(jī)、反鏟挖掘機(jī)、小型挖掘機(jī)、旋挖鉆機(jī)、裝載機(jī)、濕式混凝土噴射機(jī)、千斤頂、深井潛水泵、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)、汽車吊、交流電焊機(jī)、混凝土輸送泵、自卸車。

(2) 攪拌樁機(jī)安裝。攪拌樁機(jī)進(jìn)場就位之后，需要對鉆機(jī)做出調(diào)整，固定位置，保證鉆機(jī)的垂直度達(dá)到要求之后方可進(jìn)行施工，鉆桿固定至樁位位置，樁位的偏差應(yīng)小于20 mm，垂直度應(yīng)小于0.5%的偏差。同時對鉆桿進(jìn)行檢查，確定孔底標(biāo)高，滿足設(shè)計(jì)要求的深度。

(3) SMW工法樁施工采用“兩攪兩噴”的施工工藝。

①施工前應(yīng)制作相應(yīng)的防止下沉的懸掛構(gòu)件，根據(jù)內(nèi)插型鋼的規(guī)格和尺寸，確定相應(yīng)的型鋼定位導(dǎo)向架。在攪拌樁機(jī)施工期間，應(yīng)對樁機(jī)進(jìn)行固定，保持底盤的水平以及立柱導(dǎo)向架的垂直[1]。三軸攪拌機(jī)應(yīng)保持勻速的下沉或提升，下沉速度控制在每分鐘1～1.5 m，提升速度控制在每分鐘1～2 m。在提升期間，應(yīng)盡量控制孔內(nèi)負(fù)壓的產(chǎn)生，以免破壞周邊土體的穩(wěn)定性，造成地面沉降，具體的速度應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際現(xiàn)狀、水泥漿液的比例以及注漿泵的流量計(jì)算之后確定，以保證水泥土的均勻和穩(wěn)定。

②在樁體施工完成30 min內(nèi)插入工型鋼。芯材應(yīng)選用平直、光滑、無彎曲、無扭曲型鋼。型鋼接口位置采用特殊焊接技術(shù)，保證焊縫質(zhì)量大于二級，接長型鋼接頭位置不處于基坑支撐位置、基坑開挖面及基坑底2 m以上位置，間距至少為1 m。工型鋼在插入之前應(yīng)涂抹減阻材料，方便插入以及后期的完整回收[2]。依靠工型鋼的自重下落至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，若型鋼在插入期間存在困難，可相應(yīng)地采取輔助措施。型鋼到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時，使用吊筋進(jìn)行固定。

③本工程的攪拌樁漿液控制及施工參數(shù)見表1。

表1 SMW工法樁施工參數(shù)

④一個單元水泥土攪拌樁施工完成后，接著施工下一單元樁位的攪拌樁。SMW工法樁施工采用跳樁法套樁施工，攪拌裝置移動到下一樁位，對中調(diào)直，攪拌噴漿。一根接一根施工形成加固體，兩根攪拌樁的搭接時間不要超過12 h。

⑤SMW工法樁施工28 d后開始冠梁施工，為保證工型鋼的起拔，在冠梁澆筑范圍內(nèi)，型鋼用珍珠棉包封，嚴(yán)禁混凝土與型鋼接觸，造成型鋼回收困難。冠梁施工前，SMW工法樁頂應(yīng)與冠梁緊密結(jié)合，避免基坑開挖過程中地表雨水順冠梁底下滲至基坑里。

2.1.3 工型鋼的施工注意事項(xiàng)

(1) 在攪拌樁施工結(jié)束后的30 min之內(nèi)，需進(jìn)行工型鋼的插入工作，型鋼插入之前應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，鋼身整體無損壞和卷曲，型鋼焊縫位置的質(zhì)量應(yīng)大于二級，工型鋼應(yīng)保證垂直插入[3]。

(2) 型鋼的插入為整根鋼材，非必要不連接，若鋼材需要分段連接時，需要采用坡口焊工藝進(jìn)行高強(qiáng)度焊接；禁止在支撐位置和工型鋼受力較大位置進(jìn)行焊接；兩根相鄰的工型鋼接頭位置禁止平行，需垂直錯開大于1 m的距離，基坑底2 m之內(nèi)禁止存在型鋼接頭。

(3) 型鋼在插入期間應(yīng)采用定位導(dǎo)向架進(jìn)行固定，盡量保證其垂直度，型鋼插入到位之后，應(yīng)做出固定，將已插好的型鋼進(jìn)行連接，避免發(fā)生型鋼移位。

2.1.4 工型鋼拔除

工型鋼在后期的施工中需要拔除回收，在型鋼開拔前，應(yīng)在表面涂抹減阻劑，減少工型鋼和水泥、土體的黏結(jié)，起拔阻力應(yīng)小于型鋼破壞強(qiáng)度，過大的阻力會導(dǎo)致型鋼出現(xiàn)損壞，無法回收再使用[4]。本工程采用2臺200 t液壓千斤頂和25 t汽車吊機(jī)對型鋼進(jìn)行拔除，當(dāng)型鋼拔除之后應(yīng)該及時使用水泥漿液進(jìn)行填充，待有一定強(qiáng)度后再拔除其余型鋼。

3 監(jiān)控量測

3.1 監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

為了確保隧道基坑開挖施工中圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、地下管線及交通的安全，需對基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施工全過程進(jìn)行監(jiān)測[5]。監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值相比較，以確定和優(yōu)化下一步施工參數(shù)，做好信息化施工。現(xiàn)場量測結(jié)果用于信息反饋并優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的目的。監(jiān)測的主要內(nèi)容見表2。

表2 監(jiān)測內(nèi)容

施工前應(yīng)由有資質(zhì)的檢測單位編制監(jiān)測方案，并經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、建設(shè)方認(rèn)可。施工監(jiān)測點(diǎn)的布置應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)提供的參數(shù)進(jìn)行布設(shè)。施工期間嚴(yán)禁破壞基坑監(jiān)測點(diǎn)，需保證監(jiān)測點(diǎn)的完整，日常巡視工作中，應(yīng)注意監(jiān)測點(diǎn)的健康，若發(fā)現(xiàn)被破壞需及時處理，增設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。基坑監(jiān)測工作應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)提供的監(jiān)測頻率及監(jiān)測方案進(jìn)行。

3.2 監(jiān)測反饋

尋找一種能夠較好反映監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律和趨勢的函數(shù)關(guān)系式，對下一階段的監(jiān)測物理量進(jìn)行預(yù)測，防患于未然。如預(yù)測最終位移值，預(yù)測結(jié)構(gòu)物的安全性，并據(jù)此確定工程技術(shù)措施等[6]。因此，對每一測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果要根據(jù)管理基準(zhǔn)和位移變化速率等綜合判斷結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報(bào)表，及時反饋指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到安全、快速、高效施工之目的。

當(dāng)施工中出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)立即停止施工，采取措施處理。

(1) 監(jiān)測數(shù)據(jù)有不斷增大的趨勢。

(2) 時態(tài)曲線長時間沒有變緩的趨勢等。監(jiān)測資料的反饋程序及監(jiān)測信息反饋流程如圖1所示。

圖1 監(jiān)測資料反饋管理程序及監(jiān)測信息管理流程圖

3.3 監(jiān)控量測質(zhì)量保證措施

監(jiān)測單位應(yīng)與監(jiān)理單位密切配合，定時上報(bào)監(jiān)測現(xiàn)狀，并提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)和記錄。監(jiān)測點(diǎn)位的布置應(yīng)科學(xué)合理，位置準(zhǔn)確，安全穩(wěn)固，并設(shè)立醒目的保護(hù)標(biāo)志。監(jiān)測材料、監(jiān)測元件以及儀器設(shè)備應(yīng)有合格證書，監(jiān)測點(diǎn)能夠及時地反映基坑的實(shí)際變化。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)定期進(jìn)行整理匯總成監(jiān)測報(bào)告，并上報(bào)各個單位，監(jiān)測報(bào)告應(yīng)包括階段變形值、變形速率、累計(jì)值，并繪制沉降槽曲線、歷時曲線等，做必要的回歸分析，以及對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)[7]。

4 SWM工法樁方案的優(yōu)點(diǎn)

通過在寧夏銀川沈陽路-親水大街下穿隧道工程的成功應(yīng)用，SMW工法無疑具有更廣泛的前景。并且，同其他各類形式的圍護(hù)形式相比，SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：

(1) 施工影響較小。工法樁的灰漿攪拌機(jī)機(jī)頭為螺旋式，在施工期間，排土的方式為螺旋效應(yīng)，對土體的擾動較小，無須開槽和鉆孔，避免了孔壁出現(xiàn)坍塌的危險(xiǎn)，對周邊的道路、管線、地面和建筑物破壞較小。

(2) 抗?jié)B性能高。切削和攪拌是反復(fù)進(jìn)行的，水泥漿和土體能夠充分地進(jìn)行融合，形成質(zhì)地均勻的水泥土，水泥土的滲透系數(shù)極小，有著更好的止水效果[8]。

(3) 施工噪聲小、振動小、工期短。SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用就地加固原狀土，成樁速度快，墻體構(gòu)造簡單，施工效率高[9]。省去了挖槽、安放鋼筋籠等工序，工期較其他工法大大縮短。

(4) 更加節(jié)能環(huán)保。在建筑工程領(lǐng)域地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁作為傳統(tǒng)圍護(hù)的施工工藝，過程中使用了大量的鋼筋，造成其不能回收重復(fù)利用且圍護(hù)結(jié)構(gòu)大部分永久性地埋在了地下，造成了極大的鋼鐵資源的消耗和地下空間資源受到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的污染。而工法樁中的H型鋼大部分都拔除回收，且結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度低，不會對地下空間資源的使用造成占用和浪費(fèi)，對我國西北地區(qū)進(jìn)行建設(shè)節(jié)約型社會有著重要的意義。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合寧夏銀川沈陽路-親水大街下穿隧道工程的成功應(yīng)用，證明了SWM工法樁的功能和特性，具有工期短、隔水性強(qiáng)、對周圍環(huán)境影響小、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好等特點(diǎn)。同時，工法樁在施工完成后，可將型鋼從水泥攪拌樁中拔出，達(dá)到回收和再次利用的目的，場地整潔，噪聲小，也具有良好的社會效益。本文的分析結(jié)果對于類似的工程具有較強(qiáng)的借鑒和參考價(jià)值。