SMW 工法在軟土地區(qū)施工工藝研究

郭世巧，劉云鵬

（中鐵十五局集團(tuán)第四工程有限公司，河南 新鄭）

引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，基坑工程越來(lái)越多地出現(xiàn)在軟土地區(qū)，如江蘇、上海、天津等地。軟土地區(qū)的基坑支護(hù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如土層強(qiáng)度低、變形大、滲透性強(qiáng)、承壓水位高等，給基坑的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)了很大的隱患[1]。因此，需要選擇適合于軟土地區(qū)的基坑支護(hù)方法，既能有效地保持基坑結(jié)構(gòu)，又能減少對(duì)周邊環(huán)境和建筑物的影響，同時(shí)又具有施工簡(jiǎn)便、無(wú)環(huán)境污染、工期短等優(yōu)點(diǎn)。

SMW 工法是一種基坑支護(hù)方法，通過向水泥土攪拌樁中置入H 型鋼，以達(dá)到增強(qiáng)基坑穩(wěn)定性的目的。SMW 工法利用水泥漿作為固化劑，利用深攪拌樁機(jī)將水泥漿與地基土進(jìn)行強(qiáng)制性攪拌而形成水泥土，固化后形成地下連續(xù)水泥土墻，而在墻體中插入的H型鋼彌補(bǔ)了水泥土墻剛度不足的缺點(diǎn)，兩者共同作用而形成具有一定強(qiáng)度和剛度的連續(xù)無(wú)接縫的地下墻體結(jié)構(gòu)[2]。這種方法在防滲擋水和承受荷載方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)建設(shè)工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，H 型鋼可以回收重復(fù)利用，使其成為經(jīng)濟(jì)性較好的施工工藝。然而，SMW 工法的應(yīng)用需要考慮到許多細(xì)節(jié)，因?yàn)榧?xì)節(jié)質(zhì)量問題可能會(huì)對(duì)整體支護(hù)效果產(chǎn)生影響[3]。因此，為了確保施工質(zhì)量水平，需要結(jié)合具體工程情況進(jìn)行深入研究，并準(zhǔn)確把握施工要點(diǎn)。通過加強(qiáng)研究和精確施工，可以提高工法的可靠性和有效性[4]。

1 軟土地區(qū)特性概述

SMW 工法適用于軟土地區(qū)，如黏土、淤泥和軟粘土等土壤類型。這些土壤通常含水量較高，強(qiáng)度較低，需要進(jìn)行地基處理以提高承載能力和穩(wěn)定性。軟土地區(qū)常面臨較大的沉降和變形風(fēng)險(xiǎn)，因此需要采取措施來(lái)控制地基的沉降和變形[5]。SMW 工法通過固化軟土來(lái)減少沉降和變形的發(fā)生，從而提高地基的穩(wěn)定性。此外，軟土地區(qū)地下水位較高，會(huì)影響土壤的穩(wěn)定性和排水性能。在進(jìn)行SMW 工法施工前，需要充分調(diào)查和分析地下水位，并采取相應(yīng)措施來(lái)控制地下水位，以確保施工的安全性和有效性。軟土地區(qū)的工程要求通常較高，需要考慮地基的承載能力、沉降和變形控制以及液化防治等方面的要求[6]。SMW 工法能夠滿足這些要求，提供穩(wěn)定可靠的地基支撐。本次研究對(duì)象的主要土體力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 土體力學(xué)參數(shù)

2 工程概況

邯鄲市趙王大街綜合管廊基坑為長(zhǎng)條型，位于趙王大街東側(cè)綠化帶內(nèi)，交叉路口與道路相交，基坑總長(zhǎng)度約5.2 km，凈寬度10.7～17.85 m，深度6.83～12.5 m，根據(jù)基坑深度、土質(zhì)情況分別采用拉森鋼板樁和SMW 工法樁兩種支護(hù)形式。

SMW 工法樁支護(hù)形式，基坑總長(zhǎng)度約1.1 km，凈寬度10.7～17.85 m，基坑深度7.67～12.5 m，三軸攪拌樁?850@600，套打一孔，長(zhǎng)度15～23 m，型鋼為HN700×300×13×24，長(zhǎng)度15～23 m，沿豎向共設(shè)置兩道內(nèi)支撐：樁頂部為1200×800 鋼筋混凝土冠梁加?609×16 鋼管撐（間距5 m），下部一道雙拼HN700×300×13×24 型鋼腰梁加?609×16 鋼管撐（間距5 m）,利用底板邊緣填充C20 素混凝土作為第二道撐倒撐?；禹敳糠牌?～2 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,具體參數(shù)見表2。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)示意（mm）

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 SMW 工法在軟土地區(qū)的關(guān)鍵施工內(nèi)容

3.1 SMW 工法在軟土地區(qū)施工準(zhǔn)備

根據(jù)基坑的位置、形狀和深度，選擇合適的SMW工法機(jī)型，包括基礎(chǔ)機(jī)、奧加機(jī)、螺旋機(jī)、攪拌機(jī)等；根據(jù)地盤的硬度和障礙物情況，選擇是否需要先行削孔或其他輔助工法，以減少攪拌樁的下沉阻力和提高施工精度；根據(jù)土質(zhì)情況，選擇合適的水泥漿液配合比，以保證壁體的強(qiáng)度和遮水性；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的H 型鋼規(guī)格、型號(hào)和布置形式。工法樁端部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 工法樁端部結(jié)構(gòu)（單位：mm）

3.2 水泥土攪拌樁的施工

水泥土攪拌樁施工流程一般包括以下幾個(gè)步驟：首先，在前期準(zhǔn)備階段，需要仔細(xì)確定施工現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行清理，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)的平整和清潔。接著，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在施工區(qū)域進(jìn)行樁位布置，并進(jìn)行樁位的測(cè)量和標(biāo)記。隨后，利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，確保控制鉆孔的深度和直徑，以保證鉆孔質(zhì)量。然后，使用攪拌樁機(jī)進(jìn)行攪拌樁施工。施工開始前，首先需要將水泥、砂和水按照一定的比例混合成水泥漿液。接著，將混合好的水泥漿液注入鉆孔中，同時(shí)使用攪拌樁機(jī)進(jìn)行攪拌[7]。根據(jù)水泥土樁端阻力和側(cè)摩阻力公式（1），需對(duì)土體性質(zhì)進(jìn)行分析。

式中：Qs表示樁端阻力；As表示樁端面積；τs表示樁端抗剪強(qiáng)度；Qc表示側(cè)摩阻力；Ac表示樁身側(cè)面積；c 表示土的黏聚力；σ 表示土的有效應(yīng)力；φ表示土的摩擦角。

在攪拌過程中，攪拌樁機(jī)會(huì)把土壤和水泥充分混合，形成具有較高強(qiáng)度的水泥土攪拌樁。完成攪拌樁施工后，還需要對(duì)樁頂進(jìn)行整平處理，以確保樁頂?shù)乃蕉群推秸取Ｗ詈?，在施工完成后，進(jìn)行后期處理，清理施工現(xiàn)場(chǎng)，清除多余的材料和設(shè)備，恢復(fù)施工區(qū)域的原貌。

3.3 H 型鋼減摩措施

在SMW 工法中，針對(duì)減少H 型鋼的摩擦力，根據(jù)摩擦力公式（2）可以采取以下幾個(gè)措施。首先，對(duì)H 型鋼的表面進(jìn)行處理，可以選擇噴涂或涂覆一層低摩擦系數(shù)的涂層，例如聚四氟乙烯（PTFE），以降低鋼材表面的摩擦系數(shù)。其次，可以在H 型鋼的接觸面上添加潤(rùn)滑劑，如潤(rùn)滑油或脂，以降低接觸面的摩擦力。此外，通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可以減少H 型鋼之間的接觸面積，從而有效降低摩擦力。

式中：F 為摩擦力；μ動(dòng)為動(dòng)摩擦系數(shù)；N 為正應(yīng)力。

在H 型鋼的移動(dòng)過程中，可以采用滾動(dòng)方式而非滑動(dòng)方式，例如在接觸面上添加滾珠或滾輪，以減少摩擦力。另外，合理控制H 型鋼的載荷，避免過大的載荷造成摩擦力增加。通過綜合應(yīng)用上述措施，能夠有效減少H 型鋼的摩擦力，提升工程的效率和可靠性。

3.4 H 型鋼的插入

在SMW 工法中，插入H 型鋼是一個(gè)關(guān)鍵步驟，需要注意以下幾點(diǎn)。首先，插入深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，確保H 型鋼的穩(wěn)固性和承載能力。一般來(lái)說(shuō)，插入深度要求超過H 型鋼高度的1/3 以上。其次，插入方向應(yīng)與設(shè)計(jì)要求一致，確保H 型鋼的承載方向正確。另外，插入位置要準(zhǔn)確無(wú)誤，避免偏移或錯(cuò)位，以確保工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在插入H 型鋼之前，需要清潔插入孔，清除雜物和灰塵，以保證插入質(zhì)量和穩(wěn)定性。在插入過程中，需要控制插入的速度和力度，避免過快或過大的插入力造成材料損壞或結(jié)構(gòu)變形。最后，插入H 型鋼后，應(yīng)進(jìn)行檢查，確保插入深度和位置符合要求，并進(jìn)行必要的調(diào)整和修正，以確保插入質(zhì)量和穩(wěn)定性，保證工程的安全和可靠性。

3.5 H 型鋼回收

在進(jìn)行H 型鋼拔除回收的流程中，首先需要確定H 型鋼的位置和數(shù)量，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。同時(shí)，必須準(zhǔn)備好所需的工具和設(shè)備，如起重機(jī)、鋼絲繩等。此外，使用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)設(shè)備和方法對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢查，以確保其符合設(shè)計(jì)要求。在拔除H 型鋼時(shí)，務(wù)必小心操作，避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞。最后，清理拔除H 型鋼時(shí)產(chǎn)生的垃圾和雜物，以保持施工現(xiàn)場(chǎng)的整潔。

4 SMW 工法樁施工可能存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

在SMW 工法樁施工過程中，可能會(huì)遇到以下問題。首先是樁身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)樁身彎曲、變形、裂縫等情況。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問題，需要嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，確?；炷僚浜媳葴?zhǔn)確；加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督，確保樁身的垂直度和強(qiáng)度；及時(shí)修補(bǔ)和加固有問題的樁身。

其次是樁端沉降過大，可能導(dǎo)致樁基承載力不足。為了解決這個(gè)問題，需要在施工前進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察，了解地層情況；根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整樁基的設(shè)計(jì)參數(shù)；加強(qiáng)樁基的施工監(jiān)督，確保樁端沉降控制在合理范圍內(nèi)。

第三個(gè)問題是施工過程中的地下水問題，可能導(dǎo)致樁基周圍土體液化、樁身沖刷等問題。針對(duì)這個(gè)問題，需要采取地下水的降低或排水措施，保持施工現(xiàn)場(chǎng)干燥；加強(qiáng)土體的固結(jié)和加固措施，防止液化和沖刷現(xiàn)象的發(fā)生。

另外，施工現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)產(chǎn)生噪音、粉塵等污染物，對(duì)周圍環(huán)境造成影響。為了解決這個(gè)問題，需要采取噪音和粉塵控制措施，例如使用降噪設(shè)備、噴水降塵等；合理安排施工時(shí)間和施工區(qū)域，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。

最后一個(gè)問題是安全隱患，施工過程中可能存在高處墜落、機(jī)械設(shè)備操作不當(dāng)、電氣安全等問題。為了確保工人的安全，需要加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)，提高工人的安全意識(shí)；配備必要的安全設(shè)備，如安全帽、安全繩等；嚴(yán)格遵守施工操作規(guī)程，確保施工過程的安全。

綜上所述，對(duì)于SMW 工法樁施工，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督和安全管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，以確保施工質(zhì)量和工人的安全。

5 結(jié)論與展望

SMW 工法樁在軟土地區(qū)施工具有良好的適應(yīng)性和可行性，能夠有效改善軟土地區(qū)的地基承載力和變形性能。然而，在軟土地區(qū)施工SMW 工法樁時(shí)，必須充分考慮軟土的特性以及地下水的影響，并合理選擇樁身材料和施工參數(shù)。因此，進(jìn)一步研究SMW 工法樁在軟土地區(qū)的適用性和施工效果，并探索更加優(yōu)化的施工工藝和技術(shù)，是至關(guān)重要的。此外，結(jié)合軟土地區(qū)的特點(diǎn)，還有必要進(jìn)一步改進(jìn)樁身材料和施工參數(shù)的選擇，以提高樁身質(zhì)量和施工效果。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)軟土地區(qū)SMW 工法樁施工過程中地下水和土體液化、沖刷等問題的研究，提出更加有效的防治措施，也是非常重要的。

總之，對(duì)于SMW 工法樁在軟土地區(qū)的施工，需要進(jìn)行更深入的研究和改進(jìn)，以提高施工效果和工程質(zhì)量。此外，還需要加強(qiáng)對(duì)環(huán)境污染和安全隱患的控制，確保施工過程的安全和環(huán)境的保護(hù)。