SMW工法在深基坑支护施工中的应用

SMW工法在深基坑支护施工中的应用

陈佳

上海奉贤建设发展（集团）有限公司上海201499

摘要：随着城市建设规模不断提高和建设速度不断加快，不断涌现出基坑支护工程采用SMW工法。本文结合基坑支护工程实例，从其SMW工法设计方案、施工技术及质量控制要点等方面对该工法在上海地区基坑支护结构中的应用进行分析。

关键词：基坑支护；SMW工法；三轴水泥搅拌桩；施工技术；质量控制

1工程概况

奉贤中学实验楼新建工程位于奉贤区南奉公路与金海公路交接口、奉贤中学校园内，总建筑面积共约20737.65m2。工程建设内容主要包括实验楼、门厅及连廊等。工程建筑结构类型为钢筋混凝土框架结构，为地上六层，地下一层，建筑高度为24m。本工程地下室为一层。地下室层高5.7米，总建筑面积为4204.44平方米，部分有地下夹层360.12平方米。地下室含人防工程，平时作为活动场馆使用。

2支护设计

基坑支护主要采用SMW工法+一道钢筋混凝土内支撑的结构体系。搅拌桩主要采用Φ850三轴水泥搅拌桩，桩长24～25m，水泥掺量20%，桩内插H588×300@600和2H700×300@1800（或@1200mm）型钢，有效长度与水泥搅拌桩相同。H型钢采用插二跳一和密插型布置形式，SMW工法围护长度约45m。

东南角局部采用Φ1200钻孔灌注桩配合Φ500高压旋喷桩止水帷幕复合结构，钻孔灌注桩有效桩长23m，围护长度约45m。桩顶混凝土冠梁为1100mm×800mm，混凝土腰梁为1200mm×800mm、水平支撑主梁为800mm×800mm。基坑支护剖面如图1所示。

图1剖面图

3SMW工法施工技术

3.1工艺流程

测量放线→导沟开挖→设置定位导轨→搅拌桩施工→型钢插入与固定→施工完成→型钢回收。

3.2施工要点

3.2.1测量放线

根据提供的控制点和设计图纸，进行围护桩桩位放样，同时标出SMW墙体施工框线，并复核验收。

3.2.2开挖导沟

导沟应沿SMW墙体施工框线开挖，一般宽0.8~1.0m，深0.6~1.0m。在导沟两侧相应设置稳定的基准点，以便随时检查墙体中心轴线。导沟开挖时，应将场地内浅层障碍物清理干净，确保搅拌桩成桩顺利。

3.2.3定位、钻孔、移机

在开挖的工作沟槽两侧铺设导向定位型钢，按设计要求在导向定位型钢上划出钻孔位置，操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心就位不偏，同时控制钻孔下钻深度的达标，利用钻杆和桩架相对错位原理，在钻管上划出钻孔深度的标尺线，严格控制下钻、提升的速度和深度。

搅拌桩采用三轴搅拌机施工，设计桩径为Φ850mm，桩与桩的搭接为25cm，相邻桩施工时间间隔不得超过10h。搅拌桩移到指定桩位对中，中心偏差不得大于4cm，并确保安装稳固。

3.2.4设置定位导轨和施工标志

定位导轨采用H300×300长8~12m型钢做成，间距比搅拌桩H型钢宽度增加20～30mm。导轨下设H200×200长约2.5m型钢横撑，间距6m。导向轨施工时应控制好轴线与标高，并根据设计的型钢间距，在沟槽两侧定位导轨上设定施工标志，以保证搅拌桩和型钢定位的准确（如图2）。

图2定位导轨及施工标志图

3.2.5搅拌桩施工

⑴桩机就位

由当班班长统一指挥桩机就位并对中，移动前应看清各方面的情况，发现有障碍物应及时清除。移动结束后，桩机必平整、稳固，并用经纬仪检查搅拌桩定位情况，控制桩位与设计的偏差≤20mm，桩机导向架垂直度偏差<1/250。

⑵施工顺序

为保证墙体的连续性和防渗帷幕作用，本工程三轴搅拌桩施工按跳槽式双孔全套复搅式顺序进行，四周转角或场地狭小处采用连续单侧挤压式施工（如图3）。

图3跳槽式双孔全套复搅式施工顺序图

⑶预备下沉

搅拌机预备下沉时，应空载运转，并开动机械冷却循环系统，待正常后方可放松钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌下沉。速度由电气控制装置的电流临测表控制，工作电流不得大于额定值。

⑷水泥浆液的配制

水灰比是影响搅拌桩质量的重要因素。根据设计要求，本围护桩采用P32.5普通硅酸盐水泥，掺量20%，水灰比1.5～2.0。每幅桩面积为1.495m2，水泥用量=搅拌桩的计算面积×有效桩长×土体密度（取1.8t/m3）×水泥掺入量。施工时每2～4幅桩作为一个单元控制水泥用量。

⑸搅拌下沉

搅拌机运转正常后，启动搅拌机电机，放松塔架钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，下沉速度由电机的电流监测表控制，工作电流应≤10A。如下沉速度太慢，可由输浆系统适当补充清水以利钻进。

搅拌机下沉到一定深度时，按设计要求拌制水泥浆，并将水泥浆倒入集料斗备喷。配制水泥浆使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析。

⑹提升喷浆搅拌

搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，其出口压力应>0.3MPa，使水泥浆连续压入地基土中。此后搅拌机边喷浆、边旋转、边严格按已确定的速度提升，直至设计桩顶标高。

⑺重复沉钻复搅和提升

为使土体和水泥浆充分搅拌均匀，围护桩采用“二喷二搅”工艺。在重复搅拌下沉时喷浆，喷浆量控制为总喷浆量的30%~40%。当搅拌桩再次提升至设计桩顶标高时，搅拌桩制桩完成。

3.2.6型钢插入与固定

型钢插入时间控制在搅拌桩施工结束后30min内进行。插入前应校正其平整度、涂刷减摩剂（厚度≥1mm），设立定位卡（如图4）；插入时应校正位置，保证垂直度<1%；插入过程尽可能依靠自重压入。

若插放达不到设计标高时，则采用重复提升型钢下插的方法或借助振动锤等辅助手段下沉到位。型钢插入整个过程均应用线锤跟踪控制垂直度，并用经纬仪校核。

图4定位卡示意图

型钢送至设计标高后用Φ8吊筋将型钢固定在定位卡上。待水泥土搅拌桩达到一定硬化时间（约6h），将吊筋与定位卡撤除。施工中溢出的水泥土应进行清理，以利下道工序施工。

3.2.7型钢回收

地下室主体结构施工完成，地下室外墙与基坑围护结构之间按设计要求回填密实后，采用履带吊配合专用夹具和液压千斤顶组成的起拔器，将H型钢拔除。H型钢拔除后地面形成的空隙，应采用水泥砂浆充填密实，以减少变形对周围环境的影响。

4质量控制

SMW工法施工关键在于搅拌桩成桩质量和H型钢插入和拔出的质量控制。

4.1搅拌桩成桩质量控制

4.1.1施工时为保证水泥土能够充分搅拌混合均匀，必须控制好搅拌机下沉及提升速度。预搅下沉速度应控制在0.8m/min，喷浆提升速度为0.5m/min。重复搅拌下沉、提升速度可控制在0.5～0.8m/min，以保证水泥土加固范围均得到充分搅拌。

4.1.2为确保水泥浆沿全桩长均匀分布，要严格控制好喷浆速率与提升速度，喷浆和搅拌提升速度误差应≤±0.1m/min。

4.1.3采用“二喷二搅”施工工艺，水泥浆喷浆量第一次控制在总喷浆量的60%，第二次控制在40%左右。当搅拌机下沉到设计深度，水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌不少于30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。施工过程泵送压力应>0.3MPa，泵送流量要求恒定。

4.1.4搅拌桩施工时，不得冲水下沉，当遇到硬土层而下沉太慢时，方可适量冲水，并需考虑冲水对桩身质量的影响。

4.1.5施工时因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。

4.1.6相邻两桩搭接的施工间隔时间不应>24h，否则为保证桩间搭接质量，应采取注浆补强。

4.2型钢插入和拔出的质量控制

4.2.1型钢插入

⑴型钢插入前应校正其平整度，自行加工的H型钢质量应符合要求。型钢插入应可能做到依靠其自重插入，避免冲击打击。垂直度偏差应控制在1%以内和水泥搅拌桩的偏心≤3cm。

⑵型钢插入过程从开始到结束均应采用两台经纬仪从不同的两个方向进行纠正，确保其垂直度。

4.2.2型钢拔出

型钢拔出阻力Pm主要由静摩擦阻力Pt、变形阻力Pd及自重G等三部分组成，即：

Pm=Pt＋Pd＋G

根据工程拔出试验表明，自重G相对起拔力很小，可忽略；当墙体最大水平变位Δm/LH≤0.5%时，其最大变形阻力：

Pm≈2Pt=2μfA=2μfSHLH。

式中：μf-H型钢与水泥土之间的单位面积静摩阻力，减摩剂涂层平均为0.04MPa；SH-H型钢横截面的周长；LH-H型钢插入水泥土中的长度。根据型钢拔出重复利用的试验结果，此工艺取得成功的关键：

⑴在型钢插入前，应在其表面涂刷减摩剂，减摩剂涂刷厚度不得<1mm；

⑵型钢插入时要确保其垂直度，避免冲击打击；

⑶要控制基坑变形，以免引起型钢变形。

5监测结果分析

本工程在地下室基坑施工过程中，根据设计要求对围护顶部沉降与水平位移，邻近建筑物以及基坑周边道路、地下管线等采取信息施工的方法进行全过程监测。最后监测结果：桩顶最大位移仅12～22mm，最大沉降13mm，其余所有监测数据均未超过报警值。保证了地下室施工安全。

6结语

SMW工法是一种新型施工工艺，是以SMW专用机具，用水泥土作为固化剂与地基土进行原位搅拌，并插入型钢，固化后形成柱列式地下连续墙体，结合支撑结构作为基坑挡土防水的侧向支护体系。

可较常规支护形式更贴近建筑物或管线施工，特别适宜建筑密集的旧城改造区及软土地区的基坑围护，具有风险较小、施工较快、造价较省、环境污染较小的特点，值得推广。

参考文献：

[1]朱珍连.SMW工法在某工程深基坑围护中的应用[J].四川建材.2012（01）