深基坑“SMW”工法桩施工监理控制实践*——以苏州科技城科技孵化器二期(致远国际商务大厦)工程为例

汪祖民

(苏州科技学院 环境与教育研究中心，江苏 苏州 215011)

0 引言

目前城市建设用地紧张、建筑物密集、基坑紧靠已有建筑物或市政道路，要求因施工的影响范围更小，从而导致基坑开挖施工难度愈来愈大［1］。特别是为了充分利用地下空间，基坑开挖深度也随之增加，这为基坑施工增加更大的难度［2］。因此，在基坑围护施工中，必须根据周围环境、建筑体形、土层类型、地下水位等情况，采取科学合理新的施工方法——“SMW”工法，进行有效的变形控制措施，实现安全信息化施工［3］。

“SMW”工法是Soil Mixing Wall 的缩写。1976 年，在日本问世SMW 工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H 型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。这种方法引进中国后，土木工程师进行了消化吸收，加以改进，对插入的H 型钢采取拔除，减少了对地下空间的污染。SMW 工法连续墙，就是搅拌桩+预应力加筋斜锚桩是围护施工的新型工艺，具有对周边土体影响小，占地少等特点。

目前预应力加筋斜锚桩工艺在上海地区应用较多，在苏州也开始获得广泛的应用。“SMW”工法是作为一项推广应用的新技术。为了加强深基坑施工监理工作，提高监理工作质量，根据对预应力斜锚桩支护施工的实践经验，进行研究和实践具有现实意义。

1 深基坑工程与“SMW”工法概述

苏州科技城科技孵化器二期(致远国际商务大厦)工程，总建筑面积103 323 m2，其中，地上72 847 m2，共33 层;地下30 476 m2，二层地下室。基坑开挖深度10．2 m。围护结构采用SMW 工法桩(Φ650 三轴搅拌桩，内插H500 ×200 ×10 ×16 型钢)，沿基坑外侧设3 ～4 道Φ400 斜向水泥土斜锚桩，斜锚桩采用旋喷桩。本次围护工程为敞开式垂直开挖及放坡开挖2 种方式。

本深基坑工程施工采用SMW 工法，该工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分，此外还研制了其他一些机型，用于城市高架桥下等施工，空间受限制的场合，或海底筑墙，或软弱地基加固。

“SMW”工法施工顺序如下:

1)导沟开挖:确定是否有障碍物及做泥水沟。

2)置放导轨。

3)设定施工标志。

4)“SMW”钻拌:钻掘及搅拌，重复搅拌，提升时搅拌。

5)置放应力补强材(H 型钢)。

6)固定应力补强材。

7)施工完成”SMW”。

2 施工前监理内容

2．1 施工资质审查

深基坑施工单位应具有相应的施工技术标准、质量管理体系、安全生产管理和保证体系、质量控制及检验检测制度。

2．2 施工组织设计或方案审核

施工单位应根据具体的项目特点和本企业的实际施工状况进行方案编制，施工组织设计或方案必须经过项目负责人、企业技术和安全负责人审批，对超过一定开挖深度的基坑围护工程按相应要求进行专家论证。经监理审批后方可实施。

2．3 审查进场机械设备是否满足本工程需要

三轴搅拌桩施工设备、起重设备、锚桩钻机等应是施工方案中所要求的设备，并在进场时检查是否完好，经有资质的单位检测并出具检定合格报告。

2．4 审查其它内容

审查所采用的原材料及成品、半成品，并按规范要求进行进场验收。凡涉及安全、功能的原材料及成品、半成品，应按规范要求进行现场见证抽样复验。

2．5 审查施工人员持证上岗

项目管理人员和特殊工种人员，如吊车司机、指挥、司索人员、电焊工等应持证上岗，施工作业人员应进行岗前培训、技术安全交底。

3 施工准备阶段监理内容

3．1 审查基础资料

查阅地质勘察资料，熟悉基坑内土质以及周边道路、管线等情况，并对施工单位进行监理交底，针对不明位置的管线，测量出其埋深及距围护结构的净尺寸，以便在施工中对管线做到有效的避让、保护。

3．2 认真学习专业评审意见

参考专家论证意见，在正式锚桩施工前做锚桩试桩，以调整施工参数。监理组对试桩施工进行全过程旁站，检查并记录施工参数，待14 d养护期达到后对试桩进行拉拔试验，并现场开挖试桩桩体，观察锚桩成型情况(见图1、图2)，最终将施工数据汇总至设计单位确定出施工参数。

3．3 按方案确认监测点位

在基坑围护施工前，监理应对基坑周边管线、水位等监测点进行验收，确保监测点按方案布置。监理应监督监测单位对基坑进行监测，确保监测频率(每天早晚各1 次)及数据的准确性［4］。

图1 开挖试桩后桩体成型情况Fig．1 The pile forming conditions after excavating the test pile

图2 测量试桩截面尺寸Fig．2 Measurement of the test pile section size

4 施工阶段监理内容

4．1 施工工艺及施工方法

加筋水泥土斜锚桩成孔采用专用机械，成孔直径根据设计图纸，锚筋施工应与开挖紧密配合，施工前应先开挖深度为1 m、宽度为6 m的沟槽工作面。施工旋喷搅拌水泥土桩锚，其施工工艺是采用一次性钻头上加搅拌叶片，直径为400 mm(扩大头部分为800 mm)，水平倾角10°、长度以设计图纸为准。由钻杆中空孔，向内旋喷水泥浆液，水灰比(1 ～0．7)∶1，泵压力值为20(非扩大区域)～25(扩大区域)Mpa，水泥用量为每立方米25%。通过上述钻杆的中空通道，边钻进边搅拌注浆，钻进同时将钢绞线及锚头结构件带入设计深度。锚筋采用Φ15．2 预应力钢绞线制作，其强度设计值为1 720 Mpa。

4．1．1 锚桩定位

当土方开挖沟槽后，应测量标高，并在围护桩上拉线做记号。钻机就位时应准确，底座应垫平，钻杆的倾斜角度用罗盘校核，角度偏差不大于3°，高度偏差不大于5 cm。成孔施工前应在场地种挖好排水沟及循环浆池，以避免泥浆随意排放而影响施工。

4．1．2 锚桩成孔

水泥土桩锚采用专用钻机成孔。施工中若遇坚硬土层则采用冲击成孔(空压机带动)，其余土层采用湿式成孔。成孔至设计深度后，进行注浆，待孔口反出的泥浆不含沙粒与土时，退出钻杆同时钢绞线安放完毕。

4．1．3 锚桩张拉

锚筋张拉锁定在锚筋施工结束养护7 d后进行，待三轴搅拌桩，旋喷桩及圈梁强度达到设计强度的75%后方可进行张拉锁定。张拉锁定荷载为:第一层150 KN，第二层300 KN，第三层300 KN。正式张拉前第一层先用20%(30 KN)锁定荷载预张拉两次，再以50%(75 KN)、75%(112．5 KN)、100%(150 KN)的锁定荷载分级张拉，然后超张拉至110%(165 KN)锁定荷载，在超张拉荷载下保持5 min，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。

4．2 加筋水泥土桩锚施工工艺控制

4．2．1 分段长度和养护时间控制

加筋水泥土斜锚桩施工必须按照分段分层开挖，分段长度不宜大于35 m，分层厚度不宜大于桩锚竖向间距，下层土开挖时，上层的锚桩必须有7 d以上的养护时间并已张拉锁定。

4．2．2 加强监理旁站监理

采取监理旁站的监理措施，要求施工单位严格按照设计参数进行施工，监理在施工旁站过程中重点对水灰比、注浆压力、钻杆角度、钻杆推进速度，钻杆提升速度等方面进行控制。

4．2．3 间隔时间与定位误差控制

旋喷桩施工后立即插入钢绞线，间隔不超过3 h，钢绞线插入定位误差不超过30 mm，底部标高误差不大于20 cm。

4．2．4 锚索预应力控制

锚桩施工完成后，进行浮土修平，架设槽钢腰梁，在槽钢与搅拌桩之间用C20 细石混凝土填充密实，养护7 天后进行张拉锁定施工，以避免在张拉施工中锚索预应力随槽钢变形而释放。

4．2．5 防止锚索预应力过多的措施

若施工过程中发现锚索预应力释放较多，建议张拉时进行两次分级张拉，第一次张拉锁定值为210 KN;第二次张拉锁定值为310 KN，每分段区域(约30 m范围)完成第一次张拉后，循环进行第二次张拉。监理在施工旁站中应重点控制每次张拉拉力以及张拉持续时间(不少于5 min)。

4．2．6 验收试验

施工完成后每层随机选取规定数量的斜锚桩进行验收试验。

4．3 施工中易出现的问题以及对策

4．3．1 阳角处理措施

基坑阳角部位工法桩位移变化速率往往较大，针对该问题具体做法如下:

1)在阳角位置竖向增加一道锚桩，阳角区域见图3，阴角区域见图4;

2)施工中对阳角位置加强监测，围护体出现渗漏现象应及时采取封堵措施，应急物资应贮备到位。

4．3．2 渗漏处理措施

针对搅拌桩出现渗漏点现象，应对基坑设置围护体系进行加强，具体做法如下:

1)对于阳角区域桩身出现渗漏现象，在阳角区域内增加高压旋喷桩止水;

2)对于非阳角区域出现渗漏现象的，高压旋喷桩布置至渗漏点外侧1 m范围，采用双排旋喷桩止水，旋喷桩紧贴钢筋砼冠梁边设置;

3)旋喷桩桩径Φ 400 mm@400、桩长14 m，采用单重管法施工，为避免旋喷桩施工对搅拌桩产生影响，开挖面以上注浆压力不大于10 Mpa，开挖面一下注浆压力不大于20 Mpa;

图3 阳角加固锚桩Fig．3 Reinforced outside-corner anchor pile

图4 阴角区域Fig．4 Inside-corner area

4)高压旋喷桩施工时，该区域降水井暂停抽水一天。

4．4 审核变形监测分析与预报方案

4．4．1 变形监测点设置的原则

变形监测点的设置要根据土质情况、基坑深度及开挖施工方案合理确定，遵循以下原则:

1)均匀分配;

2)预测变形量较大的变形位置;

3)基坑形状特征处，如阳角、阴角、中间，地质变形分界处的两侧等［5］。

4．4．2 合理确定监测频率

根据施工进度和变形量的大小，合理确定监测频率，做到观测及时、有效，避免变形监测获取数据失误［6］。

4．4．3 加强对监测数据进行分析与预报

对于施工过程中的变形监测数据要及时进行有效的分析与预报［7］，做到信息化施工，及时修改预测变形值与实际变形值之间的差异，及时调整监测频率及施工进度［8］。

5 SMW 工法的主要技术特点

通过工程实践，得出SMW 工法的主要技术特点有:

1)施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面沉降、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。

2)钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K 可达10 ～7 cm/s。

3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100 以上卵石及单轴抗压强度60 MPa以下的岩层应用。

4)可成墙厚度550 ～1 300 mm，常用厚度600 mm;成墙最大深度为65 m，视地质条件尚可施工至更深。

5)所需工期较其他工法短，在一般地质条件下，每一台班可成墙70 ～80 m2。

6)废土外运量远比其他工法少。

6 工程实际效果

本工程共施工3 道预应力锚桩(局部阳角区域4 道)，每完成一道锚桩施工，待强度达到设计要求后，监理见证随机抽取一定数量锚桩，由苏州同济检测中心进行拉拔试验。经检测报告显示，锚桩抗拉强度满足设计要求。

本工程裙房主体已封顶，主楼部分已完成6 层结构砼浇筑，局部区域已回填。经上海岩土工程勘察设计院有限公司监测报告显示，基坑周边土体、管线、道路、水位及锚杆内力各监测点情况正常，基坑稳定。

“SMW”工法降低施工成本，增强企业竞争力。在满足工程技术要求的前提下，选用SMW 工法作为围护结构，具有地下连续墙和钻孔灌注桩加隔水帷幕作为围护结构不可比拟的优势。因此作为投资方、设计方在经过技术经济论证比较后，一般会优先选用SMW 工法作为围护结构。因此作为施工企业就必须加强SMW 工法的施工管理和技术创新工作，树立在SMW 工法施工方面的品牌效应，提高企业在竞标方面的竞争力。

“SMW”工法减少地下空间资源污染。国内土木工程师们应该在研究和消化吸收日本成功的SMW 工法工艺的基础上，通过创新，研究出更好的施工方法和施工工艺。在中国SMW工法中H 型钢大部分都拔除回收，克服了日本“SMW”工法不能够回收H 型钢的缺陷，减少了地下空间资源污染。

7 结束语

本项目在“SMW”工法施工过程中采取分阶段质量控制的方法，成效明显，达到了预期的效果。事实证明，它是一个有效的控制实践。由于在施工准备阶段、实施阶段、容易出现问题的部位都进行了重点控制，并且在施工过程中加强了变形监测分析与预报工作，因此该方法能有效保证施工顺利进行。

［1］ 黄运飞．深基坑工程实用技术［M］．北京:兵器工业出版社，1996．

［2］ 秦四清，万林海，汤天鹏，等． 深基坑工程优化设计［M］． 北京:地震出版社，1998:252 -253．

［3］ 祝龙根，刘利民，耿乃兴．地基基础测试新技术［M］．第2 版．北京:机械工业出版社，2003．

［4］ 汪祖民．对深基坑施工安全监测的实践［J］． 测绘通报，2002(2):63 -65．

［5］ 汪祖民．高速公路沉降观测点的布设［J］． 测绘通报，2001(8):41-42．

［6］ 汪祖民． 苏州国际会议展览中心塔楼变形测量［J］． 测绘通报，2002(4):38 -40．

［7］ 陈永奇，吴子安，吴中如．变形监测分析与预报［M］． 北京:测绘出版社，1998．

［8］ 汪祖民．高速公路沉降变形分析与预报［J］．测绘通报，2001(12):20 -21，34．