SMW工法在上海华漕港泵闸基坑中的应用与分析

郭树华

(上海勘测设计研究院，上海 200434)

SMW工法在上海华漕港泵闸基坑中的应用与分析

郭树华

(上海勘测设计研究院，上海 200434)

本文介绍了上海华漕港泵闸基坑采用SMW工法作围护的施工及监测过程。针对这种围护的特性，设置了围护倾斜、钢支撑轴力等监测项目。监测成果表明:根据设计方案采取合理的施工工艺，可有效抑制围护变形，从而控制周边复杂的建筑物沉降，为软土地基围护设计积累相应参数。

SMW工法;钢管支撑;时间效应;水平抗力

引言

SMW工法桩［1-5］(soil mixing wall)是基于深层搅拌桩施工方法发展起来的，通过在相互搭接的水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料，连续并排形成地下柱列式复合挡土围护结构，从而起到防渗、支护作用。1976年研制成功后，成为日本国内基坑围护的主要方法，约占地下围护结构的80%。1993年，SMW工法通过技术引进并创新后在我国发展起来，在上海静安寺“环球世界”商厦基坑围护中最新得到应用。目前该工法主要应用于我国东南沿海上海、南京、杭州、广州等地的软土深基坑围护中，并逐步向内地推广。

1 工程概况

1.1 工程介绍

华漕港泵闸工程位于闵行区华漕镇华江公路西侧华漕港上，距入苏州河河口132.0m处。围护墙体采用水泥土搅拌内插型钢方案(SMW工法)，该工程选用三轴水泥土搅拌桩φ850@600mm，内插H型钢700mm×

300mm，其中东岸型钢密插，西岸间一插一。水泥土搅拌桩顶标高4.50m，桩底标高－17.2m，东岸内插H型钢中心距为@600mm，西岸为@1200mm，型钢底标高为－16.2m，桩顶均设1200mm×800mm钢筋混凝土顶圈梁。东西两岸工法桩单侧长80.05m，南北两侧采用高压旋喷桩形成止水帷幕，并与工法桩形成封闭的防渗体系。泵闸基坑沿深度方向(垂直向)设两道钢管支撑，采用对撑方案，支撑水平间距为4m，第一道支撑为φ609×16钢管撑，中心标高为4.10m，采用钢筋混凝土围檩，截面尺寸为1200mm×800mm;第二道支撑为φ609×16钢管撑，中心标高为0.00m，采用钢箱梁围檩，截面尺寸600mm×600mm×16mm×18mm。采用临时钢格构立柱及柱下立柱桩作为水平支撑系统的竖向支承构件，临时钢格构柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的钢格构柱，其截面为480mm×480mm，立柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中3m，立柱桩为钻孔灌注桩，桩径 φ800mm，桩长16m。基坑最大开挖深度为9.0m。

1.2 地基加固

由于基坑开挖深度深、环境保护要求高，为严格控制基坑开挖过程的围护墙体变形，对基坑坑底以下的被动区土体，按“贴边”方式进行加固。贴边加固采用φ850三轴水泥土搅拌桩，深度为6.0m，宽度约2.65m。三轴水泥土搅拌桩水泥掺量为20%，基坑开挖面以上回掺至第一道支撑底面标高，水泥掺量为10%。

1.3 地质情况

工程场地各土层主要物理及力学指标见表1。

表1 各土层主要物理及力学指标

2 基坑主要监测点布置

a.围护体及土体倾斜监测。

b.支撑轴力监测。

监测点布置见图1。

图1 基坑及周围环境监测点布置

3 主要施工工况

基坑主要施工工况见表2。

表2 基坑主要施工工况

4 成果分析

4.1 围护体倾斜

基坑第一层土方开挖后，坑内外土体应力发生变化，在坑外水土荷载作用下，工法桩向坑内发生侧向水平位移，各深度水平位移呈“鱼腹”状分布，即中间大，向上下两段逐渐减小，在管口处有一定的位移量，位移曲线为典型的工法桩围护及钢管支撑的围护变形曲线。泵房段基坑第一层土方开挖速率较大，围护变形明显，该层土方完成后东侧围护最大侧向位移为17.73mm，位移偏大的原因主要有两方面:ⓐ第二道支撑附近土质较差，强度低，坑内被动区难以形成足够的水平抗力抑制围护的侧向位移;ⓑ钢围檩与桩间未有效充填高强细石混凝土。第二层土方开挖前施工单位在所有格构柱处增加钢抱箍对支撑进行了固定，同时在钢围檩与桩间未充填高强细石混凝土，使围檩形成整体，开挖工序调整为由东西两侧向中部推进。从成果可以看出，采取部分措施后，第二层土方开挖过程中围护体向坑内位移速率明显减小，该层土方开挖过程中西侧最大位移量为8.07mm，东侧最大位移量为3.35mm，说明施工工艺的调整对抑制围护变形是有效的。底板结构施工期间，基坑底部处于暴露状态，产生了一定的时间效应，东西侧围护向坑内最大位移又增加了6.08～7.20mm，底板浇筑完成后围护最大侧向位移发生在东岸，累计位移量为33.59mm，在报警值(50mm)范围内，最大位移量在坑底附近，随着底板强度的逐渐增加，其板撑作用越发明显，围护体向坑内位移得到控制并逐渐收敛。第二道钢支撑拆除过程后，围护体向坑内位移较小。第一道钢支撑拆除过程后，围护体向坑内最大位移增加了6.65mm，由于第一道支撑拆除后围护变成了悬臂结构，其最大水平位移的深度由7.5～9.0m上升为7.5～9.0m，围护变形与施工工况吻合较好。型钢拔除过程中破坏了测斜管，该工况下围护体侧向位移值缺失。由于基坑只在东西向有钢管支撑，南北侧防渗墙为悬臂结构，墙体在各个深度的水平位移表现出明显的悬臂结构位移特性，即从墙底到墙顶的位移逐渐增大，监测末期东西侧最大水平位移发生在管顶下0.5m处，位移量分别为31.97mm、33.44mm，尽管南北侧防渗墙为悬臂结构，但其位移量较东侧围护要小，主要跟防渗墙处开挖深度较浅有关。详见表3。

表3 各种工况下东西岸中部测点发生的最大累计水平位移量及相应深度

坑外土体深层水平位移测点CX11各深度的水平位移走势与临近围护体深层水平位移测点CX3各深度的水平位移走势有一定的相似性，但土体位移曲线在坑底以上呈“反S”形，主要由各土层土体刚度差异引起。土体内测斜管的有效深度较工法桩深4m，表明其底部是稳定的;测斜管测试时以管底为基准，即假定管底不动，由土体测斜成果推定桩内测斜管管底不稳定，存在水平位移，位移量在7mm左右，因此工法桩内实测围护体深层水平位移偏小。各工况典型测点倾斜曲线见图2。

图2 典型测点各工况倾斜曲线

4.2 支撑轴力

钢管支撑轴力测值变化大致可分为五个阶段:ⓐ第一层土方开挖后，在坑外荷载作用下，工法桩开始向坑内位移，第一道钢管支撑轴力逐渐增长;ⓑ第一层土方开挖完成后，第一道钢管支撑轴力仍有一定增长，并达到峰值，主要因该阶段基坑暴露产生了时间效应，围护体仍有向坑内的位移;ⓒ第二道钢管支撑施加预应力后，第一道钢管支撑受力明显减小，第二道钢管支撑预应力部分消散后，第一道钢管支撑受力又有一定增长;ⓓ第二层土方开挖后，第二道支撑轴力开始增长，相反第一道支撑轴力开始减小，第二道支撑轴力在底板混凝土浇筑前达到峰值;ⓔ底板混凝土浇筑后，第一、二道支撑轴力基本稳定，测值变化主要由环境温度变化引起，第二道支撑拆除后，第一道支撑轴力又产生了一定增长，钢管支撑轴力变化过程线见图3、图4。

图3 第一道支撑轴力测值过程线

图4 第二道支撑轴力测值过程线

第一道钢管支撑各测点轴力最大出现在测点ZL2处，测值为-972 kN，第二道钢管支撑各测点轴力最大出现在测点ZL7处，测值为-1116kN。两道支撑轴力最大值均在警戒值范围内，现场巡视亦未发现支撑扭曲、轴线偏差较大等现象。

实测数据表明两道钢管支撑轴力最大值均出现在非开挖工况，主要为基坑暴露引起的时间效应所致，在开挖工况严密监测的同时，应加强非开挖工况下的轴力监测及现场巡视。

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Application and analysis of SMW construction method in Shanghai Huacao pump brake foundation pit

GUO Shuhua
(Shanghai Survey Design Institute，Shanghai 200434，China)

In the paper，construction and monitoring process of adopting SMW construction method for retaining in Shanghai Huacao pump brake foundation is introduced．Retaining tilt，steel support axial force and other monitoring items are set aiming at the retaining characteristics．Monitoring results show that adopting rational construction process according to design plan can effectively inhibit retaining deformation，thereby controlling surrounding complicated building settlement，and accumulating corresponding parameters for soft soil foundation retaining design．

SMW construction method;steel pipe support;time effect;level resistance

TV551.4

A

1005-4774(2015)05-0002-05