SMW工法在软土地区基坑支护中的应用及监测分析

赵 德

(上海闵衡建筑检测研究所有限公司，上海 201199)



SMW工法在软土地区基坑支护中的应用及监测分析

赵 德

(上海闵衡建筑检测研究所有限公司，上海 201199)

简述了SMW工法的施工机理，从水泥土强度、搅拌桩施工、型钢选型插入、土方开挖等方面，阐述了SMW工法在施工中的注意事项，并结合工程实例，分析了其在软土地区的适用性，指出SMW工法具有工期短、造价低、防渗性好等优势。

SMW工法，基坑，水泥，搅拌桩，型钢

SMW(Soil Mixing Wall)工法是水泥土搅拌桩和H型钢复合形成的支护结构形式，这是防渗止水帷幕与围护挡土结构两种功能相结合的产物。水泥土搅拌桩可搭接地下连续墙，其作用是作为止水帷幕和重力式挡土墙使用；H型钢则用于承受水土压力等荷载，避免挡土墙在压力作用下出现的剪力和弯矩。

1 SMW应用中的注意事项

1.1 水泥土强度

为了使基坑工程保持稳定，水泥土强度必须达到型钢间土压力的剪切要求。而基坑工程的主要荷载来自于土压力，土压力首先作用于水泥土，然后由水泥土传递到型钢、给围檩直到支撑体系。

水泥土局部抗剪需满足式(1)：

(1)

其中，S为所验算截面处的法向应力；2b为水泥土宽度；U，c分别为水泥土的内摩擦角和粘聚力；K为安全系数，一般取1.5。

1.2 搅拌桩施工

搅拌桩施工采用一次搅拌工艺，但是为了使水泥和土质混合更加充分和均匀，进行搅拌时土质和水泥在下沉和提升的过程中都采用了喷浆式。因此钻机工作进行时不仅要控制钻机转速，还要保证合适的搅拌速度，提升过程速度避免过快，以此来防止真空和孔壁坍塌状况出现。搅拌桩工作过程中，相邻的桩时间的间隔需要不大于12 h，如果超过这一时限则必须采取补救措施修正间隔时间。严格的施工时间控制是保证SMW工法减少施工缝，提高基坑围护结构防水性能的基础。

1.3 型钢选型及插入

目前大多工程选用没有接头的整桩H型钢插入。如果要对H型钢进行焊接，则需要保证焊接位置不能在支护桩的最大受力点，并且有接头的H型钢数最好少于总型钢的1/2，垂直方向上相邻桩的接头间隔位置需要不小于2 m。型钢插入和起吊点的确定原则是在型钢顶端0.2 m处开孔，孔的直径为40 mm。此外为增加强度，起吊过程中桩头的两面都需要贴焊钢板。

型钢的插入过程需要严格控制插入时间。从钻杆达到设计深度开始计时，之后的30 min内要快速将型钢插入，保证水泥土在凝固的过程中不会影响插入，避免强制插入型钢造成的水泥土不完整影响协调工作的情况出现。靠型钢自重插入时要避免倾斜或侧向撞击型钢。在达到设计深度后还需快速固定防止型钢继续下沉。

1.4 土方开挖

等待搅拌桩强度和设计强度相同才可以开挖土方，在此之前还要提前15 d抽干坑内残留水，进行井点降水，避免坑底浇筑不稳定。此外还要依照要求分层分段开挖，开挖一层，支撑一层，注意土体应力，及时释放节奏，不能超挖。当挖至坑底时，要浇筑垫层封底，快速浇筑底板。

1.5 型钢回收及起拔力确定

型钢回收再利用可以降低工程造价，这也是SMW广泛应用的原因之一。由于在型钢表面增加了减摩剂材料作为涂刷层，使型钢和水泥土间粘结力减少。向上起拔力超过阈值，隔离材料则会被剪切破坏，起拔阻力降低。

从实际应用中可以得出型钢的起拔力为：

Pm=Pf+Pd+G

(2)

其中，Pf为静摩阻力；Pd为型钢变形阻力；G为型钢自重。

由式(2)可以得出：型钢的变形阻力不仅与型钢的变形量有关，还和水泥土的强度、变形曲线的形式以及质量等都相关。型钢的变形阻力随着变形曲线的曲率和型钢的变形量增大而增大。所以施工中加快各环节衔接，尽量减少围护结构变形可以提高型钢的拔出率。此外避免型钢的损耗，起拔力应满足：

Pm≤fyAs/K

(3)

其中，fy为型钢屈服强度；K为安全系数，范围在1.5～2.0。

1.6 施工监测

施工监测是施工过程的重要环节，监测主要从两方面进行，一是监测施工环境，二是监测施工安全。建立监控报警制度至关重要，主要对围护墙顶位移、深层水平位移、周边土体及建筑物沉降等进行监测，并应加强地下水位监测及巡视检查力度，及时发现可能存在的渗水点。

2 工程实例

2.1 工程概况

上海某社区服务中心基坑工程位于上海市闵行区，基坑开挖深度较浅为4.5 m,基坑形状呈不规则多边形，开挖面积中等为1 974 m2。根据上海市工程建设规范DG J08—61—97基坑工程设计规程规定，属三级基坑。基坑所影响到的深度范围内的地基土主要构成成分为：填土、粘性土、淤泥质土和粉性土。杂填土特点是土质松散，厚度较大。第②层～④1层成分主要是软粘土，③层和第④1层是体流变性大，土体灵敏度高的淤泥质土，本工程基坑主要位于该种土层中，故须加强围护体的抗侧刚度，以抵抗主动土压力作用下的坑壁水平变位。第④2层粘质粉土层土性相对较好，可作为工程桩或立柱桩的持力层。本工程基坑周边环境条件极为有限，南邻市政道路(青杉路)，其余三面均为住宅楼或商办楼，特别是基坑西北侧边线与现有两栋以天然地基为基础形式的6层住宅楼间距仅为6.9 m，施工作业面狭小以及基坑水平变形的要求，大大限制了基坑围护形式的选型。

2.2 围护形式选型

拟建工程场地位于古河道分布区，其地层为上海市典型地层类型之一。本工程基坑开挖深度较浅为4.50 m，根据规范要求及上海市工程建设经验，可供选择的围护体系有重力式挡土墙即水泥土搅拌桩重力坝围护形式和板式支护体系形式，其中板式支护体系包括钻孔灌注桩围护和SMW工法围护。

本工程基坑西北侧与两栋天然地基基础形式的住宅楼间距仅为6.9 m，且基坑距该侧红线仅为4.9 m，周边环境对基坑安全度和变形的要求很高，且施工作业面有限，大大限制了基坑围护的选型。显而易见，若采用水泥土搅拌桩重力坝围护会出现超红线问题，且基坑变形较大。因此根据上述条件，本工程基坑可供选择的围护方式为板式支护体系+一道支撑的形式，采用该种围护体系既可解决施工作业面狭小的问题，又能提高坑壁的稳定性。

本工程可供选择的围护形式有两种：方案一：钻孔灌注桩+双轴水泥土搅拌桩+一道钢管支撑围护体系；方案二：SMW工法+一道钢管支撑围护体系。而采用SMW工法在工期及造价方面均有一定优势，最终选型SMW工法+一道钢管支撑围护体系。基坑普遍区域采用3φ650@900三轴水泥土搅拌桩隔水，搅拌桩入土深度11.15 m，有效桩长为10.3 m。三轴搅拌桩内插型钢，采用有效桩长为11.0 m的H488×300×11×18型钢，坑边局部深坑处有效桩长为14.0 m。

2.3 监测结果

进行基坑开挖需要跟踪监测基坑来保证周边建设和基坑的安全。监测项目主要分为围护结构水平位移、顶部垂直、测斜、围护结构支撑轴力、坑外的地下水位、周边已有建筑物垂直位移监测、周边道路垂直位移监测。从围护桩施工至基坑回填完毕，基坑围护结构顶部水平位移最大累计值为+16.4 mm，垂直位移最大累计值为+12.1 mm；深层侧向位移最大值为+20.6 mm；临近建筑物垂直位移累计变化量最大值为+11.7 mm；周边土体垂直位移不得超过+26.0 mm。均在设计允许值以内，并且不会造成周边建筑及道路管线的正常使用。

3 结语

软土地区基坑围护采用SMW工法桩结合内支撑结构体系，围护结构受力明确，支撑系统简单。尽管目前还存在部分问题，但其具有施工速度快、工程造价低、对周边环境影响较小等各种优势，使其应用广泛。此外SMW工法施工过程中对质量的严格控制更好的保证了基坑安全性。

[1] 刘国斌.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009：469.

[2] 徐 源.SMW工法设计与施工关键技术难点研究[J].徐州工程学院学报,2007(5)：15-16.

[3] 高文华,杨德林.软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析[J].土木工程学报,2001(5)：44-45.

[4] JGJ 120—2012,建筑基坑支护技术规程[S].

Application and monitoring analysis of SMW construction method in foundation support of soft soil region

Zhao De

(ShanghaiMinhengBuildingDetectionAcademyCo.,Ltd,Shanghai201199,China)

The paper briefly describes the construction mechanism of SMW construction method. Starting from aspects of cement soil strength, mixing pile construction, steel reinforced selection and inserting and earthwork excavation, it describes matters needing attention of SMW construction method in construction. Combining with engineering examples, it analyzes its applicability in soft soil region, and points out advantages of SMW construction methods, such as short construction duration, low cost, and good impermeability and so on.

SMW construction method, foundation pit, cement, mixing pile, steel reinforcement

1009-6825(2016)20-0076-02

2016-05-05

赵 德(1980- )，男，工程师

TU463

A