浅析SMW工法桩在工程深基坑加固中的应用

(福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州350001)

浅析SMW工法桩在工程深基坑加固中的应用

■饶凌勤

(福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州350001)

S MW工法是以多轴型钻掘搅拌机向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥强化剂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，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,具有止水、承担水土侧压、承担拉锚或逆作法施工中垂直荷载的功能。与其他型式围护结构相比，具有抗渗性能好、环保节能、适用土层范围广、工期短、投资省等特点。本文以在建的厦门市集灌路提升改造工程F地下通道为例，浅析S MW工法桩特点及其在地下通道工程深基坑加固中的应用。

S MW工法桩深基坑加固应用

1 引言

目前我国地下基坑工程采用较多的支护结构有：钢板桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等，钢板桩一般用于开挖较浅沟槽或基坑，施工方便、工期短，耐久性好且可回收利用，但开挖后变形较大，打拔桩时对周围环境影响大，防水性能差；柱列式灌注桩，它既可以作临时护壁又可与内衬钢筋混凝土构成主体结构，具有较好经济效益，但整体刚度差，需借助深层搅拌桩防护墙体渗漏；地下连续墙整体刚度大，止水性好，可兼做主体结构，适于软弱地层的中等深度基坑，但成槽工艺复杂，造价高。本文介绍的SMW工法桩是目前较新使用的支护结构，该工艺利用有限的空间，向深基坑周边土体钻注水泥浆，形成水泥土柱墙，同时插入型钢，待主体工程完成后拉拔型钢注浆回填。虽引进较晚，但凭自身优势被大范围推广使用。SMW工法桩即在水泥土桩中插入可循环利用的型钢、钢筋等劲性材料,不但可以有效减小墙体厚度，提高墙体抗弯和抗剪能力，还能增强其连续性，抗渗好，环保节能，且造价具有较大优势。

2 工程概况

该例地下通道建设规模为单向2车道，宽度11m。地下通道FK0+174～FK0+369全长195 m，其中进口段U型槽75m，框架段80 m，出口段U型槽40 m，平均开挖深度为5.2 m，泵房处7.8m。通道基坑底部最低标高-2.35m，泵房-4.95m，稳定地下水位0.98～1.36m，根据区域水文地质资料，该场地干旱季节潜水位可能下降1.0m左右，强降雨的丰雨季节，潜水位最大可能上升幅度为1.0～2.0m，地表水丰富。土层分布为原地面线以下标高3.1～-1.0m素填土、-1.0～-1.2m淤泥、-1.2～-5.2m粉质粘土、-5.2～-10.3m为残积砂质粘性土软土，土层分布不均匀。周边为现有匝道桥及绿化带，基坑施工时无法进行放坡开挖基坑，侧壁安全等级为一级。经过施工场地、水文地质、综合比对，最终选定采用SMW工法桩进行基坑支护，桩径取Φ650，三轴搅拌，通道桩长7.5～9.5m,泵房处11～12m,H400×400×13×21型钢8～10m，泵房处型钢12～13m，间距隔一插一。

为确定最佳施工参数，如水泥掺入量、搅拌下沉速度、提升速度、喷浆压力、喷浆流量、浆液水灰比等，该通道在FK0+230～FK0+240处10m范围内进行试桩试验，桩长8.3m。

试桩施工过程中FK0+233、FK0+239两处由于土层分布差别较大，施工时未注意区别对待不同的土层，泥浆夜的配合比不当，在淤泥层浆液浓度过小，导致H型钢发生倾斜、位移，垂直度差，现场采用调整将水泥掺量形式降低水灰比，提吊型钢，重新插放；在较深处粘土层局部浆液浓度过大，H型钢不能完全靠自重完全下插到位时，现场采用挖掘机进行送压，高度较高处采用振动锤振动下沉使型钢插到设计标高。局部无法到达设计要求的，则在外侧加一幅水泥土搅拌桩，加插型钢作强度补偿。

试桩段开挖后出现1处冷缝、2处漏点、1处断桩。经分析，冷缝非通缝，主因邻桩在施工过程中局部搭接不到位。采取在围护桩外侧补搅素桩形式进行补强，素桩与围护桩搭接厚度约2Ocm左右。2漏点距离较远，主因为水泥土搅拌不均匀，局部提速超过2.0m/min，现场采用插引流管和双液浆封堵。根据渗点大小确定引流管直径，在引流管周围用速凝防水水泥砂浆封堵，待水泥砂浆到达强度后，再将引流管打结；也可将水玻璃与氯化钙溶液交替注入墙体中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，前种方式方法简单，但处理时间长，后者时间短，工艺较繁琐。2处漏点选择后者处理方式，效果明显。1处断桩主因为钻机在施工过程故障达6h，重新施工时钻杆提升高度太小，不足50cm，固在该处断裂。采用在开挖内侧注浆，外侧旋喷桩止水方式补强，并用t=12mm钢板在断桩处封闭，钢板与工法型钢满焊。

经试验，桩体强度满足要求，确定施工参数注浆压力：0.4～0.6MPa；注浆流量：28～32L／min；注浆量：0.375m3／延米；水泥掺量20%；水灰比1.65。下沉速度0.7m/min，提升速度1.6m/min。

3 SMW工法桩重点工艺控制

SMW工法桩施工流程图如图1所示。

图1 SMW工法桩施工流程图

(1)桩位控制

施工前测定桩位控制点，埋石标记，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签，保证桩孔位中心移位偏差小于10mm。根据基坑围护内边控制线开挖导向沟，并在沟槽边设置搅拌桩定位型钢，标出搅拌桩位置和型钢插入位置。注意在沟槽两侧增设定位辅助线，按设计要求在定位辅助线上标出钻孔位置，并设置护桩，多角度定位桩位，避免偏位。

(2)成桩工艺控制

①三轴搅拌桩一般采用跳槽式双孔全套复搅式(见图2)施工，但在特殊情况下(例如搅拌桩成转角施工或施工间断)也可采用单侧挤压式(见图3)施工，三轴搅拌桩的搭接以及成形搅拌桩的垂直度补正均依靠搅拌桩单孔重复套钻来实现的，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。该例通道泵房位置处于通道中段，该侧四处拐角均单侧挤压成孔，为防止拐角处因长短桩渗水，增长拐角1m范围内短桩，长度同长桩，开挖后观察防渗效果佳。

图2 双孔全套复搅式

图3 单侧挤压式

②钻掘搅拌机下沉到设计深度后，上提约10cm，再开启灰浆泵，边喷浆、边旋转搅拌钻头，搅拌机喷浆提升至设计顶面标高后，再次将边搅拌喷浆边下沉，至设计深度后，再提升至地面。“二次喷浆四次搅拌”二次喷浆后保证水泥掺入量满足20%要求，同时施工中注意控制下沉及提升速度，控制在下沉速度不大于1.0m/min，提升速度不大于2.0m/min。对于有偏斜的桩位，应在其后面加桩。

图4

搅拌桩长度超过13m的易发生埋钻事故，应适当调整钻机和注浆泵型号，做到动力足够、注浆压力高、动力头分级启动，必要时调整空压机型号、钻杆螺旋片形式及钻头型号，在不影响桩体强度的前提下，快插慢拔，并适当掺入占水泥用量2%～5%的优质膨润土，有效增加水泥土的粘结性。

(3)水泥浆控制

水泥可采用普通硅酸盐水泥。水泥浆液的水灰比宜控制在1.5,水灰比根据地层调整，该通道主要以素填土、粉质粘土、残积砂质粘性土软土为主，桩体水泥参量宜控制在20%左右。施工过程中注意将水泥浆液中加1.0%以内的高效减水剂，增加浆液流动性，减少水泥浆液在注浆过程中的堵塞现象。同时掺入1%的膨润土，利用其保水性提高水泥土的变形能力，减少墙体开裂，提高墙体的抗渗性能效果佳。

(4)型钢的加工、安装与起拔

型钢焊接前须平整、固结加工基座，使用氧焊破口焊接，对接后清除H型钢表面的污垢和铁锈，擦去型钢表面积水，涂敷减磨隔离剂2遍以上，厚度控制在2mm左右。H型钢就位后，型钢插入时应注意控制垂直度,型钢插到设计规定深度后让H型钢脱离吊钩，固定在两侧的定位型钢上直至孔内的水泥土凝固。插入时，不得频繁上下抽动，避免隔减磨离剂被磨掉。

施工中应注意，制作冠梁前，搅拌桩顶冠梁包裹部位的型钢应用牛皮纸封裹隔离，减少拔桩阻力；待冠梁达到设计强度且地下主体结构施工完成后，采用专用夹具及千斤顶以冠梁为支撑，依据钢抗拔验算与拉拔试验数据加载机械动力起拔回收H型钢。抽取后采用水泥浆液注浆。

4 监测情况分析

在该通道施工过程中，为保证施工安全，采用桩顶沉降、桩体变形、地表监测、水位监测等多种手段结合的量测技术进行监测，均满足要求，证明该支护系统的安全性、合理性。

(1)桩顶沉降监测结果统计满足≤30.0mm要求。

监测断面ZDZ-1～ZDZ-9累计最大沉降mm 3.3发生位置ZDZ-2

(2)桩体变形监测结果显示在钢支撑架设后，随着基坑开挖完成，桩体变形逐渐趋于稳定，基坑处于稳定状态。

编号JGCX-1 JGCX-2 JGCX-3 JGCX-4 JGCX-5 JGCX-6累计最大变形mm 9.03 10.87 10.63 14.85 8.27 4.43发生位置桩顶桩顶桩顶桩顶桩顶桩顶

(3)基坑周围地表沉降监测结果显示在底板封闭完成后，基坑周边土体新的力学平衡已形成，地表即处于稳定状态。

监测断面DB-1～DB-12累计最大沉降(mm)0.27发生位置DB-2

(4)基坑周边地下水位监测结果说明地下水位的变化主要受降雨的影响，也说明基坑施工对地下水位的影响较小，基坑SMW工法桩止水效果明显。

监测断面SW-1累计最大水位变化(mm)573发生位置SW-1

5 结论

为建设节约型社会，发展循环经济,城市基础建设正全面推广节能工艺，实现材料循环使用，提高资源利用率，传统支护型式正在与节能型、环保型、经济型新型支护型式重组，取长补短。SMW工法桩不仅结合钢板桩、水泥搅拌桩、地下连续墙优点，在节能环保方面仍有较大创新，较传统支护型式优势明显：不仅造价低，如SMW工法桩隔一插一(Φ850mm)造价指标约为900元/m3，较20m柱列式灌注桩(Φ1100mm，33mm)1550元/m3，地下连续墙(800mm)1700元/m3成本缩减幅度大；而且施工噪声小，对环境影响小，节能环保，止水效果好，强度高。SMW工法桩可在今后类似市政和公路工程中推广使用。

[1]GB50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[3]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规范[S].

[4]GB50300-2001,建筑工程施工质量验收统一标准[S].