型钢水泥土搅拌墙在综合管廊基坑的应用

2018-06-27陈文明

城市道桥与防洪 2018年6期

陈文明

（广州市市政工程设计研究总院，广东广州 510060）

0 引言

综合管廊把市政管线中电力、热力、通信、燃气、输水等各种管线集于一体，方便管线围护并降低事故，提高地下空间的利用率，得到了越来越广泛的应用。随着入廊管线数量及种类增多，综合管廊的断面及埋深也随之增大加深，加上综合管廊长度较长，明挖基坑支护费用巨大，迫切需要一种经济高效的支护方式。综合各种因素分析，型钢水泥土搅拌墙是综合管廊基坑理想的支护方式之一。

型钢水泥土搅拌墙，简称SMW工法桩（Soil Mixed Wall），在连续套接的三轴水泥土搅拌桩插入型钢形成的复合挡土隔水结构。该支护结构具有造价节约、工期短、隔水性强、对周边环境影响小等特点。型钢水泥土搅拌墙围护结构在永久结构完成后，可以将H型钢从水泥土搅拌桩中拔出，达到回收和再次利用的目的，节约社会资源，避免围护体在地下结构施工完毕后永久留于地下，成为地下障碍物[1-4]。

1 工程概况

昆明市某综合管廊全长约3.5 km，沿全线道路东侧绿化带下方布置，标准段采用钢筋混凝土单箱型双室结构，分为综合舱（中水、给水及电信管线）和电力舱（10 kV、110 kV电力管线）。综合管廊沿线设有投料口、出仓口、管沟交叉口、通风口及逃生口、检修人员出入口等。综合管廊基坑宽6.9～8.3 m，基坑深度约 6～14 m。

2 地质条件

根据地质调查以及钻探资料，场地主要由杂填土、泥炭质土、粉质黏土、黏土组成（见表1）。泥炭质土属于高压缩性软弱土层，在荷载作用下易产生固结沉降，承载力低，工程性质差。

表1 岩土物理力学参数表

拟建地段所处区域地震活动较为频繁，区内有普渡河-滇池断裂分支通过，呈南北向，为活动断裂，但由于该地段松散地层覆盖厚度较大，对工程的影响不大。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）场区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第三组。

3 基坑设计方案

3.1 基坑支护设计方案

根据本基坑工程所处地质情况、基坑深度、工期、造价等因素，采用SMW工法桩（Φ850@600 mm三轴搅拌桩内插HW700×300×13×24型钢（插一跳一））+内支撑支护，基坑安全等级为二级，基坑支护设计见表2、图1。

表2 基坑支护设计一览表

图1 基坑支护示意图（单位:m）

3.2 基坑计算

根据地质资料，选取具有代表性的断面进行验算。

计算模式：基坑底上部主动侧按朗肯土压力进行计算，并在被动侧计算一组弹性支撑。

计算水位线：地面以下1 m。

地面荷载：施工荷载q1=20 kPa。基坑设计计算见表3。

3.3 坑底加固设计

综合管廊基坑底位于深厚泥炭质土时采用Φ850@600 mm三轴搅拌桩满堂加固，加固深度3 m。

4 施工技术要求

4.1 支护桩开挖施工技术要求:

SMW工法桩施工前先测量放线，开挖沟槽，采用套接一孔法方式施工，四喷四搅工艺。施工前，应通过成桩试验确定搅拌下沉和提升速度、水泥浆液水灰比、喷浆压力等工艺参数和成桩工艺。施工顺序见图2。

图2 三轴搅拌桩施工顺序示意图

（1）水泥土配合比

根据SMW工法的特点，水泥土配比的技术要求如下：

设计合理的水泥浆液及水灰比，使其确保水泥土强度的同时，在插入型钢时，尽量使型钢靠自重插入。若型钢靠自重仍不能顺利到位，则略微施加外力，使型钢插入到规定位置。

水泥掺入比的设计，必须确保水泥土强度，降低土体置换率，减轻施工时环境的扰动影响。

水泥土和涂有隔离层的型钢具有良好的握箍力，确保水泥土和型钢发挥复合效应，起到共同止水挡土的效果，并创造良好的型钢上拔回收条件，即在上拔型钢时隔离涂层易损坏，产生一定的隔离层间隙。

表3 基坑设计计算一览表

水泥掺量不小于25%，28 d无侧限抗压强度不小于1 MPa。

（2）制备水泥浆液及浆液注入

在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近搭建水泥库，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。水泥浆配制好后，停滞时间不超过2 h，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不超过10 h。注浆时通过2台注浆泵2条管路同Y型接头从口混合注入。注浆压力：0.8～1.5 MPa。

（3）钻进搅拌

三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，喷浆下沉速度宜控制在0.5～1 m/min，提升速度宜控制在1～2 m/min。围护桩全长采用四喷四搅方式，尤其注意在泥炭土层及上下一段好土范围，通过好土与泥炭土混合改良泥炭土；在桩底部分重复搅拌注浆，停留1 min左右，并做好原始记录。三轴搅拌桩钻进到设计嵌固深度后，应多钻进不少于50 cm深度，以保证型钢底处的桩身质量。

（4）清洗、移位

将集料斗中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其它所用机具，然后移位再进行下一根桩的施工。

（5）施工冷缝处理

施工过程中一旦出现冷缝则采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩方案。在围护桩达到一定强度后进行补桩，以防偏钻，保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约10cm。

（6）涂刷减摩剂

清除型钢表面的污垢及铁锈。

减摩剂必须用电热棒加热至完全熔化，用搅棒搅拌时感觉厚薄均匀，才能涂敷于型钢上，否则涂层不均匀，易剥落。

如遇雨天，型钢表面潮湿，先用抹布擦干其表面后涂刷减摩剂。不可以在潮湿表面上直接涂刷，否则将剥落。

如型钢在表面铁锈清除后不立即涂减摩剂，必须在以后涂料施工前抹去表面灰尘。

型钢表面涂上涂层后，一旦发现涂层开裂、剥落，必须将其铲除，重新涂刷减摩剂。

浇筑连接梁时，埋设在梁中的型钢部分必须用10 mm厚泡沫塑料片包裹好。使型钢与混凝土隔离良好，以利型钢拔除。

（7）插入型钢

三轴水泥搅拌桩施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放型钢，插入前应检查其平整度和接头焊缝质量。型钢使用前，在距其顶端25 cm处开一个中心圆孔，孔径约8 cm，并在此处型钢两面加焊两块各厚2 cm的加强板，其规格为400 mm×400 mm，中心开孔与型钢上孔对齐。

型钢插入水泥土部分均匀涂刷减摩剂。

安装好吊具及固定钩，然后用吊机起吊型钢，用线锤校核其垂直度。

在沟槽定位型钢上设型钢定位模具，固定插入型钢平面位置，型钢定位模具必须牢固、水平，而后将型钢底部中心对正桩位中心并沿定位模具徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内，采用线锤控制垂直度。

型钢下插至设计深度后，用槽钢穿过吊筋将其搁置在定位型钢上，待水泥土搅拌桩达到一定硬化时间后，将吊筋及沟槽定位型钢撤除。

若型钢插放达不到设计标高时，则重复提升下插使其达到设计标高，此过程中始终用线锤跟踪控制型钢垂直度。

型钢插入左右误差不得大于30 mm，宜插在靠近基坑一侧，垂直度偏差不得大于1/150，底标高误差不得大于200 mm。

（8）型钢拔除

型钢拨出后留下的主隙应及时注浆填充，并应编制包括浆液配比、注浆工艺、拔除顺序等内容的专项方案。主体结构施作完毕且恢复地面后，开始拔除型钢，采用专用夹具及千斤顶以圈梁为反力梁，起拔回收型钢。

4.2 施工注意事项

（1）施工前结合工程场地的情况、施工作业内容、设计文件要求等，提出本工程的安全风险源，制定有针对性的施工安全专项方案及作业指导书，在组织架构、施工方案、工艺流程、监管机制、应急预案等方面，提出相应措施及管理细则，交监理及有关安监部门审批备案，经批准后方可施工，并在实施中切实遵照执行。

（2）在基坑围护和结构施工过程中，施工对地层产生的扰动，基坑内外地基土应力的重分布，有可能会引起围护结构、地表及附近建筑物的变形或沉陷，危及基坑。因此必须制定详细的专项监测方案，并根据监测成果，及时反馈信息在支护和结构施工、基坑的开挖、降水的过程中，并以此指导施工,以确保建（构）筑物及作业人员、居民的安全。

（3）基坑开挖时，应对基坑支护结构做好结构变形监测，并实行动态信息化管理。