深基坑工程建设中SMW工法桩围护结构及混合支撑的应用

2020-07-01边海洋

绿色科技 2020年8期

边海洋

(中铁上海工程局集团华海工程有限公司，上海 201100)

1 引言

SMW工法是建筑领域比较新颖的施工工法，以多轴搅拌机为主要施工设备，通过钻地削土的方式实现水泥向土体内的灌注处理，基于外力作用给予充分搅拌后，向搅拌桩内置入H型钢，由此构成稳定性较好的连续地下墙[1]。此墙体除了发挥出挡土结构作用外，还是深基坑工程中重要的止水结构。

2 工程概况

无锡地铁1号线万达城站工程项目，起讫里程SK32+349.290～SK32+546.690，外包尺寸长199 m，该车站共配置4个出入口和2组风亭。本项目施工中基坑深度约15.91 m，综合考虑周边地质、水文等方面的特点，拟定为“放坡+坑中坑”的方式，从而形成具有稳定性的主体围护结构。坑中坑施工为重点环节，引入SMW工法桩。

3 工程地质条件

全方位地质勘察是顺利推进施工作业的关键，施工单位深入现场，从地质、水文、周边建(构)筑物等方面入手作综合性勘察。所得结果表明，本项目难点在于施工深度范围内分布多类性质各异的土层，具体作如下总结。

第1层杂填土：上部主要分布有三合土、灰土，表现出相对较高的密实度；下部分布大量具有松散特性的素填土。剩余区域则以杂填土居多，构成的土层结构偏松软，分布部分碎石其含量约10%～30%，主要粒径范围为1.0～6.0 cm，少部分区域夹大块石；中下部分布大量软塑黏性土。此层底标高-0.51～3.63 m，不具备优良的地质性能表现。

第2层黏质粉土：顶部集中分布大量黄灰色粉质黏土，下部以灰色居多，其中掺杂部分云母碎屑，少部分区域有丰富的砂质粉土。该层底标高-10.93～-7.06 m，深基坑施工区域内厚度分布不均，为5.6～8.70 m。土层主要特点为中偏低压缩性，在地质性能方面的表现较第1层有所改善但相对一般。

第3层粉质黏土：主要呈灰色、流塑状，蕴含大量有机质，部分区域掺淤泥质粉质黏土，薄层0.2～5.0 cm。本层底标高-12.76～-9.38 m，厚度分布不均，主要为0.40～2.80 m。从地质性能方面来看本层土表现欠佳，伴随较高的压缩性。

第4层黏土：少部分区域含粉质黏土，主要呈黄灰色～灰色，状态方面以可塑～硬塑为主。地层标高-23.25～-21.54 m，具有较为良好的地质性能表现。对于施工地层的部分土质类型及其在物理力学方面的表现，具体见表1。

表1 部分土质条件物理力学指标

注：表中指标为快剪指标，带*为经验值

4 基坑围护和支撑体系

4.1 基坑围护

深基坑工程量偏大，易受到地质、水文、外界环境等多方面因素干扰，要求支护侧壁具有足够稳定性，此处将其安全等级设为一级。根据现场施工情况计算场地附加荷载，经多方面考虑后取20 kPa。深基坑支护工作中选择的是SMW工法桩的方式，以钢筋混凝土为主要材料形成内支撑，基于水泥土的作用实现对被动区的增强处理。

SMW工法是深基坑施工的关键技术，在其指导下成桩。依据现场情况以及稳定性要求，桩距设为600 mm，有效长度37 m，为发挥出桩体作用，该结构入卵石层深度≥2 m。搅拌桩成型后向其中置入热轧H型钢，此构件长20.5～21 m，间距600 mm。

通常，在多方面因素作用下桩平面将存在不同程度的误差，针对此问题提出误差≤30 mm的要求；对于垂直度偏差应满足≤0.5%的要求。合理控制桩的定位误差可为后续施工创造良好条件，确保H型钢沿指定位置插入，有助于增强桩体抗渗性能。H型钢起吊安装前需全面检查其质量情况，表面不可残留污渍，该处的减磨料分布做到各处均匀，厚度≤1mm。若存在减磨料土层掉块等问题需及时将该部分铲除并清理，再刷涂与原材料规格一致的涂料[2]。综合H型钢的规格、设备性能等因素确定合适插入时间，需在搅拌桩结束后的4h内完成。

4.2 水平支撑系统

深基坑施工中选用的是以钢筋为原材料所构成的水平支撑系统，以腰梁和帽梁为主要结构，并配套辐射撑和2道环梁。基本要求为梁面标高-3.8500 m，所用材料为C20混凝土；横梁截面1000 mm×800 mm，除此之外的各类梁截面加工均按照650 mm×700 mm的标准控制。遵循整体浇筑原则，精准定位H型钢标高-7.55 m处，于该处通过焊接的方式设置牛腿悬挑腰梁。增设托板可实现对环梁结构的支撑，以提高水平支撑构件的稳定性[3]。

4.3 支撑柱系统

此系统具有很强的支撑作用，选择钢格构柱和φ800 mm灌注桩相结合的方式。严格控制灌注桩施工质量，要求其有效长度达37 m，为满足稳定性要求置入卵石层深度至少达2 m。

做好灌注施工前的准备工作，经计算后确定该桩柱的具体安装位置，要求平面误差≤50 mm，垂直度误差≤0.5%。通过增设护筒的方式可为后续施工提供基础条件，并辅以泥浆护壁措施，相关准备工作落实到位有助于提高成孔、成桩质量。经验表明，若泥浆护壁效果欠佳易导致桩体发生塌孔等质量问题，不利于支撑系统稳定性。关于钢格构柱的设置，其产生的垂直度偏差也应满足≤0.5%的要求。

4.4 工程实例应用

万达城站施工中，主体围护、出入口等相关配套结构施工中均选用SMW桩。考虑现场施工条件，共选用4套设备，依据特定流程有序推进各环节施工作业：开挖导沟→设置机架移动→桩机定位→搅拌、提升、喷浆→重复搅拌下沉→重复提升→插入型钢→施工结束→H型钢回收、注浆。

(1)以设计图纸为依据，利用全站仪测量确定控制点，于指定位置精确放出桩位，要求其平面偏差≤5 mm。基于开挖的方式形成导向槽，将存留的地下障碍物清理干净，以沟槽平面为基准，在其垂直向设置H型钢，增设定位卡以免其发生偏移现象，此处共使用2根H型钢。搅拌机就位，根据桩架垂直度情况进行灵活调整[4]。

(2)钻杆标记是重要的前期准备工作，施工中应注重对桩长的控制。钻杆下沉过程中注入水泥浆，要具有连续性与均匀性。SMW桩搭接方式对其整体稳定性具有较明显的影响，基于搅拌桩单孔重复套钻而完成。

(3)H型钢各方面质量要达标，施工前均匀刷涂减摩剂，依据设计要求就位，在桩机的作用下实现对其位置的灵活调整，将其吊起后借助重力沿特定轨迹插入搅拌桩，或通过送桩锤外力作用而实现。完成结构施工作业后，通过顶板装置的辅助作用将预先设置的H型钢拔出，给予清理并保养，以便用于后续施工。

5 施工保证措施

(1)避免盲目施工行为，在施工前所有参建人员应全方位掌握现场情况，明确地质、水文等方面的特点，准确认知工程目标以及工艺方法，若存在地下障碍物则要得到及时的清理[5，6]。水泥浆拌制工作中可选择普通硅酸盐水泥，经试验后确定配比，设置标准水箱以便实现对水灰比的精确控制，提高水泥浆搅拌均匀性，持续搅拌时间≥3 min，经过滤浆处理后应完全转移至集料池中，给予持续性的搅拌，以免发生水泥离析现象。

(2)施工中，提升速度≤200 cm/min，各阶段的注浆压力均要维持在0.4～0.6 MPa，避免注浆中断现象。桩结构间的咬合时间不可超过24 h，若超出该时间要求但依然未咬合，必须视实际情况采取补桩措施。H型钢的插入时间应得到控制，结束搅拌桩施工后的30 min内插入较为合适，确保型钢定位准确性，最大限度减小位置偏差。