城市道路深基坑工程中SMW围护结构的应用研究

潘思祎

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610000）

1 SMW 工法概述

SMW（Soil-cement Mixed Wall）工法是一种新型的围护类型，具有巨大的经济潜力[1]。SMW 工法所使用的固化剂是现拌水泥，将水泥注入围护结构所在位置的土壤中，使用SMW 专用的水土搅拌机进行搅拌，水泥与土壤充分混合粘结后得到比原来土体强度更高、整体性更好的水泥土柱。水土搅拌桩的优点在于其具有良好的抗渗性能，而H 型钢则可以独立承受水土侧压力，利用两者的特点结合后的整体结构具有稳定、不易发生位移的特性[2-3]。

由上述工艺制成的SMW 工法桩相比于其他形式的桩体，在城市道路深基坑的支护结构中具有显著应用优势。但工法的支撑系统尚未形成系统工序，受力机理和计算方式尚不清楚，特别是两者之间的共同作用。因此，SMW 工法的支撑体系以及水泥土和H 型钢及其抗弯曲性能值得进一步研究。

2 工程概述

本文以珠海横琴新区市政基础设施非示范段主、次干路市政道路工程（二期）为工程研究背景。其中，在标段范围内的主要施工道路概况如下：该标段工程主要集中在天沐河两侧及口岸服务区，项目道路总长为23.9km，内含13 条道路。其中2 条主干路长约2.29km，9 条次干路长约20.59km，1 条支路长约0.49km，一座隧道长约0.53km，包括配套的桥梁、市政管线、绿化、照明、交通设施、安监设施等工程。

项目区内各地块之间规划有地下公共车行通道，由于道路先于地块建设，地下公共车行通道节点需与道路同期建设，地下车行通道基坑支护拟采用SMW 工法桩支护开挖。

3 工程地质条件

在项目开始之前，勘察单位对项目所在地的地质、水文、周边施工现状等情况进行了全面勘察，并根据勘察情况绘制详细勘察设计报告。全面分析项目勘察报告可知，在标段工程中的施工深度范围内分布各种性质不同的土层，给项目施工带来一定的难度。总结如下：

第1 层素填土：灰白、褐黄色，色杂，主要由粘性土、中粗砂组成，呈松散～稍密状态。该层密实度不均。

第2 层淤泥：灰黄、灰色，饱和，流塑状，局部含少量白色和浅黄色贝壳碎屑及腐殖物，土质柔软，刀切面细腻、有光泽，钻进过程中缩孔、流泥现象严重，流变特征明显。

第3 层淤泥质黏土：灰、灰黑色，饱和，流塑～软塑，有腥臭味，有缩孔现象，含少量腐殖质。

第4 层粉质黏土：灰绿、灰白色、棕红色等，可塑～硬塑，多杂少量中粗砂团块及铁锈色坚硬状态黏土团块，分布广泛，局部含碳化木屑及少量腐殖物。

地质概况见表1。

表1 部分地质条件物理力学指标

4 城市道路基坑围护和支撑系统

4.1 基坑围护

城市道路作为城市交通枢纽最重要的一环，其工程质量直接关系着城市运行安全。本工程所在城市地质构造较复杂，地质、水文、外部环境等影响因素给城市道路深基坑工程的施工带来一定难度。综合实际情况，将本工程的安全等级定位一级。根据现场施工情况且结合工程地质环境和施工环境，经过多方考虑现场附加荷载取值为20kPa。在一级安全等级下需要有足够稳定性的支护侧壁对深基坑进行安全支护，全面分析各类型深基坑支护结构后本工程选择SMW 工桩的方法，该工法的原理是借助具有高强度和黏结性的水泥土柱对被动区进行加固处理，并使用以钢筋混凝土在基坑内部形成稳定支护。

SMW 工法是在成桩指导下城市道路深基坑施工的关键技术。为满足工地条件和稳定性要求，在横琴新区市政基础设施标段工程中，设置SMW 工法桩的桩距为600mm，有效长度为30m。除此以外，根据SMW 工法特点将该结构进入粉质黏土层的深度设置为2m，以充分发挥桩体强度较高的作用。形成的热轧H 型钢混合桩长为20.5～21m，间距为600mm。

受我国现行的深基坑桩施工工艺局限，成桩过程中影响因素较多，因此桩平面会有不同程度的误差，本工程允许存在一定范围内的施工误差且要求桩平面高度误差为30mm；满足为5%的规定要求。此外，为充分利用水泥土桩抗渗性能较好的优点，需要合理控制桩的定位误差，并确保H 型钢沿设计位置插入，将所有施工误差控制在不影响成桩质量的范围内，为后续施工创造良好条件。为保证H 型钢在状体结构中充分发挥其钢材性能，在吊装前需要对H 型钢的质量进行全面检查，且为延长型钢使用寿命，避免型钢被污染腐蚀，其表面不能留下污渍，1mm 厚的保护涂料分布要均匀分布在H 型钢表面。如果存在型钢表面涂料分布不均匀或者部分掉落，需要及时去除原有表面涂料，重新刷涂符合规定的相同规格涂料。H 型钢的插入时间要严格控制，具体插入时间应根据H 型钢的规格、设备性能等因素综合确定，且插入时间不可拖延过长，需要在搅拌桩后4h 内完成。

4.2 水平支撑系统

为确保城市道路深基坑牢固稳定，施工中的水平支撑系统原料首先选择钢筋混凝土，该支撑系统的主要结构是腰梁和帽梁，主支撑形式为辐射支撑和2 个环形梁。基本要求是梁面标高为-3.8500m，使用的材料是C20 混凝土，梁的横截面为1000mm×800mm，此外所有类型的梁横截面加工均按照650mm×700mm 的标准进行控制。为提高水平支撑组件的稳定性，遵循整体浇筑原理，可以通过附加支撑板支撑在环形梁结构上的形式来满足支撑要求。

4.3 支撑柱系统

在支撑柱系统中选用钢格架柱和800mm 灌注桩的组合结构，以满足深基坑支护对支撑系统有较强支撑作用的要求。除此以外，前述内容提及SMW 工法桩进入粉质黏土层的设计深度为2m，对填充桩具有较高的稳定性要求。因此，SMW 工法要求填充桩的有效长度小于等于30m，且严格控制其施工质量。

城市道路深基坑支撑柱系统中，首先要做好为做好填料施工前的准备工作，其次将施工重点转移到井眼和打桩的质量上。准备工作如下：①根据相关规范和施工要求确定桩柱的平面误差和垂直度误差，本工程要求桩柱误差为50mm 以内且垂直度误差为0.5%；②在现有施工条件和完成施工内容的基础上辅以泥浆墙进行防护；③以规范为准设计钢格柱的垂直偏差，本工程要求其垂直偏差度满足小于等于5%。此外，为保证支护系统的整体稳定性，避免发生桩体倒塌等质量安全事故，应重视水泥墙的防护效果。

4.4 工程实例应用

在该工程的建设中，在围护结构（如主围墙、出入口）中选择SMW 工法桩。从现有施工条件和工艺水平出发，结合现场施工条件，共选择了4 套设备。施工工艺流程为：浅度开挖→设置移动机架并定位→打桩机定位→搅拌→吊装→喷涂→二次搅拌后进行沉桩→二次吊装→插入H 型钢→完成沉桩施工→将H 型钢进行回收清理→现浇水泥浆。

（1）横琴新区市政基础设施标段工程施工严格参照施工设计图，通过全站仪测量等科学方法来确定控制点，排除人工测量导致误差过大；根据国家规范及施工要求确定桩体平面误差小于等于5mm 且做到吊装位置精确。在开挖方法的基础上形成导向槽，搅拌器就位后全程监测桩体垂直度，若发生倾斜及时灵活调整。

（2）在施工过程中，根据钻杆标记的方式来严格控制桩身长度。水泥浆的注入工序应和钻杆下沉同步进行，注浆过程应保持连续性和均匀性。SMW 桩基于搅拌桩单孔重复套钻而完成，对其整体稳定性有明显的影响。

（3）H 型钢本身的质量是影响SMW 工法桩具有较好支护性能的重要因素。因此，在施工前做好H 型钢的防锈措施。

5 施工保障措施

（1）全面掌握场地信息是安全施工的先决条件。为避免盲目施工行为，项目开始前所有施工人员应明确工程所在地关于地质、水文等方面的特征，详细阅读和了解相关地质勘察报告，如果有地下障碍要及时清理。

（2）在本工程施工过程中，为避免泥浆中断，严格根据施工设计要求确定提升速度和泥浆压力、桩结构之间的咬合时间及H型钢的插入时间等相关参数。

6 结语

在本项目中成功应用SMW 工法的经验表明，SMW 工法有效适用于地质环境较复杂的城市道路深基坑施工。在深入研究本工程的地质条件和施工条件的基础上，对城市道路基坑围护结构和支撑系统进行阐述，提出了SMW 工法桩方案，对于保证钢结构的稳定性、降低成本、缩短工期等施工指标具有重要意义。此外，由于该项目所处施工环境复杂，作为SMW 方法在城市道路深基坑支护中的成功应用，对于类似深基坑的设计与施工具有一定的参考意义。