SMW工法在地铁车站基坑支护中的应用

张健

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，浙江绍兴312000）

0 引言

SMW（Soil Mixing Wall）工法桩围护墙是通过特殊的多轴深层搅拌机按设计深度将土体切散[1]，同时从钻头前端将水泥浆强化剂注入土体中[2]，搅拌并混合后在搅拌桩体中插入H 型钢，由此形成地下连续墙体[3]，形成承力和防水的复合结构，结构完成后再回收H 型钢[4]。它具有构造简单，止水性能好、工期短、造价低、环境污染小的特点。目前国内SMW 工法桩型钢水泥土搅拌墙适用于淤泥、黏土、粉质黏土、砂土等地层。通过将水泥土深层搅拌桩形成的成桩工艺与SMW 桩工艺对比可知二者相似之处较多，只不过后一种工艺方法插入H 型钢时在钻杆达到一定深度后才进行，并在振动榔头的作用下让其沉到相应的射击位置。为了在水泥土浆液充填的钻孔中顺利插入水泥，从技术参数方面分析其不同于水泥土深层搅拌桩。SMW 工法以水泥土搅拌桩法为基础[5]，该方法的应用相当广泛，只要可以适用于水泥土搅拌桩场合均可使用，且在粉细砂与黏土中的适用范围更广[6]。目前，国内SMW 工法一般只用于10m 以下基坑的围护结构。

1 工程概况

绍兴轨道交通1 号线镜水路站在镜水路与群贤路的交叉口的位置，以群贤路为中心朝着东西方向布置，且该站点是地下两层岛式车站，主体结构为两层单柱双跨框架结构，标准段净宽18.3m，车站主体总长265.45m，站后设单渡线，车站总建筑面积约为16382m2。车站有效站台中心里程YK23+631.351，起点里程为YK23 + 557.555，终点里程为YK23 +823.055。车站公设两组风亭、4 个出入口。在车站东侧布置A、D 号出入口及紧急疏散口，西侧布置B、C号出入口，其中A 号出入口及紧急疏散口设置在唯美花园小区一侧，B 号出入口设置在西北角绿地内，与2号风亭合建，C 号出入口设置在明牌珠宝有限公司一侧，D 号出入口设置在恒丰聚氨酯有限公司一侧。

附属围护结构采用围护桩+内支撑体系。其中,A 号出入口采用钻孔咬合桩+内支撑体系；D 号出入口采用SMW 工法桩+内支撑体系；C 号出入口采用钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水帷幕+内支撑体系；1 号风亭采用钻孔咬合桩+内支撑体系；2 号风亭及B 号出入口采用钻孔灌注桩及SMW 工法桩+内支撑体系。附属内部结构均为地下一层结构。根据《绍兴市城市轨道交通1 号线工程岩土工程勘察项目SXGD1-KC-01 标镜水路站岩土工程详细勘察报告》（浙江省工程物探勘察院，2018.11），全面考虑勘探揭露的岩性特征、地层结构及物理力学性质等，根据规划地面标高，附属结构顶板覆土为3.5～4.65m，结构底板基本处于3-1-2 层淤泥质黏土[7]。

2 SMW 桩施工工艺及特点

对SMW 围护的结构施工时间情况进行分析，其包含的工序较多，如开挖导槽、桩机定位、搅拌施工等[8]（见图1）。通过对比其他施工工艺可知其主要有几个方面的特点。

图1 SMW 工法施工工艺

2.1 很少影响周边环境

应用SMW 工法进行施工时通常需要采用水泥悬浊液搅拌混合与切削土体的方法，不需要钻孔，也无须开槽，噪声很小，避免扰动邻近土体，道路、邻近地面、建筑物等危害明显减少，尤其适合城市内的施工[9]。

2.2 具有良好的防渗性能

两个相邻的桩体进行无缝接，且充分搅拌水泥土，对比传统钻孔灌注桩与地下连续墙方式，具有良好的止水性能。

2.3 节能环保

将土体与水泥悬浊液充分搅拌后不会产生废泥浆，也不需要回收处理泥浆。可以在提前已经设置好的基槽中存放少量废水泥土，降低溢流污染发生率；将其处理后可以在场地道路摊铺，从根本上降低造价，从而达到将建筑垃圾公害消除的目的。

2.4 施工快，经济效益好

水泥土中的型钢在主体结构施工完成并达到设计强度后全部回收，降低了基坑支护的成本，大大降低了造价，加快了工程进度，取得了良好的经济社会效益[10]。

3 SMW 桩施工质量控制

3.1 施工控制参数

桩身采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥,桩径为850@600mm 三轴搅拌桩，搅拌桩采用套接一孔法施工，桩中心距600mm，内插HN700×300×13×24 型钢，型钢材料为Q235B 钢。水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，水灰比为1∶1.5，水灰比的配置必须以设计要求为基础，搅拌水泥浆时控制其时间在1min以上，之后在集料池倒入滤浆并搅拌，避免水泥出现离析的问题，且连续做好压浆工作。对下沉钻进速度与注浆量进行严格的控制，降低断浆或夹心层问题发生率。控制搅拌头下沉钻进速度时不超过1m/min，提升速度应在2m/min 内，并在施工搅拌桩结束后的30min 内将型钢插入。若发现存在水泥渗量或水灰比较大，可以结合实际情况增加型钢的插入时间。

3.2 导沟开挖

通过对三轴搅拌桩的施工情况进行分析可知，这个过程中大量的泥浆涌出，为了确保施工现场处于整洁状态，且确保其安全移位，使钻机搅拌土层顺利进行，保证墙体垂直度需要使用挖掘机在搅拌桩桩位上预先开挖导沟[11]，导沟的宽度与深度分别为1.0m、1.5m。将长度为1.5m 的4 根10 号槽钢打入沟槽旁边，以此为固定支点，将两根200mm×200mm 工字钢垂直放置在沟槽放线，将其与支点焊接在一起；将300mm×300mm 工字钢平行放置在沟槽方向，将其与下面工字钢进行焊接(见图2）。

图2 H 型钢断面图尺寸

3.3 搅拌桩机就位

为了保证可以在水泥土墙体中顺利地插入型钢并符合设计要求，可以将导向型钢设置在倒沟两侧，并将插入型钢位置与桩位的位置充分标出来，对桩架垂直度进行调整，控制其在1%以内。桩机应平稳、平正，将直径为3cm 的铁圈焊接在桩架上，将铅锤悬挂在10m 高出，借助经纬仪对钻杆垂直度进行校正，确保铁锤刚好可以通过铁圈运行。施工人员在施工前应对钻杆进行适当的调节，确保铅锤进入到铁圈之中，控制钻杆垂直度的误差不超过0.5%。

3.4 控制注浆及搅拌速度

无论下沉还是提升三轴搅拌机，都必须在这个过程中将水泥浆注入其中，并对下沉与提升速度进行严格的控制[12]。立足技术资料规定与设计要求持续在柱底进行搅拌注浆，连续进行30s，并记录好成桩的原始记录。将施工平台搭建在施工现场，再将水泥库搭建在平台附近，开机之前充分地搅拌浆液，开钻之前工作人员应做好拌浆的技术交底工作。以搅拌桩施工工艺要求为基础，在钻杆下沉与提升的过程中将水泥浆液注入其中。按照要求连续且均匀地将拌制好的水泥浆液注入其中，做好钻杆提升工作时确保全部注完水泥浆液。废弃泥浆注入工地西侧沉淀池内，经沉淀后方可排入场内排水系统。

3.5 搭接施工三轴搅拌机

搭接搅拌桩以及成型搅拌桩垂直度补正工作的开展需要发挥搅拌机单孔重复套钻实现，这一步是充分发挥搅拌桩隔水帷幕作用的关键[13]。施工采用套接一孔法施工。

单排挤压式连接：通常情况下这种施工方法应用较多（见图3）。

图3 单排挤压式施工图

跳槽式双孔复搅式连接：此连接普遍应用在施工间断或围护结构转角处情况下采用（见图4）。

图4 跳槽式双孔复搅施工图

借助搅拌机单孔重复套钻可以搭接搅拌桩与补正成型搅拌桩的垂直度。通过双孔复搅施工与跳槽式施工方法将附着在型钢表面的铁锈或污垢清除，借助电热棒加热减摩剂确保其可以完全融化，若通过搅拌棒搅拌感觉到其厚薄度处于均匀状态，可以在H 型钢表面涂敷，如减摩剂涂层不均匀，很容易被剥落。雨雪天气时还容易导致型钢表面处于潮湿状态，针对型钢表面的积水可以用抹布擦干，而后借助喷灯或氧气加热，完全干燥后将减摩剂涂刷在型钢上。工作人员应将型钢放置在平整过的场地上，且避免堆载，以防止变形。型钢在现场加工焊接成型，型钢吊放时焊口应在基坑下土体中。带型钢就位后可以发挥桩基对装置控制进行定位，借助型钢的自重使其被插入搅拌桩之中。插入H 型钢以及定量注入搅拌水泥浆液的过程中还会有一部分水泥土被置换于沟槽中，沟槽中的水泥可以借助挖机清理，保证沟槽周边的干净整洁，确保SMW 工法可以硬化成型，并为下一道工序施工奠定基础。清理水泥后要在18h 之后硬化，之后跟着基坑开挖分批次或一次运出施工现场。

3.6 压顶圈梁施工

待H 型钢就位后可以控制桩基定位，借助外力在搅拌桩中插入型钢，但要注意确保其垂直与平整，且保证H 型钢对接接头在开挖面的2m 以下。桩顶圈梁将SMW 桩支护结构中的桩连接起来，在末插入H 型钢搅拌桩中插入长度2.0mφ12～φ16 的钢筋，将其和型钢共同深入冠梁。冠梁断面尺寸为800mm×1200mm（高×宽），选择强度为C30 的混凝土。冠梁施工过程中需要保证SMW 桩压顶在地面下，施工SMW 桩之后进行测量放样，冠梁底标高上部分的水泥土凿除，将预埋连接钢筋与型钢露出，之后对圈梁钢筋进行绑扎，立侧模并对混凝土进行浇筑。

3.7 型钢的回收

完成地下结构施工后可以从搅拌桩中顶拔出型钢，此时需要借助顶拔装置的作用，回收后进行整形保养，还可循环利用。用6%～10%的水泥浆对拔出型钢后的空隙进行填充。

4 结语

在科学技术飞速发展的今天，SMW 施工技术水平得到不断提高，该技术施工操作简单，经济实惠，因而被广泛应用在各行各业。地铁车站施工受场地及管线等其他环境因素影响大，SMW 桩止水效果好、占用施工场地小、对周边环境影响少、工程造价低廉，让传统工程造价高、施工周期长与灌注桩支护水帷幕工艺复杂的特点得以解决，因而可以广泛应用在城市轨道交通中，且应用前景相当广阔。