SMC工法在复杂环境深基坑支护中的应用

吴晓雨 耿显勇 李栋谋 何 飞 顾洪磊

(山东省建设建工(集团)有限责任公司 山东济南 250014)

0 引言

随着城市地下空间建设的应用需求逐步加大，深基坑工程的质量和安全受到广泛的关注。SMC工法作为一种新型支护方法，通过深层铣削工艺，改变原状土结构，在搅拌过程中掺入固化剂，将分散的土体凝聚成整体性和具有一定强度的等厚复合土墙[1]。本文通过对复杂环境下，深基坑工程实例中SMC双轮铣水泥土搅拌墙技术的应用，分析其稳定性、适用性、经济性，并为类似环境深基坑的施工提供经验。

1 工程概况

南辛庄片区棚户区改造安置房建设项目地块—东区(EPC)工程，位于济南市槐荫区南辛庄街南侧、南辛庄东街东侧，包括4栋住宅楼及地下车库。基坑形状不规则，东西长约144.5 m，南北宽约89.5 m。开挖深度13.5 m，基坑支护结构安全等级为一级。

场区位于属于山前冲洪积平原中下部,地层为第四系冲洪积成因的粘性土、碎石土,下伏中生代燕山期辉长岩风化带。通过对场地地质进行数据分析,综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度,兼顾基坑支护稳定性、适用性、经济性,确定基坑支护方案采用“SMC 双轮铣水泥土搅拌墙+ 三道预应力锚索”的支护方式(图1)。支护深度13. 5 m,型钢高出冠梁顶面0. 5 m,搅拌墙幅长2800 mm,宽650 mm,搭接200 mm,深度均为15 m ～ 18 m,型钢采用HN500×200×10×16,共计138幅,一期槽60幅,二期槽68幅,型钢约535根。

图1 基坑支护剖面图

2 施工难点分析及方案优化

(1)周边环境复杂

基坑周边环境比较复杂，周围存在较多的高层建筑物及管线，基坑距离红线最近处约2.15 m。

场地紧邻18层高层住宅群，周边地下管线众多，基坑开挖不具备自然放坡条件，开挖深度内局部地层姜石、碎石含量高，若处理不当，将对施工安全、进度产生影响。

(2)止水要求高

该工程地下水类型为第四系孔隙潜水，主要由大气降水补给。地下水位随季节不同而变化，场地内静止水位埋深4.0 m，相应标高为36.2 m～37.0 m。基坑底部标高为27.40 m，对基坑止水性能要求高。

(3)方案优化

为解决上述施工难点，对多种基坑支护结构进行对比分析(表1)，优化原设计方案，采用SMC双轮铣水泥土搅拌墙施工技术。实践证明，在稳定性、安全性、经济性等方面，均取得良好效果[2]。

表1 深基坑支护形式对比

3 关键技术

3.1 SMC双轮铣水泥土搅拌墙

该技术是兼具有液压双轮铣槽机和深层搅拌技术的综合效率较高的新型施工工艺[3]，如图2所示。下沉时通过两个铣轮相对相向旋转，同时通过凯式方形导杆施加向下的推进力，以0.8m/min的速度匀速下沉，并注入水灰比不大于1.2的水泥浆液(其注浆量为总注浆量的70%～80%)，与原状土体搅拌混合均匀至设计深度。提升时2个铣轮相对相反旋转，通过凯式方形导杆或悬索以0.8～1.2m/min速度提升铣轮，并注入固化剂(注浆量为总注浆量的30%～20%)，从而形成墙体均质、整体性强、防渗性能好的水泥土搅拌墙。

图2 SMC双轮铣水泥土搅拌墙工作原理

双轮铣水泥土墙具有施工效率高，安全稳定，止水效果好等特点，尤其对本基坑中存在的较厚杂填土层及碎石层，均能产生有效的截水效果，形成封闭式帷幕。

3.2 施工工艺

SMC双轮铣水泥土搅拌墙关键工艺流程如图3所示。

图3 SMC双轮铣水泥土搅拌墙工艺流程

(1)清场备料：对施工场地进行整平压实，清除施工障碍物，作业面不小于7 m。当地表土层较软时，应采取措施防止机械失稳，备足水泥量和外加剂。

(2)测量放线:按设计要求定好墙体施工轴线，每25 m布设一高程控制桩，并作出明显标志。

(3)安装调试：液压履带式移动机械和双轮铣槽机就位；安装制浆、注浆和制气等辅助设备；接通水箱、电源和空气压缩机；运转试车。

(4)开沟铺板：为解决削铣过程中的余浆储放和回浆补给，需开挖尺寸为1000 mm×1200 mm沟槽。超双轮铣槽主机作业长度10 m，铺设箱型钢板,以均衡主机对地基的压力和固定芯材。

(5)在开挖的工作导槽两侧放置型钢导轨，型钢规格为H700×300×13×24，长度12 m，控制线引至型钢导轨上，以型钢导轨标记做为分幅定位标记。

(6)喷气注浆铣削搅拌下沉、提升：水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比不大于1.2，水泥掺入量为18%～20%(重量比)，注浆压力一般为2.0～3.0MPa[4]。下沉速度0.8 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。

(7)安装芯材：型钢下插应在双轮铣搅拌墙施工完毕后30 min内进行。

(8)成墙移机：集料斗内注入清水，将注浆泵开启，对压浆管道及其它所用机具进行清洗,然后将双轮铣槽机移动至下幅墙定位位置进行作业。为保证墙体的连续性、均质性和接槎位置的施工质量,应进行重复套钻(图4阴影部分),双轮铣水泥土搅拌墙搭接部位施工质量以及墙体的垂直度修正,依靠重复套钻来实现,以达到止水的作用。

图4 SMC 双轮铣水泥土搅拌墙墙体搭接

4 应用效果分析

4.1 无侧限抗压强度分析

对水泥土试块进行28 d无侧限抗压强度试验，其强度均在2.50 MPa以上，均高于设计要求和《型钢水泥土搅拌墙技术规程》(JGJ/T199-2010)中不宜小于0.50 MPa的规定[5]。通过与某相似地质条件下，三轴水泥土搅拌桩和TRD工法水泥土搅拌墙28 d无侧限抗压强度进行数据对比，SMC双轮铣水泥土搅拌墙抗压强度均高于其他两种工艺，表明其铣削搅拌能力更强，搅拌更加均匀。

4.2 止水效果分析

施工完成后，立即进行基坑内部疏干、降水工作，并对基坑外部水位变化进行实时监测。通过对所取芯样渗透系数试验结果进行分析，渗透系数小于2×10-6cm/s，满足设计要求。降水12 d后，开挖地下水位以下土方，通过现场监测发现，连续降水1 h后，基坑内部水位下降1.5 m，基坑外部水位变化小于100 mm，且在土方开挖及后期使用过程中，水泥土搅拌墙壁无渗漏情况发生。从实际情况可以判断，SMC双轮铣水泥土搅拌墙充分发挥了止水效用，有效确保了基坑施工阶段干作业的施工环境。

4.3 监测结果分析

整个深基坑监测周期历时12个月，委托第三方监测机构对基坑水平位移、竖向位移、周边环境等项目进行检测工作。经观测发现，所有观测点变形数据均小于预期值，变形量较小(表2)，且未对周边建筑及环境产生明显影响。

表2 基坑变形监测数据统计表

5 结语

该工程采用的SMC双轮铣水泥土搅拌墙技术应用于房屋建筑深基坑工程，在山东省内尚属首次。从工程施工和监测情况看，SMC双轮铣水泥土搅拌墙具有适应性广、止水性能可靠、墙体均匀性良好的特点。从基坑工程开挖暴露面观察可知，搅拌墙墙壁完整、基坑侧壁干燥，无渗漏水现象，有效克服了传统工法施工深度小、搅拌能力差等缺点，同时解决了转角施工困难，机械设备价格高等不足[6]。SMC工法具有很好的性价比，是一种理想的深层水泥土防渗墙施工工艺，具有广阔的应用和发展前景。