SMW 工法桩在深基坑支护施工中的应用

蒋孔林

1.工程概况

浙江省绍兴市闽商大厦基坑项目建筑高度约100m，基坑宽度42m，长度82m，支护面积约3444m2，基坑开挖深度6m，根据地质勘查报告显示，地下水埋深约3m，地下水丰富。施工区域表层为人工耕植土和杂填土，其下主要为淤泥质土。基坑支护主要采用SMW工法桩支护方案。

2.基坑支护方案设计

2.1 基坑设计支护方案比选

由于本项目基坑开挖面积比较大，基坑深度较深，综合考虑绍兴市当地基坑场地条件和施工经验，根据项目的实际需要确定基坑开挖的宽度和深度，初步确定以下3 种基坑支护方案进行比选：

（1）SWM 工法方案：该方法施工简单，施工周期短，结构强度可靠，基坑开挖后水平位移和沉降较小，并且H型钢可以重复利用。但是在SMW 工法桩支护实施前，需要进行一些试验来确定结构计算参数，要使用专业的施工设备进行桩身和工字钢拔出的施工。由于桩身刚度较小，基坑施工质量受到水泥搅拌桩成桩质量的影响比较大。

（2）拉森钢板桩维护方案：该方法施工简单快速，施工周期短，施工质量可靠性高，可以重复利用，经济性高。但是，要对接头位置进行严格的防水处理，并且刚度比H 型钢小，在基坑开挖后，变形比较大，容易引起土体的移动，但是可以通过增加水平支撑的施工方法改善这一问题。

（3）大开挖方案：该方案施工速度快，施工技术成熟，成本费用低，但是开挖断面过大，对周边管线和建筑分布要求严格。

该工程开挖范围内主要为淤泥质土层和部分填土层，块石分布比较少，考虑到工程周边的土质和场地条件，结合基坑的设计深度和等级，决定采用SMW 工法桩和拉森钢板桩维护一起施工。与水泥挡土墙的适用范围和结构特点相同，在H 型钢插入后，会减小水泥挡土墙的断面尺寸，但是由于假设支撑能够提高稳定性，基坑的开挖深度可达10m 以上，由于其施工速度快、造价低的优点，比较适宜于软土地区，目前该支护方法已经广泛地应用于基坑支护工程之中。

本基坑开挖工程主要采用SMW 工法桩方案，根基基坑的开挖深度设置水平支撑。第一道支撑结构采用钢筋混凝土结构，第二道支撑结构采用钢管支撑结构并采用三轴搅拌桩对基底软弱土层进行加固。

2.2 SWM 工法基坑设计要求

（1）三轴搅拌桩：搅拌桩径取850mm，桩心间距取600mm，考虑杂填土和淤泥质土的厚度，要求桩底淤泥质土层不小于1m，桩身设计长度为15m。水泥掺入比为20%，水灰比暂定为1～1.5，设计采用“四搅四喷”工艺，要求12m 内的无侧限抗压强度28d 后不小于0.8MPa，桩身13m～15m 范围内强度不小于0.6MPa。

（2）型钢：采用Q235B 级HN700mm×300mm×13mm×24mm 的H 型钢，截面惯性矩I 不小于193,622cm4，界面模量W 不小于5,532cm3，截面积A 不小于231.5cm2，隔一插一。

2.3 基坑监测

该基坑项目监测的主要内容包括支护结构内力监测、支护结构顶部水平位移和竖向位移监测、深层侧向位移监测、地下水监测等一些常规监测项目。此外，还应该对基坑周边的道路和地下管线受力变形以及相邻建筑的位移稳定进行监测，在施工过程中，要做到实时监测，及时指导施工的安全顺利开展。

3.SMW 工法桩主要施工工序

SMW 工法桩的施工工序主要包括导槽开挖、机架设置、导轨移动、H 型钢插入和拔出等。

3.1 导槽开挖、机架设置和导轨移动

导槽的开挖是SMW 工法桩施工过程中的重要部分，通常为有效防止钻机在钻进工程中有涌土冒出地面，导槽一般在施工前进行开挖，开挖宽度约1m，深度约1.5m。另外则是H 型钢的插入过程中，位置准确尤为重要，可以采用在沟槽旁边埋设钢槽作为导向桩的方式以确保插入位置的准确，一般纵向间距控制在8m～12m 范围内，并且还要在导向桩旁设置H 型钢定位卡和钢围檩。但是，导向架轴向的位置和标高必须得到保证，并确定好H 型钢在导向架上的插入位置和桩位，提前做好相关标注。

3.2 搅拌机定位

在导槽开挖工作结束后，就要开展SMW 桩法的施工，在这个过程中，SMW 桩机准备就位，即机架、钻杆、钻头、控制电路部分，然后进行对桩架垂直度的调整工作，保证垂直度≤1%。

3.3 搅拌施工及水泥浆制备

钻进和制备水泥浆是SMW 工法桩施工技术中的重要流程和材料，因此这两个环节的施工要特别注意：（1）钻进：为确保施工质量，要控制好三轴搅拌机的下沉和提升的速度，搅拌机的速度一般会根据桩的情况进行确定，并由专门的人员对沉桩过程中的各项指标进行记录，与此同时，水泥浆应在下沉和提升的过程中注入。由于水泥浆的注入需要一定的时间，可以在现场搭建一个水泥库，从而能够及时进行搅拌工作。另外，在搅拌的同时要严格按照配比参数进行配比。（2）制备水泥浆：水泥浆的制备需要严格按照规定的配比进行制备，搅拌桩采用42.5 普通硅酸盐水泥，在投料后进行搅拌制备，并保证搅拌好的水泥浆在2h 投入使用，在此期间，要不断地对水泥浆进行搅拌以防止离析现象的产生。在倒入集料斗中的水泥浆中掺入0.5%～1%的减水剂以增加注浆的流畅性，可掺入1%～3%的膨润土以最大限度地提高水泥浆的可塑性，避免墙体出现渗水和开裂。

3.4 H 型钢插入

水泥搅拌桩完成后不能立即插入H型钢，待水泥搅拌桩具有一定强度后，才能进行H 型钢的插入施工，一般在水泥搅拌桩施作完成30min 后进行H 型钢的施工。在起吊前可采用2 点法进行定位，并仔细检查沟槽各点位型钢上的H型钢定位卡，以保证水平位置的准确性和稳定性；为了保证型钢插入位置的准确，可以在插入型钢前进行校准，在经过校准并确认无误后，通过线锤控制H型钢的垂直度，最后，根据之前设置的定位卡将H 型钢缓慢地插入搅拌桩内。在这个过程中，如果H 型钢插入的位点问题，可以通过提升的方式进行调整，直到插入的H 型钢满足标高和深度要求。

3.5 H型钢拔出回收

H 型钢的二次回收利用是H 型钢工法桩的一大特点。在使用H 型钢工法桩支护方案时，在施工的主体结构满足设计的强度要求后，使用液压起拔机将H 型钢拔出，在拔出型钢的过程中，要将起重机吊钩和型钢固定好。同时，把拔出的H 型钢放到特定的位置堆放整齐以备下次使用。对于拔出型钢后产生的孔隙要进行加固处理，一般采用水灰比在0.7 左右的水泥浆，并加入3%～7%的膨润土和细砂并掺入0.5%～1%的减水剂以提高水泥浆的流动性，保证注浆压力不小于1MPa。

4.关键施工技术

4.1 注浆搅拌和成桩方式

搅拌注浆和成桩方式在SMW 工法桩技术施工中尤为重要，主要有三点：（1）水泥浆配比和搅拌均匀：在钻杆钻进和提升过程中，钻杆必须转动、下钻和提升的速度均匀，水泥浆的配比要严格地按照相关规定要求执行，可以根据钻杆下钻和提升的速度进行水泥浆掺入量的动态调整，并保证钻杆运行速度均匀，这样施作的成桩才能达到设计要求。（2）重复搅拌：在SMW 工法桩施工过程中，要进行重复的搅拌工作，即搅拌机提升到顶面的设计标高时进行，控制钻杆保持边搅拌边喷浆的钻进姿态直到顶面设计标高以保证水泥掺入量能够达到设计要求。（3）在三轴搅拌桩的搭接过程中要进行重复套钻，采用跳槽式双孔全套复搅式施工以保证隔水帷幕的作用。

4.2 搅拌速度与注浆质量

在SMW 工法桩的施工过程中，要对注浆量和钻杆下沉速度进行严格把控以避免断浆和夹心层现象的出现。在施工过程中，要避免断浆和提升速度过快，否则，要立即停止施工并进行重新钻进，直至浆面减少或是停浆，然后在进行10s～20s 注浆工作后恢复提升，这种施工方法可以避免断桩现象的发生。此外，对搅拌的时间也要进行合理控制，保证搅拌时间大于3min，与此同时，要避免水泥搅拌桩产生不均匀沉降以保证搅拌桩的连续性；水泥总用量的70%～90%要用到钻杆下钻的过程中，水泥总用量的20%～30%要用到钻杆提升的过程中。

4.3 施工深度的把控

作为SMW 工法桩施工过程中的重要环节，可以通过控制搅拌桩的深度和H 型钢的插入深度来控制施工的深度，施工深度要进行严格把控，严格按照设计规范进行施工。

4.4 H型钢焊接及涂刷减摩剂

一般H 型钢的长度控制在12m 左右，同时要结合基坑深度和工程的实际需要对型钢进行焊接，但是在焊接前要做好相关的准备工作，比如除渣、除锈、除湿等，采用切口满焊的焊接方式，并且保证焊缝的饱满度，不能有漏焊的现象发生；焊接后，要进行焊渣的消磨；相邻H 型钢焊缝要错开，焊缝错开高度应保持在1m 以上，与此同时，焊缝距坑底距离应不小于2m。在型钢表面进行减摩剂的涂刷以保证后期拔出回收时处于良好的状态。

5.结论

在现代深基坑支护施工过程中，SMW 工法桩发挥着重要的作用，不仅能够实现建筑材料的回收利用，而且能有效地降低施工成本、缩短施工时间。同时，SMW 工法桩对于机械设备和建筑材料的要求不高，施工简单，只要能保证科学的配比参数、准确的下钻和提升位置以及H型钢插入的合理性就能满足支护设计要求。因此，根据施工现场的实际情况并运用类似的施工经验，确定合理可行的H型钢工法桩施工控制指标，可以很好地提高基坑支护工程的施工效率和质量。