地铁车站SMW工法桩支撑体系的施工技术

沈 亮

（中铁十九局集团有限公司，北京 100176）

1 工程概况

某地铁车站工程采用地下二层三跨箱形结构，岛式站台，站台宽12 m。车站总长210.2 m，南北端共设风道、风井4处，基坑深度14.49～14.97 m。车站近期顶部覆土0.75～1.0 m，主体结构、风道及出入口三大部分均以明挖顺作法施工。车站主体施工采用明挖顺作法，主体基坑深度14.5～15 m，设置Φ850 mm×600 mm水泥土三轴搅拌桩（内插HN700 mm×300 mm型钢），构成围护结构，基坑土层由上往下依次为填土、黏质粉土、砂质粉土、粉砂夹砂质粉土、黏质粉土等。工程所在区域地下水下部孔隙承压水（含水介质为6-2层粉砂、6-3圆砾），承压水对基坑的开挖基本无影响。

2 SMW工法桩施工技术分析

2.1 水灰比的设定

水泥浆液的水灰比宜控制在1.3～2.0，水灰比根据工程地层确定为1.8，桩体水泥参量宜控制在20%～25%，水泥可采用复合或普通硅酸盐水泥。

2.2 施工方法及成桩顺序

一次成桩和复搅成桩是两种较为典型的方法，各自的成桩顺序如图1所示。

图1 成桩顺序

为保证桩间咬合稳定，相邻两幅的端部单桩重叠套打，以跳打的方式为宜，此举可较好地避免桩身倾斜现象。立足于现场施工条件以及工程质量要求，选择的是ZKD85-3三轴搅拌机，在使用前检验其性能。

按流程将各项工作落实到位，最终钻进成桩：

（1）桩位放样：以设计图纸为准，精准测放桩位，将误差控制在50 mm以内，同时在导沟上用红油漆予以标记。

（2）设定位型钢：选用2根长度为2.5 m的200 mm×200 mm定位型钢，将其垂直沟槽方向布设；选用2根长为8～12 m的300 mm×300 mm定位型钢，将其沿着平行沟槽的方向布设；转角处设H形钢，与围护中心呈45°；设置型钢定位卡，利用该装置切实提高型钢定位的精准性。

（3）桩机就位：以设计要求为准，移动搅拌桩机，使其精准就位后再调整桩架的垂直度。后续，用经纬仪加强测量（原则上应做到每天一次，具体可根据实际情况适当加大检测频率）。桩机就位后复核，确保偏差被控制在2 cm以内，否则需继续调整，直至在许可范围内。

（4）桩机垂直度校正：在桩架处焊接Φ10 cm铁圈，在10 m处悬挂铅锤，利用经纬仪测定钻杆的垂直度，误差需在1%以内，此时铅锤正好通过铁圈中心[1]。

（5）桩长控制：在钻杆上设置标记，作为桩长控制工作中的参照基准；若桩长发生变化，则清除该旧标志，并在指定位置增设新标记，按此方法有序施工，灵活控制桩长。

2.3 钻进搅拌及喷浆的参数控制

搅拌机钻杆逐步下沉，所处位置为设计桩顶标高处时，用灰浆泵注浆，随注浆量的持续增加，待浆液到达搅拌头时，匀速下沉搅拌头（速度为1 m/min），注浆的同时搅拌、下沉，使水泥浆与原地基土均匀混合。

钻掘搅拌机下沉到位后，适当向上提升10 cm，进一步利用灰浆泵注浆，期间同步旋转搅拌钻头，整个过程不可中断。根据前期设计要求，按特定的速度提升钻掘搅拌机，同时利用满足行业要求且经过检验的监测仪器做实时测量与记录，得到喷浆量、搅拌深度的具体值。无论在钻杆下沉还是提升阶段，均适当注入水泥浆液。

土体与水泥浆需均匀混合，考虑到此方面的要求，重复上下搅拌，但需适当保留部分浆液，其在下一次上提复搅时灌入。按前述方法操作后，制得质地均匀、结构完整的水泥土搅拌桩。成桩施工中的控制指标较多，需根据要求及时检测与调整，SMW桩主要技术参数具体见表1。

表1 SMW桩主要技术参数

2.4 型钢插入

型钢表面平整度需在1‰以内，对接采用内菱形接桩法，在菱形的各角（共4个）预留Φ10 mm小孔。在正式插入前，向型钢均匀涂抹减摩剂，此材料可以减小摩擦力，以免型钢难以高效回收。水泥搅拌桩成型后，利用汽车吊机吊装型钢，及时检测并调整型钢的姿态，使其底部中心对准桩位中心，再以较慢且匀速的状态下放，将其有效插至桩体内，为保证桩体的垂直度，此过程中利用线锤控制，随后用经纬仪校核。在定位型钢处设高程控制点，设吊筋，用于精准控制型钢顶部高程，确保实测值与设计值的误差在±5 cm以内。经前述的调整后，用双头F形卡固定，以免在后续施工中对该桩体造成扰动性影响[2]。

2.5 型钢回收

地下主体结构施作结束后，测定其强度，满足要求后，在汽车吊机的配合下起拔回收型钢。

3 土方开挖及钢支撑的设置

3.1 土方开挖

工法桩架设支撑设置1.2×1.5 m的围檩，基坑上部1.5～2.0 m摘帽土方由SK330型挖机开挖，在现场配备运输车辆，由其运输开挖产生的土方。安排专员清理冠梁处的多余土方，立模并浇筑混凝土，由此形成冠梁结构：一至二层开挖所用设备为SK330型大挖机和SK135型小挖机；三至五层则将SK330型大挖机调整为SK230型加长臂挖机，利用自卸车运输，其他设备不变。

各断面的开挖遵循的是自上而下的顺序，共分为5个步骤，具体如下：①第一步，施作SMW围护桩及桩顶冠梁，待此类结构成型且无质量问题后，组织开挖作业，直至第一道钢围檩下0.3 m处为止；②第二步，开挖至第二道钢围檩下0.3 m处；③第三步，开挖至第三道钢围檩下0.3 m处；④第四步，开挖至第四道钢围檩下0.3 m处；⑤第五步，人工开挖，直至到达基坑底部位置为止，若满足要求则设置混凝土垫层。

需注意的是：在第一步至第四步的开挖施工中，每完成一步的开挖后均设置一道钢支撑，由此共形成4道钢支撑结构；土方开挖期间加强对高度的检测与控制，使用水准仪或全站仪复核，开挖要重点关注拐角点渗漏水。

3.2 钢支撑的设置

钢支撑施工是开挖阶段的重点工作内容，每层土方开挖至围檩下30 cm时，随即设置钢围檩，将钢管支撑和钢系梁架设到位。按照“基坑开挖→设置腰梁→吊装钢支撑→施加预应力→固定活动端楔顶”的顺序施工钢支撑。

随土层开挖进程的持续推进，待其到达设计的钢围檩架设位置后，全面清理分布在围护结构处多余的水泥土，保证型钢维持洁净的状态；此后，焊接牛腿支撑架，设置钢围檩；受结构尺寸、施工工艺等方面的影响，钢围檩与围护结构间存在空隙，采用C30细石混凝土的方法填充，保证结构间的连接稳定性。车站主体钢支撑的尺寸不尽相同，最大长度20.4 m，重量4.8 t，经拼装后构成钢支撑结构，成型后若满足质量利用汽车吊吊装，确保钢支撑可以稳定在钢围檩上，若无误则对端部采取固定措施[3]。

钢支撑固定工作落实到位后，将2台液压千斤顶布设在活动端支撑两侧，两者同步作业，对称逐级施加预应力，期间加强检测与控制，保证施加预应力的精准性，满足要求后利用钢楔锁定支撑，起到加固支撑的效果。按照与标准段相同的方法架设斜支撑，前期施工中已经在围护结构内部插入工字钢，此时于该工字钢处焊接端面与三角钢板撑座（此装置与斜支撑轴线保持垂直的位置关系），进而切实增强结构的强度，以免其在后续的施工中出现失稳现象。

4 监测结果分析

围绕围护结构、钢支撑两处的监测结果展开分析，水平位移曲线如图2所示。

图2 SMW桩水平位移

基坑开挖过程中，土体的位移量增加，最大位移的深度随之增加，并在基坑开挖到设计位置后产生最大的土体变形量；在后续的底板施工中，变形逐步趋稳。可以发现，土体最大位移发生在12 m左右，其对应的是第4层支撑和底板间，达到28 mm，但满足要求（≤30 mm），因此在许可范围内，达到一级基坑的标准。

5 结语

综上所述，SMW工法桩在地铁车站施工中具有多重应用优势，是一种兼顾安全、质量、效率等多重要求的良好方法，有利于创设优质的施工环境，以便后续建设工作的高效开展。以地铁车站工程实例为背景，对SMW工法桩支撑体系所涵盖的关键技术展开探讨，希望所提的内容可作为类似工程的参考。