超深SMW工法桩在地铁深基坑中的应用及变形控制

2022-04-16徐万春中铁四局集团有限公司安徽合肥230023

中国房地产业 2022年7期

文／徐万春中铁四局集团有限公司安徽合肥 230023

引言：

随着城市地铁建设开通的线路的不断增多，越来越多的线路向城市人口稠密、交通繁忙的区域挺进，因此地铁建设需面对更严格的安全施工、文明施工、绿色施工等要求。而SMW工法[1-3]工时噪声小，土体扰动小,不会造成临近地面沉降等特点，可广泛用于黏土地层、砂土等地层中。

因此基于某地铁深基坑段，采用SMW工法桩进行施工应用，并对各开挖阶段中的实际变形与理论计算变形特征进行对比。

1、工程实例

1.1 工程背景

苏州S1号线花桥区间南侧明挖段，位于沿沪大道东侧绿地内，其基坑标准段宽度为11.42至15.91m，开挖深度约为14.1至15.1m，长度为204m，施工工艺采用SMW工法桩，其桩身规格为φ850@600，工法桩内采用H700×300×13×24型钢密插。该工法桩桩身30m，相比于常规工法，按深度分类属于超深工法桩。

本工程中所涉深基坑共设置4道支撑，第一道为混凝土支撑，尺寸为800×900，水平间距9.0m；第二、三、四道为φ609×16mm钢支撑+双拼HN500×300钢围檩，横向间距3.0m。

1.2 水文地质情况

基坑内土层分布如图1所示：①1杂填土、②1粉质黏土、②y淤泥质粉质黏土、③1粘土、③2粉质粘土、③3粉土夹粉砂。其中②y淤泥质粉质黏土作为典型的软土层，呈灰色，流塑，含水率42%，稍具层理，夹少量薄层状粉土，稍有光泽，干强度中等，韧性低，无摇振反应，压缩性高，灵敏度高。工法桩底成桩范围还有④2粉土夹粉砂，底部嵌入至⑤1粉质黏土中。场地潜水主要赋存于①1、①3、②y层，水位埋深约1.0m；微承压水主要赋存于第③3、③31、④2中，隔水顶板为③1、③2，隔水底板为⑤1。主要岩土物理力学参数如表1所示。

表1 主要岩土物理力学参数表

图1 围护结构断面图

2、SMW工法桩施工过程控制

2.1 施工工艺控制

SMW工法桩采用P.O 42.5水泥，为保证超深桩体成桩效果，水泥掺量由20%提高至25%。成桩时钻杆下沉速度0.8m/min，提升速度0.4m/min，采用“二喷二搅”、套接一孔施工工艺，型钢密插，施工过程中应严格控制各项施工参数。

（1）测量定位。根据基坑围护边线开挖沟槽（尺寸为1000(宽)×1200(深)mm）,为保证搅拌桩正常施工，同时清除地下障碍物。由于本工程开挖深度较深，考虑到L/200垂直度要求及后期围护结构变形量，需对围护结构外放10cm，沿长边方向设置定位型钢。

（2）成桩。泥浆配置采用自动称量搅拌系统，使用前进行校准，保证泥浆比重。在桩底部分重复搅拌注浆，停留1分钟左右；提升至设计标高后，桩头应原位搅拌0.5分钟，消除桩顶因水泥浆析出造成的凹穴。水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过24小时。按照“二喷二搅”的工艺要求,保证注入的水泥浆液与土体搅拌均匀。

然后进行型钢的插入，型钢定位卡必须牢固、水平，为保证型钢吊放垂直度，型钢使用前，在腹板上距其顶端30cm 处开一个中心圆形吊装孔，孔径约8cm，型钢起吊后用全站器校核垂直度及插入偏差，垂直度不大于L/400,插入后误差不得大于50mm，且宜插在远离基坑一侧；最后，进行型钢拔除工作，结构施工完成并完成顶板回填后，采用专用起拔设备以冠梁提供反力，25t汽车吊配合进行型钢的拔除工作，拔除过程中应沿已有焊缝进行分割，保证吊装安全。拔除型钢后，用6%～10%的水泥浆填充型钢拔除后的空隙。

2.2 深基坑开挖控制

基坑开挖前二十天采用降水井对基坑进行预降水、疏干。待围护结构强度达到设计要求，材料设备检测合格并完成相应条件验收后可按照方案进行深基坑开挖施工，具体如下：

（1）基坑开挖主要控制措施

①基坑开挖分层、分段、分单元实施，基坑分段以设计分段为准，每段开挖完成后立即浇筑素砼垫层并加快底板施工。分层开挖深度宜以上道支撑底至下层支撑底部以下50cm，开挖以6m～8m宽（2根支撑）为一个小单元。每一小单元应在16h内开挖完成，并在8小时内完成支撑架设。土方开挖与支撑施工相互交替进行，遵循“随挖随撑，分层开挖，严禁超挖”的原则。

②分层开挖掏槽过程中，中部槽宽应以挖机正常作业为宜（6m～8m），基坑两侧应预留土堤护壁宽度不得少于3m，尽量减少因开挖卸载而引起的基坑变形。开挖过程中机械距离基坑边缘距离不得小于1m，桩体后超载≤20kPa，所有机械设备在不作业时均须远离基坑。工法桩围护结构形式在开挖过程中应做到桩体基面平整，便于后续支撑架设及防水施工。

③开挖过程中，密切关注监测及渗漏水情况，一旦发现渗漏需及时封堵。严防小漏变大漏。其控制措施主要为，对渗漏水较小且主要为清水的渗漏点，可直接设置引流管。对于大的渗漏部位，可先在基坑内采用沙袋错层反压，平衡坑外土体压力，然后在坑外采用后退式注浆机进行双液浆（水泥浆+水玻璃）封堵，双液浆出口处浆液固结速度宜控制在30s～40s。

为减少注浆压力过大导致围护结构变形，注浆范围宜为渗漏点以下3m至渗漏点以上2m，渗漏点下部注浆压力控制0.5～1.0MPa，渗漏点上部可减小至0.4MPa，注浆过程中需对渗漏水位置观察，待浆液流出后可缓慢上提钻杆，提速可控制在20cm/min左右，待提升至渗漏点以上时注浆过程中若出现压力突变，需及时停注并查明原因。

④土方开挖过程中确保基坑内降排水系统正常，避免开挖面或基底被水浸泡扰动。

按照国务院和国家税务总局的工作部署，广西梧州市龙圩区税务局积极推进“放管服”改革，全面贯彻落实“放管服”改革各项工作。

（2）支撑系统控制措施

钢支撑系统架设的时效性和架设质量是基坑变形控制的重中之重，钢支撑架设主要注意以下几点：

①做好进场材料验收和检测，外观尺寸、规格型号及材料性能符合设计要求，并做好加压设备的标定。加快工序转换与衔接，确保8小时之内完成架设及施压工作。

②钢围檩后填充应做到密实有效，宜采用早强细石混凝土，钢支撑轴力施加前达到初凝效果，确保围护结构整体受力。支撑活络端上下、左右错开布置，活络头钢楔不小于40cm，采用数控机床切割保证精度，减少敲紧后的形变和轴力损失，施加轴力后活络头伸出长度部不大于15cm。

③预加轴力按照设计轴力的120%施加，共分5个阶段，分别为预加轴力的40%、60%、80%、100%、120%。轴力计两端应设置不小于400×400×50mm钢板，避免加压后钢支撑固定端及围檩受力变形，出现无法有效加压的情况，一旦发生钢支撑端部变形，应对固定端节段进行更换。

3、数据对比

结合本站地质情况及围护结构形式，按照本站点工法桩部位围护结构最大开挖处工况进行模拟，根据启明星FRWS V9.0计算结果可知：

（1）如图2所示，在基坑开挖至坑底，底板未浇筑前，为正弯矩最大工况，单根工法桩承受最大弯矩445.9knm。理论最大水平位移为15.5mm，深度为14m。

图2 开挖至基坑底（15.1m）

（2）如图3可知，底板浇筑后，拆除最下道支撑，为负弯矩和工法桩水平位移最大工况。单根工法桩承受最大弯矩379.4knm。理论最大水平位移15.8mm，深度为13m。

图3 拆除最下道钢支撑

为验证计算结果，对开挖各阶段及支撑架设工作进行了系统性的策划，并按照方案要求对基坑进行各项监测工作，本文主要对基坑开挖及钢支撑架设各阶段实际桩体水平位移变化与理论值进行对比，通过分析，判断出施工过程中的不足和后期改正措施，实际开挖监测情况如下所示：

（1）开挖至第一道钢支撑底部。第一道支撑底部距地面约为4.2m，按照方案第一层土开挖至支撑底部50cm，即开挖面深度约4.7m，在未架设支撑时累计最大桩体水平位移量为+3.92mm，深度为6m。

（2）开挖至第二道钢支撑底部。第二道支撑底部距地面约为7.2m，即开挖面深度为7.7m，在完成第一道支撑架设，第二道支撑未架设时的最大桩体水平位移量为+3.5mm，深度为8.5m。

（3）开挖至第三道支撑底部。第三道支撑底部距地面约为12.2m，即开挖面深度为12.7m，在完成第二道支撑架设，第三道支撑未架设时的最大桩体水平位移量为+12.48mm，深度为14.5m。

（4）开挖至基底。设计至基底开挖面深度为15.1m，在完成第三道支撑架设，最大桩体水平位移量为+15.11mm，深度为13m。

（5）底板施工完成拆除第三层钢支撑。底板混凝土达到设计强度并拆除第三道钢支撑，监测最大桩体水平位移量为+14.1mm，深度为12.5m。

图5 开挖各阶段桩体水平位移图

通过上述实测数据及图4-5，并结合理论计算数据，在开挖各个阶段实际桩体水平位移值与开挖至基底的内力包络图中位移变化基本相符。

图4 变形内力包络图

在最后一层土方开挖完成后，实际累计变化数据最大值为+15.11mm，深度位于13m位置与理论计算稍有偏差，经分析主要是施工过程中为满足最后一层机械施工高度，与设计院核定后将支撑中心标高上抬70cm所致。在拆除第三道支撑后，累计水平位移变化值为+14.1mm与理论值+15.8mm相比稍小，基本符合计算结果。表明基坑开挖各工序衔接良好，同时反映超深工法桩在地铁深基坑中有较好、较安全的应用。