改良SMW工法雙排攪拌樁支護結構施工實踐

方榮章

改良SMW工法雙排攪拌樁支護結構施工實踐

方榮章

泉州市豐澤建筑工程有限公司

SMW工法施工的基坑圍護結構由于具有擋土、防水效果好，且能夠在狹小的場地上安全施工，噪音和振動小，能夠有效縮短工期、造價經濟等優點，在眾多的支護工程中取得良好的效果。該文結合泉州市第一家采用SMW工法施工的東涂街改造工程4＃地塊地下室、人防工程，就SMW法的設計、施工過程的質量控制、基坑支護結構的起用、支護結構安全監測，以及支護結構的拆除過程做了全面介紹。

SMW工法 基坑支護 施工順序

0 引言

在我國一些大中城市，隨著城市現代化建設的不斷發展，城市的建設用地日趨供應緊張。就泉州而言，市區中心區可用于建設的用地非常稀少，可以說是寸土寸金，市區中心區地價屢創新高，迫使房地產開發企業必須建設高層建筑。而隨著高層建筑的增多，為滿足建筑物的抗震、抗風要求，滿足住戶有足夠的車位停放私家小汽車要求，以及人防等需要，高層建筑往往必須設置1～2層的地下室，有的甚至要3層以上的地下室。因此深基坑的設計、施工大量涌現。SMW(Soil Mixing Wall)工法是一種新型的基坑支護技術，在日本已應用多年，有較豐富的經驗；而我國于1994年剛開始引進該技術。近幾年，該工法在上海已連續在10多個重點工程中得到應用，積累了一些經驗，同時也顯露出了該工法的優越性[1]。

SMW工法支護比深層攪拌樁重力式擋墻的寬度小，占用場地少，更適用于在狹窄的場地施工；它比地下連續墻施工簡便，造價低，且無污染，因而尤其適用于在城市中心施工。SMW工法是在深層攪拌樁中按一定的間距插入型鋼，型鋼與攪拌樁共同形成復合墻體，攪拌樁可以起到止水帷幕的作用，而樁身全部或大部分內力可以由型鋼承擔，基坑工程完工后還可以抽出型鋼，降低圍護工程造價[2-3]。改良SMW工法施工的方法與SMW工法相似，它們的區別在于型鋼的打入時間和打入位置不同。改良SMW工法是先進行水泥土攪拌樁的施工，等到水泥土攪拌樁有一定的齡期（7天）后，在基坑內側緊靠攪拌樁的位置用專用的振動錘打入H鋼，由此形成整體的基坑支護體系。SMW工法是在水泥土攪拌樁施工完成后立即把型鋼插入水泥土攪拌樁的位置，等水泥土攪拌樁凝固后，也形成一個整體受力的支護結構[4]。

1 工程簡介

擬建的泉州市東涂街改造工程4#地塊4－2、4－3、4－5號樓位于泉州市金信花園北側刺桐路東側。該工程由一層地下室（地下室底板埋深分別為－4.8m和－6.0m）和三幢塔樓組成，地下室建筑面積5200m2，地上建筑總建筑面積35245 m2，塔樓層數分別為4－2＃18層、4－3＃18層、4－5＃22層。整個地下室的形狀呈L形，靠近地下室的東邊有并排的兩幢別墅最近點離基坑邊約7m。本工程采用改良SMW工法施工基坑支護結構（見圖1）。

本工程±0.000相當于絕對標高5.400m,現有場地整平后絕對標高約為4.700m。設一層地下室,地下室底板面標高為-4.800m，局部-5.700m。底板厚0.4m，下設0.15m厚墊層,開挖到底板底的深度為4.8m(5.7m)；對于密集的群樁承臺,按承臺底考慮，承臺厚度1.7m(1.8m)，開挖深度為5.9（6.9）m。根據中國兵器工業北方勘察設計研究院提供的巖土工程勘察報告，場地土自上而下依次為：①雜填土:厚0.5～3.2m。 ②粘土:厚0.4～2.0m，局部缺失。③淤泥:厚8.6～15m 。④粉質粘土:厚1.1～6.0m。

根據現場的實際地質情況，綜合各種因素，基坑圍護結構采用一層內撐式鋼板樁圍護結構，采用改良SMW法, 鋼板樁采用H型鋼HP400×400×13×21或HP350×350×12×19，樁長15.0m或12.0m。梁采用型鋼H400,水平支撐采用鋼管?609和型鋼H350;立柱采用H300，長約15m。止水帷幕采用雙排水泥攪拌樁，?600@500，樁長8m，進入淤泥層約7.3m。

圖1 平面布置圖

2 水泥土攪拌樁施工

本工程水泥土攪拌樁主要起到止水和擋土的作用。水泥土攪拌樁的施工質量比較關鍵，因為本工程的地下水是在地面以下大約1.5m左右，地下水受季節性降水影響較大，所以攪拌樁的上部主要是用來止水的。而水泥土攪拌樁下部起到的作用是擋土，本工程基坑土方開挖范圍內幾乎是流塑狀態的淤泥質土，而鋼板樁是間隔1.0m和0.8m打設，鋼板樁之間還有0.6m的間隔，此部分的淤泥質土就需要靠水泥土攪拌樁在H鋼之間形成水泥土土拱來抵擋基坑底部流塑性淤泥質土的土壓力。

2.1 施工機械

表1 機械設備配備情況

2.2 施工工藝流程

水泥土攪拌樁施工時，水泥漿是通過鉆機空心鉆桿用壓力送至鉆頭處側向噴嘴噴入軟土中。噴嘴的運動軌跡是由鉆桿的自轉和提升的直線運動復合而成的螺旋線，噴出的水泥漿不可能與土充分拌合，必須進行復攪。復攪次數的多少，直接關系到樁體強度，同時也影響到施工工效和工程造價。

本工程攪拌樁成樁工藝可采用 “二次攪拌、三次噴漿”工藝，水泥攪拌樁的水泥摻入量為18%，水灰比為0.4～0.50。

一般的施工工藝流程如下：

1）就位——深層攪拌機開行到達指定樁位、對中。當地面起伏不平時應調整機架的垂直度。

2）預攪下沉——深層攪拌機運轉正常后，啟動攪拌機電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導向架切土攪拌下沉，下沉速度控制在0.8m/min左右。

3）制備水泥漿——深層攪拌機預攪下層到一定濃度后，開始拌制水泥漿，待壓漿時傾入集料斗中。

4）提升噴漿攪拌——深層攪拌機下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵，將水泥漿壓入地基土中，此后邊噴漿，邊旋轉、邊提升深層攪拌機，直到設計樁頂標高。此時應注意噴漿速度與提升速度相協調，以確保水泥漿沿樁長均勻分布。攪拌提升速度一般應控制在0.5m/min。

5）沉鉆復攪——再次沉鉆進行復攪，復攪下沉速度可控制在0.5~0.8m/min。如果土質較密或因樁長較長（12m以上）在提升時不能將應噴入土中的水泥漿全部噴完，可在重復下沉攪拌時予以補噴，即采用“二次攪拌、三次噴漿”工藝，但此時仍因注意噴漿的均勻性。第二次噴漿量不宜過少，可控制在單樁噴漿量的30%~40%，因為過少的水泥漿很難做到沿樁長均勻分布。

6）重復提升攪拌——邊旋轉，邊提升、重復攪拌至樁頂標高，并將鉆頭提出地面，以便移機施工新的樁體。至此，完成一根樁的施工。

7）移位——移動深層攪拌樁機至新的樁位，重復以上步驟，進行下一根樁的施工。

8）清洗——當一施工段成樁完成后，應及時進行清洗。

3 鋼板樁施工過程控制

3.1 鋼板樁施打質量控制

3.1.1 H鋼材料選用標準

1）鋼材的品種和質量必須符合設計要求和有關標準的規定。

2）鋼材的表面必須清潔。表面有顆料狀或片狀態銹斑，應經除銹，除銹后仍留有麻點的嚴禁按原規格使用。

3）鋼內撐的規格、形狀、尺寸、數量、間距符合設計要求和施工規范的規定。

4）重要使用的鋼內撐，應規定使用次數，達到使用次數應按規定報廢。如必須使用，使用前應進行鑒定，鑒定合格，方可使用。

3.1.2鋼板樁施工質量控制

1）根據本工程的土質情況，鋼板樁施打設備采用一臺35T（QUY35）履帶式吊車，配備一臺功率為45～60kW的振動錘（DZ60）。

2）沉樁工藝為：安裝導向圍檁、起吊、鉗口夾緊、起吊定位、垂直沉樁到設計標高，依此類推完成整個工程的沉樁作業。

3）H圍護樁沉樁垂直度控制在1.5/100，沉樁的樁頂標高控制在設計標高的+100mm～-50mm。

4）鋼板樁應該在水泥攪拌樁施工完成7天后，才能施打H樁。

5）沉樁前調整好導向裝置，確保H圍護樁緊抵水泥攪拌樁，以增強受力。

3.2 鋼管內支撐的施工

H圍護樁施工完成，根據圍檁的標高挖基坑四周的土方，安裝圍檁，然后挖鋼管內支撐的施工溝槽，邊挖邊施工內支撐，內支撐施工完成后開始進行土方開挖。

1）圍檁采用400×400H鋼焊接于H樁上，安裝鋼圍檁應遵循“先長后短，減少接頭數”的原則，優先使用較長圍檁，特別是優先使用標準節（長12.0m）的鋼圍檁，以減少接頭數。鋼圍檁接頭位置宜放置在主內撐及其附近。其接頭應采用氣割割平，必要時應磨平，采用結422焊條焊接、焊滿。

2）鋼圍檁與圍護的間隙采用砼回填，有利于減少圍護變形，增加支護整體剛度的作用。

3）安裝主內撐同樣遵循“先長后短，減少接頭”的原則優先使用標準節（節長12.0m），最后一節根據實際需要截料使用。鋼內撐的接頭宜放在支承立柱樁樁帽上或者附近，鋼內撐的接頭應采用氣割割平，必要時應磨平；采用結422焊條焊接，全部焊縫滿焊。鋼內撐安裝時，應盡量保持內點略高、中間低的狀態（高差10~15mm），以確保其受力后不上凸。

4）施加預應力支護工程的重要環節，施加預應力成功與否，直接影響到基坑支護的效果，因此，該環節應嚴格把關，詳實記錄。

5）安裝八字撐應遵循“先撐后挖”原則，在條件許可的地區并征得設計人員同意，可允許先挖后撐，但開挖深度、寬度應嚴格控制在2.0m以內。八字撐下料、安裝按圖紙進行，如實際與圖紙有矛盾，應向設計人員通報，商量解決方案。八字撐預拼裝時，與鋼圍檁、主內撐接觸部位應盡量緊密，對相距較大的部位，應先割制等厚度鋼板充填、補缺焊牢，焊接部位驗收按有關規范執行。

6）挖土過程中，土方開挖機械及土方運輸機械經過內支撐時，鋼管內支撐上應該覆蓋不小于500mm厚的土，且應該覆蓋鋼板，以分散土方機械的集中力，避免破壞內支撐的整體受力。

7）開挖至基坑底設計標高時，應及時澆筑地板墊層砼，形成第二道支撐，使基坑周邊圍護樁整體受力。

8）焊縫表面和熱影響區，不許有裂縫，弧坑過燒，未熔合等現象。

9）焊波應均勻，不得有裂縫，夾渣、焊瘤、燒穿弧坑等缺陷[5]。

3.3 鋼板圍護施工

本工程東北角有一部分由于有高壓線通過基坑周邊，緊靠基坑邊的還有一座當地村民的祠堂。受高壓線及場地的限制，攪拌樁機無法按原設計圖紙所示的位置進行攪拌樁作業。為保證基坑圍護施工安全，后經與支護設計單位聯系，設計單位取消高壓線下無法施工的水泥土攪拌樁，鋼板樁采用分節打入（原設計鋼板樁為12m和15m一次性沉入），每節鋼板樁3m，先沉3m后再焊接一段3m，直到達到設計樁長。因此部分攪拌樁取消，攪拌樁所起的止水、擋土作用就沒有了，設計改用10mm厚的鋼板從兩根H鋼之間打入淤泥層6m，用鋼板承受淤泥的土壓力。

3.4 鋼管內支撐的拆除和鋼板樁的拔除

3.4.1內支撐的拆除

1) 地下室的承臺、底板施工完成后，在底板和圍護樁內邊線之間澆筑一道C25素砼，待素砼的強度達到設計強度的75％后，用塔吊配合開始拆除水平支撐。

2) 內支撐應該從基坑的一端向另一端逐道拆除，先拆除斜撐后再拆鋼管支撐。

3) 拆除鋼管撐時，應該在圍檁與鋼管內撐接觸處把鋼管切割50～100mm寬的卸荷帶，逐步釋放應力，觀察基坑的位移情況，在確認安全的情況下，拆除鋼管內支撐。

4) 在拆除鋼管內支撐的過程中，應該加密監測基坑的位移，如果發現位移量超過要求，應該立即停止內支撐的拆除工作，采用砂袋反壓基坑，防止基坑坍塌。

3.4.2鋼板樁的拔除

3.4.2.1 鋼板樁拔出方法

施工完后采用卷揚機或千斤頂拔出。

3.4.2.2 鋼板樁拔除應注意的事項

1）作業前詳細了解土質及板樁打入情況、基坑開挖后板樁變形情況等，依此判斷拔樁的難易程度；2）基坑內結構施工結束，要進行回填，盡量使板樁兩側土壓平衡，有利于拔樁作業；3）拔樁設備有一定的重量，要驗算其下的結構承載力。如壓在土層上，由于地面荷載較大，需要時，設備下應放置路基箱或枕木；4）作業范圍內的重要管線、高壓電纜等要注意觀察和保護；5）板樁拔出會形成孔隙，必須及時填充，否則會造成鄰近建筑和設施的位移及地面沉降。宜用膨潤土漿液填充，也可跟蹤注入水泥漿；6）如鋼板樁拔不出，可采取下述措施：①用振動錘等再復打一次，以克服與土的粘著力及咬口間的鐵銹等產生的阻力；②按與板樁打設順序相反的次序拔樁；③板樁隨土壓一側的土較密實，在其附近并列打入另一根板樁，可使原來的板樁順利拔出。

4 土方開挖施工安排

地下室基坑開挖是地下室施工的重要工序，直接影響整個工程的施工進度與支護結構的安全。本工程分為地下室與非地下室兩部分，部分工程樁與基坑邊距離較近，土方開挖應與基坑支護結構施工密切配合。在進行開挖過程中，對該部分工程樁進行嚴密監控，并可適當減少開挖深度與寬度，減緩施工進度，以確保該部分工程不發生超過規范允許的位移。因此，必須精心組織，嚴格遵循“分層、分段、對稱、限時”的開挖原則，嚴格按照經審批的施工方案進行施工，以確保工程質量與安全。

4.1 施工工藝

測量放樣→水泥攪拌樁施工→鋼板樁施工→開挖第一層基坑內挖土方→內支撐系統施工→ 開挖第二層基坑內土方→人工開挖余土、修邊→基礎墊層和承臺施工→地下室底板結構施工。

4.2 土方開挖分層布置

根據工程基坑施工階段支護結構的特點及配合支護結構施工單位的需要，土方開挖分如下幾階段進行：

第一階段：機械開挖基坑四周攪拌樁工作面溝槽，挖除舊基礎及地下障礙物，開挖寬度為2m，此段挖土深度約1.5m，土方量約850m3。

第二階段：施工水泥攪拌樁圍護和鋼板樁圍護結構，待水泥攪拌樁達到28d強度后，開挖第一層基坑內土方，開挖深度約為1.8m，土方量約7500 m3。

第三階段：采用局部挖槽的方法，挖土至內支撐梁的底部，施工內支撐梁。

第四階段：內支撐施工完成后，采用臺階式開挖，在支撐梁下采用小挖機挖土，支撐梁上采用大挖機挖土。大挖機經過支撐梁上時，梁上應回填密實，并用鋼板保護。退土方向從西向東，從北向南。

第五階段：開挖至基坑底設計標高，靠近圍護樁周邊的5m壓坡段采用分段間隔開挖，每段5m，每開挖一段，立即封底，封底墊層應該緊靠圍護樁。人工開挖土方至標高-4.8m處，進行承臺土方開挖、修邊。此階段開挖與砍樁工序相配合，以縮短基坑支護的暴露時間。

第四、五階段土方開挖，采用兩臺挖掘機以自西向東、先北后南的方向，按i=1:2放坡逐次推進的方式進行施工。基坑開挖時應密切觀測支護結構的變形。土方開挖嚴格遵守“分層、分段、對稱、限時”原則進行開挖。

4.3 土方堆放布置

為改善支護結構受力狀況，降低土方堆荷造成的不利影響，依設計要求：嚴禁將土方堆于基坑四周。機械開挖出的土方遵循隨挖隨運、當班土方當班運出的原則。原則上不在施工現場堆放挖出的土方，人工開挖的土方堆放于基坑內某一指定位置集中，由塔吊吊運出基坑，自卸汽車外運出場。

5 基坑及原有建筑物變形觀測

5.1 監測內容、監測目的及測點布置

如表2所示。

5.2 報警值的確定及應急措施

根據本工程的實際情況，設計方對該工程監測項目提出以下報警值：

1）基坑沉降：最大值取25mm，報警值為20mm，預警值為15mm。

表2 監測內容、監測目的及測點布置

2）周邊建筑：最大值取25mm，報警值為20mm，預警值為15mm。

3）支護結構的支撐體系中，個別構件出現應力驟增、壓屈、斷裂、松弛等。

當監測項目超過其報警值時，必須迅速停止開挖，查明原因，對支護方案進行修改，待加固處理后方能進行下一步開挖，一般應急措施有：

1）迅速原位回填，保證變形值不再增大；

2）修改方案，進行加固。

5.3 監測時限及次數

所有觀測點、測試元件和設備的安裝埋設均在基坑開挖前完成，并測試各項目的初始值。

1）監測周期為鋼板樁開始施工、基坑開挖至地下室結構物達±00且回填土完成時終止。

2）在開挖卸載急劇階段，每1～2天觀測一次，開挖進度緩慢且基坑變形較小的情況下可延至3～5天。當結構變形超過有關標準（報警值）或場地條件變化較大時，應加密觀測。遇雨時，雨后要及時觀測。開挖施工階段工期暫按3天計，測量次數暫定5次。

3）基礎樁開挖至地下室底板澆灌前，這段時間每4～6天觀測一次，測量次數為3次。

4）地下室施工及回填土施工期間，每7～10天觀測一次，測量次數暫定5次。

由于工地現場施工情況不盡相同，具體測量次數、測量時間可根據業主要求及現場施工進度、實測結果等情況作相應調整。

5.4 監測資料的反饋

監測資料采用動態反饋。在鋼板樁施工、基坑開挖卸載階段，現場測試時，若發現變形、支撐軸力等出現異常或達到（超過）警戒值時，立即口頭向監理或業主報告，并盡快以書面報告的形式通知監理和業主；一般情況（圍護結構處于正常狀態）在外業工作結束后三天內向監理或業主提交監測簡報；全部監測工作完成，10個工作日內提交正式監測報告。

6 結束語

SMW工法施工的深基坑支護形式在上海、福州等大城市的深基坑支護中得到廣泛得運用，具有較高的安全性、經濟性、適應性，該基坑支護技術已經比較成熟。本工程基坑圍護采用一層內撐式鋼板樁圍護結構，采用改良SMW法,即鋼板樁的打入施工是在水泥土攪拌樁施工完成后7天，這樣施工可以避免攪拌樁與水泥土攪拌樁之間的交叉作業，兩種樁可以獨立施工，且今后鋼板樁的拔出更加簡單。鋼板樁作為一種先進的深基坑支護形式，首次嘗試運用于泉州市東涂改造工程4＃地塊的地下室基坑支護，取得良好的效果，其應用優點有：

1）施工周期短，有效縮短項目建設周期。

2）施工設備簡單，操作方便。材料主要是鋼材，組合構件全部由工廠制作，現場拼裝只需焊接。

3）通過施加預應力，完全能夠達到變形小的技術要求。

4）承受軸力大，最大受力能達到4700kN。

5）鋼內撐拆除方便，不會對周邊環境產生影響。

6）所用的主要受力構件都可以回收重復利用。

7）特別適用于建設場地狹小、周邊有密集建筑物的深基坑支護形式。

主要缺點有：

1）鋼板樁一次性投資較大。

2）由于鋼管內承的存在，給基坑土方開挖造成一定的困難。

3）內撐立柱的存在，給地下室底板的防水處理也造成一定的困難。

隨著一批鋼板樁專業施工隊伍的成立，可以通過采用公司化運作，提高鋼板樁的周轉次數，合理組織基坑土方開挖，上述缺點可以得到很好的解決，鋼板樁這種深基坑支護形式必將得到更為廣泛的運用。

[1] 劉建航，候學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 1997.

[2] 高大釗. 深基坑工程[M]. 北京: 機械工業出版社，1999.

[3] 趙錫宏. 高層建筑深基坑圍護工程實踐與分析[M].上海:同濟大學出版社,1997.

[4] 龔曉南. 深基坑工程設計施工手冊[M]. 北京:中國建筑工業出版社, 1999.

[5] GB50205-2002, 鋼結構工程施工質量驗收規范[S].北京:中國計劃出版社, 2002.