SMW工法在上海華漕港泵閘基坑中的應用與分析

郭樹華

(上海勘測設計研究院，上海 200434)

SMW工法在上海華漕港泵閘基坑中的應用與分析

郭樹華

(上海勘測設計研究院，上海 200434)

本文介紹了上海華漕港泵閘基坑采用SMW工法作圍護的施工及監測過程。針對這種圍護的特性，設置了圍護傾斜、鋼支撐軸力等監測項目。監測成果表明:根據設計方案采取合理的施工工藝，可有效抑制圍護變形，從而控制周邊復雜的建筑物沉降，為軟土地基圍護設計積累相應參數。

SMW工法;鋼管支撐;時間效應;水平抗力

引言

SMW工法樁［1-5］(soil mixing wall)是基于深層攪拌樁施工方法發展起來的，通過在相互搭接的水泥土攪拌樁內插入H型鋼或其他種類的受拉材料，連續并排形成地下柱列式復合擋土圍護結構，從而起到防滲、支護作用。1976年研制成功后，成為日本國內基坑圍護的主要方法，約占地下圍護結構的80%。1993年，SMW工法通過技術引進并創新后在我國發展起來，在上海靜安寺“環球世界”商廈基坑圍護中最新得到應用。目前該工法主要應用于我國東南沿海上海、南京、杭州、廣州等地的軟土深基坑圍護中，并逐步向內地推廣。

1 工程概況

1.1 工程介紹

華漕港泵閘工程位于閔行區華漕鎮華江公路西側華漕港上，距入蘇州河河口132.0m處。圍護墻體采用水泥土攪拌內插型鋼方案(SMW工法)，該工程選用三軸水泥土攪拌樁φ850@600mm，內插H型鋼700mm×

300mm，其中東岸型鋼密插，西岸間一插一。水泥土攪拌樁頂標高4.50m，樁底標高－17.2m，東岸內插H型鋼中心距為@600mm，西岸為@1200mm，型鋼底標高為－16.2m，樁頂均設1200mm×800mm鋼筋混凝土頂圈梁。東西兩岸工法樁單側長80.05m，南北兩側采用高壓旋噴樁形成止水帷幕，并與工法樁形成封閉的防滲體系。泵閘基坑沿深度方向(垂直向)設兩道鋼管支撐，采用對撐方案，支撐水平間距為4m，第一道支撐為φ609×16鋼管撐，中心標高為4.10m，采用鋼筋混凝土圍檁，截面尺寸為1200mm×800mm;第二道支撐為φ609×16鋼管撐，中心標高為0.00m，采用鋼箱梁圍檁，截面尺寸600mm×600mm×16mm×18mm。采用臨時鋼格構立柱及柱下立柱樁作為水平支撐系統的豎向支承構件，臨時鋼格構柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的鋼格構柱，其截面為480mm×480mm，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中3m，立柱樁為鉆孔灌注樁，樁徑 φ800mm，樁長16m。基坑最大開挖深度為9.0m。

1.2 地基加固

由于基坑開挖深度深、環境保護要求高，為嚴格控制基坑開挖過程的圍護墻體變形，對基坑坑底以下的被動區土體，按“貼邊”方式進行加固。貼邊加固采用φ850三軸水泥土攪拌樁，深度為6.0m，寬度約2.65m。三軸水泥土攪拌樁水泥摻量為20%，基坑開挖面以上回摻至第一道支撐底面標高，水泥摻量為10%。

1.3 地質情況

工程場地各土層主要物理及力學指標見表1。

表1 各土層主要物理及力學指標

2 基坑主要監測點布置

a.圍護體及土體傾斜監測。

b.支撐軸力監測。

監測點布置見圖1。

圖1 基坑及周圍環境監測點布置

3 主要施工工況

基坑主要施工工況見表2。

表2 基坑主要施工工況

4 成果分析

4.1 圍護體傾斜

基坑第一層土方開挖后，坑內外土體應力發生變化，在坑外水土荷載作用下，工法樁向坑內發生側向水平位移，各深度水平位移呈“魚腹”狀分布，即中間大，向上下兩段逐漸減小，在管口處有一定的位移量，位移曲線為典型的工法樁圍護及鋼管支撐的圍護變形曲線。泵房段基坑第一層土方開挖速率較大，圍護變形明顯，該層土方完成后東側圍護最大側向位移為17.73mm，位移偏大的原因主要有兩方面:?第二道支撐附近土質較差，強度低，坑內被動區難以形成足夠的水平抗力抑制圍護的側向位移;?鋼圍檁與樁間未有效充填高強細石混凝土。第二層土方開挖前施工單位在所有格構柱處增加鋼抱箍對支撐進行了固定，同時在鋼圍檁與樁間未充填高強細石混凝土，使圍檁形成整體，開挖工序調整為由東西兩側向中部推進。從成果可以看出，采取部分措施后，第二層土方開挖過程中圍護體向坑內位移速率明顯減小，該層土方開挖過程中西側最大位移量為8.07mm，東側最大位移量為3.35mm，說明施工工藝的調整對抑制圍護變形是有效的。底板結構施工期間，基坑底部處于暴露狀態，產生了一定的時間效應，東西側圍護向坑內最大位移又增加了6.08～7.20mm，底板澆筑完成后圍護最大側向位移發生在東岸，累計位移量為33.59mm，在報警值(50mm)范圍內，最大位移量在坑底附近，隨著底板強度的逐漸增加，其板撐作用越發明顯，圍護體向坑內位移得到控制并逐漸收斂。第二道鋼支撐拆除過程后，圍護體向坑內位移較小。第一道鋼支撐拆除過程后，圍護體向坑內最大位移增加了6.65mm，由于第一道支撐拆除后圍護變成了懸臂結構，其最大水平位移的深度由7.5～9.0m上升為7.5～9.0m，圍護變形與施工工況吻合較好。型鋼拔除過程中破壞了測斜管，該工況下圍護體側向位移值缺失。由于基坑只在東西向有鋼管支撐，南北側防滲墻為懸臂結構，墻體在各個深度的水平位移表現出明顯的懸臂結構位移特性，即從墻底到墻頂的位移逐漸增大，監測末期東西側最大水平位移發生在管頂下0.5m處，位移量分別為31.97mm、33.44mm，盡管南北側防滲墻為懸臂結構，但其位移量較東側圍護要小，主要跟防滲墻處開挖深度較淺有關。詳見表3。

表3 各種工況下東西岸中部測點發生的最大累計水平位移量及相應深度

坑外土體深層水平位移測點CX11各深度的水平位移走勢與臨近圍護體深層水平位移測點CX3各深度的水平位移走勢有一定的相似性，但土體位移曲線在坑底以上呈“反S”形，主要由各土層土體剛度差異引起。土體內測斜管的有效深度較工法樁深4m，表明其底部是穩定的;測斜管測試時以管底為基準，即假定管底不動，由土體測斜成果推定樁內測斜管管底不穩定，存在水平位移，位移量在7mm左右，因此工法樁內實測圍護體深層水平位移偏小。各工況典型測點傾斜曲線見圖2。

圖2 典型測點各工況傾斜曲線

4.2 支撐軸力

鋼管支撐軸力測值變化大致可分為五個階段:?第一層土方開挖后，在坑外荷載作用下，工法樁開始向坑內位移，第一道鋼管支撐軸力逐漸增長;?第一層土方開挖完成后，第一道鋼管支撐軸力仍有一定增長，并達到峰值，主要因該階段基坑暴露產生了時間效應，圍護體仍有向坑內的位移;?第二道鋼管支撐施加預應力后，第一道鋼管支撐受力明顯減小，第二道鋼管支撐預應力部分消散后，第一道鋼管支撐受力又有一定增長;?第二層土方開挖后，第二道支撐軸力開始增長，相反第一道支撐軸力開始減小，第二道支撐軸力在底板混凝土澆筑前達到峰值;?底板混凝土澆筑后，第一、二道支撐軸力基本穩定，測值變化主要由環境溫度變化引起，第二道支撐拆除后，第一道支撐軸力又產生了一定增長，鋼管支撐軸力變化過程線見圖3、圖4。

圖3 第一道支撐軸力測值過程線

圖4 第二道支撐軸力測值過程線

第一道鋼管支撐各測點軸力最大出現在測點ZL2處，測值為-972 kN，第二道鋼管支撐各測點軸力最大出現在測點ZL7處，測值為-1116kN。兩道支撐軸力最大值均在警戒值范圍內，現場巡視亦未發現支撐扭曲、軸線偏差較大等現象。

實測數據表明兩道鋼管支撐軸力最大值均出現在非開挖工況，主要為基坑暴露引起的時間效應所致，在開挖工況嚴密監測的同時，應加強非開挖工況下的軸力監測及現場巡視。

［1］顧士坦，施建勇．深基坑SMW工法模擬試驗研究及工作機理分析［J］．巖土力學，2008，29(4):1121-1126．

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［5］盧辰．上海雪野路隧道井不規則基坑圍護設計與施工［J］．施工技術，2010，39(11): 54-56．

Application and analysis of SMW construction method in Shanghai Huacao pump brake foundation pit

GUO Shuhua
(Shanghai Survey Design Institute，Shanghai 200434，China)

In the paper，construction and monitoring process of adopting SMW construction method for retaining in Shanghai Huacao pump brake foundation is introduced．Retaining tilt，steel support axial force and other monitoring items are set aiming at the retaining characteristics．Monitoring results show that adopting rational construction process according to design plan can effectively inhibit retaining deformation，thereby controlling surrounding complicated building settlement，and accumulating corresponding parameters for soft soil foundation retaining design．

SMW construction method;steel pipe support;time effect;level resistance

TV551.4

A

1005-4774(2015)05-0002-05