復(fù)雜周邊環(huán)境下深基坑支護(hù)SMW工法的應(yīng)用

金 蕓 蕓

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200040)

復(fù)雜周邊環(huán)境下深基坑支護(hù)SMW工法的應(yīng)用

金 蕓 蕓

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200040)

針對(duì)某工程復(fù)雜的周邊環(huán)境及地質(zhì)條件，提出采用SMW工法進(jìn)行基坑支護(hù)的形式，并介紹了圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，闡述了基坑施工的要點(diǎn)，通過(guò)對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，表明施工過(guò)程中均滿足變形控制要求，可供相關(guān)工程參考。

SMW工法，深基坑，環(huán)境保護(hù)，變形

SMW(Soil Mixing Wall)工法是指在套打一孔的三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼補(bǔ)強(qiáng)材料，固化后形成具有受力與抗?jié)B兩種功能的復(fù)合圍護(hù)墻體，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)完成并回填完畢后，型鋼可回收后重復(fù)使用，既經(jīng)濟(jì)節(jié)能，又不留下地下障礙物，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但相比灌注樁、地下連續(xù)墻等傳統(tǒng)支護(hù)形式，其受力性能稍差些，因此在周邊環(huán)境保護(hù)要求較高、開(kāi)挖深度較大的深基坑工程中應(yīng)用尚不廣泛。近年來(lái)，國(guó)家不斷提倡綠色建筑和節(jié)能環(huán)保，SMW工法的使用逐漸增多，推廣應(yīng)用該工藝也更有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

本工程位于上海市浦東新區(qū)，基坑?xùn)|側(cè)為中汾涇河道，圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約4.4 m；南側(cè)為成山路，路下有弱電、上水和燃?xì)獾仁姓芫€，另有在建地鐵13號(hào)線，圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約5.6 m；西側(cè)為楊高南路，圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約7.4 m；北側(cè)為4幢6層居民樓，其為1993年建造的磚混結(jié)構(gòu)住宅，基礎(chǔ)形式為混凝土條形基礎(chǔ)，圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約12 m。周邊環(huán)境條件比較復(fù)雜，周邊市政道路及地下管線、淺基礎(chǔ)居民樓、河道駁岸等均為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。

本工程上部建筑為1幢14層辦公樓及3層商業(yè)裙房，下設(shè)2層地下室。結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，工程樁為鉆孔灌注樁。基坑開(kāi)挖面積約10 100 m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)總延長(zhǎng)米約418 m，開(kāi)挖深度約7.5 m。基坑的安全等級(jí)及環(huán)境保護(hù)等級(jí)均為二級(jí)。綜合考慮基坑規(guī)模、環(huán)境條件、工期要求等因素，本次基坑支護(hù)形式采用SMW工法結(jié)合一道鋼筋混凝土水平支撐。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地內(nèi)的第③，④層均為淤泥質(zhì)粘土軟弱土層，屬于飽和、流塑狀態(tài)。為基坑主要影響土層，這兩層土抗剪強(qiáng)度低，靈敏度偏高，具有觸變性和流變性特點(diǎn)，是上海地區(qū)最為軟弱的兩個(gè)土層，同時(shí)也容易導(dǎo)致基坑圍護(hù)體變形。基坑開(kāi)挖涉及范圍內(nèi)的土層概況詳見(jiàn)表1。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

1.3 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案確定時(shí)應(yīng)遵循以下原則：1)安全可靠；2)施工可行；3)技術(shù)先進(jìn)；4)經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)以上原則，本工程結(jié)合了主體結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地特點(diǎn)，在保證安全的前提下，重點(diǎn)突出快(縮短工期)、省(節(jié)約造價(jià))、易(方便施工)，采用板式圍護(hù)體系和一道內(nèi)支撐的圍護(hù)體系。本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的SMW工法樁為φ850@600三軸水泥土攪拌樁，內(nèi)插H700×300×13×24型鋼，采用插一跳一的形式，集水井等落深坑處采用插二跳一，插入比為1∶1.25。基坑支護(hù)平面布置見(jiàn)圖1。

1.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算

SMW工法樁圍護(hù)墻采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁結(jié)構(gòu)計(jì)算，并根據(jù)瑞典條分法、朗肯主動(dòng)土壓力等理論對(duì)其剖面進(jìn)行整體穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆等穩(wěn)定性驗(yàn)算，以保證圍護(hù)體的安全。土的c,φ值均采用勘察報(bào)告提供的直剪固快峰值指標(biāo)，基坑外水、土壓力分算，地下水位埋深為0.5 m，基坑周邊地面超載取為q=20 kPa或按周邊建筑物實(shí)際荷載考慮。經(jīng)計(jì)算，圍護(hù)體各穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求，墻體最大位移為27.4 mm，墻體最大彎矩為741.5 kN·m/m，墻體最大剪力為201.1 kN/m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移包絡(luò)圖如圖2所示。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果判斷，本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇，能滿足二級(jí)基坑的變形控制要求(墻體最大位移小于37.5 mm)。

2 施工要點(diǎn)

本工程基坑面積較大，開(kāi)挖深度深，且開(kāi)挖面為淤泥質(zhì)土，施工質(zhì)量的控制是SMW工法圍護(hù)變形的重點(diǎn)，本項(xiàng)目基坑圍護(hù)施工的要點(diǎn)如下：

1)三軸攪拌樁施工。采用連續(xù)套接一孔施工，搭接形式為全斷面套打。為保證水泥土攪拌均勻，必須控制好鉆具下沉及提升的速度，攪拌下沉速度宜為0.5 m/min～1 m/min，提升速度宜為1 m/min～1.5 m/min，并保持勻速，臨近保護(hù)對(duì)象時(shí)，攪拌下沉速度宜控制在0.5 m/min～0.8 m/min范圍內(nèi)，提升速度宜小于1 m/min。攪拌提升時(shí)不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓造成周邊地基沉降。

2)型鋼的插入和焊接。H型鋼穿過(guò)圈梁，定位誤差應(yīng)不大于±30 mm，垂直度不宜大于1/200。型鋼必須在攪拌樁施工完畢后3 h內(nèi)插入，插入前涂抹減摩材料，并有可靠措施保證型鋼的插入深度。為確保型鋼受力合理，要求單根型鋼中的焊接接頭不宜超過(guò)2個(gè)，且相鄰型鋼的焊接接頭在豎向位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)大于1 m的距離。

3)內(nèi)支撐系統(tǒng)施工。鑿除型鋼周圍的水泥土，保證型鋼露出500 mm，制作1 250 mm×800 mm的鋼筋混凝土圍檁。圍檁在施工過(guò)程中禁止超挖，同時(shí)施工要分段完成，做到挖一段澆一段，靠近房屋及管線區(qū)域最好控制在10 m～20 m內(nèi)。混凝土澆筑前，需在H型鋼的接觸處采用10 mm厚的泡沫板作隔離保護(hù)，以減少混凝土對(duì)H型鋼拔除的影響。

4)H型鋼的回收。根據(jù)本工程實(shí)際情況，地下室完工且外側(cè)土方回填后進(jìn)行圍護(hù)H型鋼拔除。型鋼拔除時(shí)，為減小對(duì)周邊建筑造成影響，拔型鋼按拔一跳二的形式拔除，逐步釋放土體應(yīng)力，且型鋼拔除后立即跟進(jìn)型鋼空隙的注漿施工，應(yīng)避開(kāi)交叉作業(yè)規(guī)劃區(qū)域。

5)土方開(kāi)挖。基坑開(kāi)挖前應(yīng)采用真空管井對(duì)基坑內(nèi)土體進(jìn)行分層預(yù)降水疏干，以加固坑內(nèi)土體。挖土應(yīng)遵循先撐后挖的原則分層、分塊開(kāi)挖。基坑內(nèi)所有的深坑部位土體的開(kāi)挖需在大面積墊層完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后方可進(jìn)行。開(kāi)挖過(guò)程中，墊層隨挖隨澆，及墊層必須在見(jiàn)底后24 h內(nèi)澆筑完成，且無(wú)墊層暴露面積不宜大于200 m2，以減小土體蠕變引起的變形，施工時(shí)需確保墊層的平整度、厚度。

3 監(jiān)測(cè)分析

本基坑開(kāi)挖面積及開(kāi)挖深度較大，周邊環(huán)境復(fù)雜，保護(hù)要求相對(duì)較高，為有效防范基坑工程施工對(duì)工程周邊環(huán)境及基坑圍護(hù)本身的危害，需采用有效的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)基坑圍護(hù)體系和周圍環(huán)境的變形情況進(jìn)行監(jiān)控，確保基坑及周邊環(huán)境的安全。基坑施工期間的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各測(cè)斜點(diǎn)的累計(jì)最大水平位移為33.8 mm～38.3 mm，均在監(jiān)測(cè)報(bào)警值范圍以內(nèi)。圖3是選取的3號(hào)、6號(hào)測(cè)斜點(diǎn)所測(cè)土體位移隨深度的變化情況，實(shí)測(cè)位移曲線和理論計(jì)算位移曲線基本吻合。3號(hào)孔位于基坑北側(cè)靠近居民樓區(qū);6號(hào)孔位于基坑南側(cè)靠近成山路。支撐軸力有2個(gè)測(cè)點(diǎn)軸力為8 370 kN,7 347 kN，略超警戒值，但未超過(guò)支撐軸力設(shè)計(jì)值，現(xiàn)場(chǎng)未觀測(cè)到裂縫等混凝土屈服破壞現(xiàn)象。中汾涇河道、周邊房屋及工地圍墻的位移均未超過(guò)報(bào)警值。南側(cè)成山路上水管線局部觀測(cè)點(diǎn)最終沉降超過(guò)報(bào)警限值，但整體呈下降趨勢(shì)，屬均勻沉降，故在安全范圍內(nèi)，未出現(xiàn)相關(guān)險(xiǎn)情。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可看出本圍護(hù)體系的設(shè)計(jì)與施工結(jié)合是成功的，圍護(hù)體系是安全可靠的。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在復(fù)雜周邊環(huán)境下本基坑圍護(hù)采用了SMW工法樁加一道混凝土水平支撐的圍護(hù)體系，該圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力明確，支撐系統(tǒng)簡(jiǎn)單。本工程在開(kāi)挖后支護(hù)體系無(wú)明顯偏斜、漏水現(xiàn)象發(fā)生，支護(hù)效果良好，較好的滿足了設(shè)計(jì)要求，且型鋼全部回收。同時(shí)坑外地表沉降較小，確保了基坑周邊建筑物和管線的安全，說(shuō)明SMW工法在本工程中的應(yīng)用是成功的，可為以后此類基坑設(shè)計(jì)提供一個(gè)合理的安全度的把握。

2)與鉆孔灌注樁比較，SMW工法樁構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工速度更快，無(wú)大量廢棄泥漿產(chǎn)生，止水效果良好，基坑回填后，能將H型鋼拔出回收，成本大幅降低。SMW工法樁的適應(yīng)性較強(qiáng)，從本工程看，其不僅可在粉土、砂性土、粘土等土層中應(yīng)用，在淤泥質(zhì)土中效果也較好。雖然SMW工法對(duì)施工質(zhì)量要求較高，但該工藝在技術(shù)經(jīng)濟(jì)和施工速度上的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，同時(shí)H型鋼的回收再利用滿足節(jié)約環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的政策，因此SMW工法具有良好的應(yīng)用前景。

[1] DG/T J08—61—2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ/T 199—2010，型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009:469-474.

[4] 梅英寶,范慶國(guó),胡玉銀.SMW工法在軟土地區(qū)的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2006(7):33-35.

On application of SMW construction method of deep foundation pit support under complicated surrounding environment

Jin Yunyun

(ShanghaiShenyuanGeotechncialEngineeringCo.,Ltd,Shanghai200040,China)

According to the complicated surrounding environment and geological conditions of some project, the paper points out the forms for the foundation pit support by adopting SMW construction method, introduces the enclosure design scheme, illustrates the points for the foundation pit construction, supervises the foundation pit projects, and proves it meets the demands of the deformation control in the construction process, so as to provide related engineering reference.

SMW construction method, deep foundation pit, environmental protection, deformation

2014-11-29

金蕓蕓(1987- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)04-0063-02

TU463

A