淺析SMW工法樁在工程深基坑加固中的應(yīng)用

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350001)

淺析SMW工法樁在工程深基坑加固中的應(yīng)用

■饒凌勤

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350001)

S MW工法是以多軸型鉆掘攪拌機(jī)向一定深度進(jìn)行鉆掘，同時(shí)在鉆頭處噴出水泥強(qiáng)化劑與地基土反復(fù)混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未結(jié)硬前插入H型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材，至水泥結(jié)硬，形成一道具有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無(wú)接縫的地下墻體,具有止水、承擔(dān)水土側(cè)壓、承擔(dān)拉錨或逆作法施工中垂直荷載的功能。與其他型式圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，具有抗?jié)B性能好、環(huán)保節(jié)能、適用土層范圍廣、工期短、投資省等特點(diǎn)。本文以在建的廈門市集灌路提升改造工程F地下通道為例，淺析S MW工法樁特點(diǎn)及其在地下通道工程深基坑加固中的應(yīng)用。

S MW工法樁深基坑加固應(yīng)用

1 引言

目前我國(guó)地下基坑工程采用較多的支護(hù)結(jié)構(gòu)有：鋼板樁、柱列式灌注樁、地下連續(xù)墻等，鋼板樁一般用于開(kāi)挖較淺溝槽或基坑，施工方便、工期短，耐久性好且可回收利用，但開(kāi)挖后變形較大，打拔樁時(shí)對(duì)周圍環(huán)境影響大，防水性能差；柱列式灌注樁，它既可以作臨時(shí)護(hù)壁又可與內(nèi)襯鋼筋混凝土構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)，具有較好經(jīng)濟(jì)效益，但整體剛度差，需借助深層攪拌樁防護(hù)墻體滲漏；地下連續(xù)墻整體剛度大，止水性好，可兼做主體結(jié)構(gòu)，適于軟弱地層的中等深度基坑，但成槽工藝復(fù)雜，造價(jià)高。本文介紹的SMW工法樁是目前較新使用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，該工藝?yán)糜邢薜目臻g，向深基坑周邊土體鉆注水泥漿，形成水泥土柱墻，同時(shí)插入型鋼，待主體工程完成后拉拔型鋼注漿回填。雖引進(jìn)較晚，但憑自身優(yōu)勢(shì)被大范圍推廣使用。SMW工法樁即在水泥土樁中插入可循環(huán)利用的型鋼、鋼筋等勁性材料,不但可以有效減小墻體厚度，提高墻體抗彎和抗剪能力，還能增強(qiáng)其連續(xù)性，抗?jié)B好，環(huán)保節(jié)能，且造價(jià)具有較大優(yōu)勢(shì)。

2 工程概況

該例地下通道建設(shè)規(guī)模為單向2車道，寬度11m。地下通道FK0+174～FK0+369全長(zhǎng)195 m，其中進(jìn)口段U型槽75m，框架段80 m，出口段U型槽40 m，平均開(kāi)挖深度為5.2 m，泵房處7.8m。通道基坑底部最低標(biāo)高-2.35m，泵房-4.95m，穩(wěn)定地下水位0.98～1.36m，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該場(chǎng)地干旱季節(jié)潛水位可能下降1.0m左右，強(qiáng)降雨的豐雨季節(jié)，潛水位最大可能上升幅度為1.0～2.0m，地表水豐富。土層分布為原地面線以下標(biāo)高3.1～-1.0m素填土、-1.0～-1.2m淤泥、-1.2～-5.2m粉質(zhì)粘土、-5.2～-10.3m為殘積砂質(zhì)粘性土軟土，土層分布不均勻。周邊為現(xiàn)有匝道橋及綠化帶，基坑施工時(shí)無(wú)法進(jìn)行放坡開(kāi)挖基坑，側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)。經(jīng)過(guò)施工場(chǎng)地、水文地質(zhì)、綜合比對(duì)，最終選定采用SMW工法樁進(jìn)行基坑支護(hù)，樁徑取Φ650，三軸攪拌，通道樁長(zhǎng)7.5～9.5m,泵房處11～12m,H400×400×13×21型鋼8～10m，泵房處型鋼12～13m，間距隔一插一。

為確定最佳施工參數(shù)，如水泥摻入量、攪拌下沉速度、提升速度、噴漿壓力、噴漿流量、漿液水灰比等，該通道在FK0+230～FK0+240處10m范圍內(nèi)進(jìn)行試樁試驗(yàn)，樁長(zhǎng)8.3m。

試樁施工過(guò)程中FK0+233、FK0+239兩處由于土層分布差別較大，施工時(shí)未注意區(qū)別對(duì)待不同的土層，泥漿夜的配合比不當(dāng)，在淤泥層漿液濃度過(guò)小，導(dǎo)致H型鋼發(fā)生傾斜、位移，垂直度差，現(xiàn)場(chǎng)采用調(diào)整將水泥摻量形式降低水灰比，提吊型鋼，重新插放；在較深處粘土層局部漿液濃度過(guò)大，H型鋼不能完全靠自重完全下插到位時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采用挖掘機(jī)進(jìn)行送壓，高度較高處采用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉使型鋼插到設(shè)計(jì)標(biāo)高。局部無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)要求的，則在外側(cè)加一幅水泥土攪拌樁，加插型鋼作強(qiáng)度補(bǔ)償。

試樁段開(kāi)挖后出現(xiàn)1處冷縫、2處漏點(diǎn)、1處斷樁。經(jīng)分析，冷縫非通縫，主因鄰樁在施工過(guò)程中局部搭接不到位。采取在圍護(hù)樁外側(cè)補(bǔ)攪素樁形式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，素樁與圍護(hù)樁搭接厚度約2Ocm左右。2漏點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，主因?yàn)樗嗤翑嚢璨痪鶆颍植刻崴俪^(guò)2.0m/min，現(xiàn)場(chǎng)采用插引流管和雙液漿封堵。根據(jù)滲點(diǎn)大小確定引流管直徑，在引流管周圍用速凝防水水泥砂漿封堵，待水泥砂漿到達(dá)強(qiáng)度后，再將引流管打結(jié)；也可將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入墻體中，兩種溶液迅速反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，前種方式方法簡(jiǎn)單，但處理時(shí)間長(zhǎng)，后者時(shí)間短，工藝較繁瑣。2處漏點(diǎn)選擇后者處理方式，效果明顯。1處斷樁主因?yàn)殂@機(jī)在施工過(guò)程故障達(dá)6h，重新施工時(shí)鉆桿提升高度太小，不足50cm，固在該處斷裂。采用在開(kāi)挖內(nèi)側(cè)注漿，外側(cè)旋噴樁止水方式補(bǔ)強(qiáng)，并用t=12mm鋼板在斷樁處封閉，鋼板與工法型鋼滿焊。

經(jīng)試驗(yàn)，樁體強(qiáng)度滿足要求，確定施工參數(shù)注漿壓力：0.4～0.6MPa；注漿流量：28～32L／min；注漿量：0.375m3／延米；水泥摻量20%；水灰比1.65。下沉速度0.7m/min，提升速度1.6m/min。

3 SMW工法樁重點(diǎn)工藝控制

SMW工法樁施工流程圖如圖1所示。

圖1 SMW工法樁施工流程圖

(1)樁位控制

施工前測(cè)定樁位控制點(diǎn)，埋石標(biāo)記，用鋼尺和測(cè)線實(shí)地布設(shè)樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽，保證樁孔位中心移位偏差小于10mm。根據(jù)基坑圍護(hù)內(nèi)邊控制線開(kāi)挖導(dǎo)向溝，并在溝槽邊設(shè)置攪拌樁定位型鋼，標(biāo)出攪拌樁位置和型鋼插入位置。注意在溝槽兩側(cè)增設(shè)定位輔助線，按設(shè)計(jì)要求在定位輔助線上標(biāo)出鉆孔位置，并設(shè)置護(hù)樁，多角度定位樁位，避免偏位。

(2)成樁工藝控制

①三軸攪拌樁一般采用跳槽式雙孔全套復(fù)攪式(見(jiàn)圖2)施工，但在特殊情況下(例如攪拌樁成轉(zhuǎn)角施工或施工間斷)也可采用單側(cè)擠壓式(見(jiàn)圖3)施工，三軸攪拌樁的搭接以及成形攪拌樁的垂直度補(bǔ)正均依靠攪拌樁單孔重復(fù)套鉆來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以確保攪拌樁的隔水帷幕作用。該例通道泵房位置處于通道中段，該側(cè)四處拐角均單側(cè)擠壓成孔，為防止拐角處因長(zhǎng)短樁滲水，增長(zhǎng)拐角1m范圍內(nèi)短樁，長(zhǎng)度同長(zhǎng)樁，開(kāi)挖后觀察防滲效果佳。

圖2 雙孔全套復(fù)攪式

圖3 單側(cè)擠壓式

②鉆掘攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，上提約10cm，再開(kāi)啟灰漿泵，邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn)攪拌鉆頭，攪拌機(jī)噴漿提升至設(shè)計(jì)頂面標(biāo)高后，再次將邊攪拌噴漿邊下沉，至設(shè)計(jì)深度后，再提升至地面?！岸螄姖{四次攪拌”二次噴漿后保證水泥摻入量滿足20%要求，同時(shí)施工中注意控制下沉及提升速度，控制在下沉速度不大于1.0m/min，提升速度不大于2.0m/min。對(duì)于有偏斜的樁位，應(yīng)在其后面加樁。

圖4

攪拌樁長(zhǎng)度超過(guò)13m的易發(fā)生埋鉆事故，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)和注漿泵型號(hào)，做到動(dòng)力足夠、注漿壓力高、動(dòng)力頭分級(jí)啟動(dòng)，必要時(shí)調(diào)整空壓機(jī)型號(hào)、鉆桿螺旋片形式及鉆頭型號(hào)，在不影響樁體強(qiáng)度的前提下，快插慢拔，并適當(dāng)摻入占水泥用量2%～5%的優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，有效增加水泥土的粘結(jié)性。

(3)水泥漿控制

水泥可采用普通硅酸鹽水泥。水泥漿液的水灰比宜控制在1.5,水灰比根據(jù)地層調(diào)整，該通道主要以素填土、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土軟土為主，樁體水泥參量宜控制在20%左右。施工過(guò)程中注意將水泥漿液中加1.0%以內(nèi)的高效減水劑，增加漿液流動(dòng)性，減少水泥漿液在注漿過(guò)程中的堵塞現(xiàn)象。同時(shí)摻入1%的膨潤(rùn)土，利用其保水性提高水泥土的變形能力，減少墻體開(kāi)裂，提高墻體的抗?jié)B性能效果佳。

(4)型鋼的加工、安裝與起拔

型鋼焊接前須平整、固結(jié)加工基座，使用氧焊破口焊接，對(duì)接后清除H型鋼表面的污垢和鐵銹，擦去型鋼表面積水，涂敷減磨隔離劑2遍以上，厚度控制在2mm左右。H型鋼就位后，型鋼插入時(shí)應(yīng)注意控制垂直度,型鋼插到設(shè)計(jì)規(guī)定深度后讓H型鋼脫離吊鉤，固定在兩側(cè)的定位型鋼上直至孔內(nèi)的水泥土凝固。插入時(shí)，不得頻繁上下抽動(dòng)，避免隔減磨離劑被磨掉。

施工中應(yīng)注意，制作冠梁前，攪拌樁頂冠梁包裹部位的型鋼應(yīng)用牛皮紙封裹隔離，減少拔樁阻力；待冠梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度且地下主體結(jié)構(gòu)施工完成后，采用專用夾具及千斤頂以冠梁為支撐，依據(jù)鋼抗拔驗(yàn)算與拉拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)加載機(jī)械動(dòng)力起拔回收H型鋼。抽取后采用水泥漿液注漿。

4 監(jiān)測(cè)情況分析

在該通道施工過(guò)程中，為保證施工安全，采用樁頂沉降、樁體變形、地表監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)等多種手段結(jié)合的量測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，均滿足要求，證明該支護(hù)系統(tǒng)的安全性、合理性。

(1)樁頂沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)滿足≤30.0mm要求。

監(jiān)測(cè)斷面ZDZ-1～ZDZ-9累計(jì)最大沉降mm 3.3發(fā)生位置ZDZ-2

(2)樁體變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在鋼支撐架設(shè)后，隨著基坑開(kāi)挖完成，樁體變形逐漸趨于穩(wěn)定，基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。

編號(hào)JGCX-1 JGCX-2 JGCX-3 JGCX-4 JGCX-5 JGCX-6累計(jì)最大變形mm 9.03 10.87 10.63 14.85 8.27 4.43發(fā)生位置樁頂樁頂樁頂樁頂樁頂樁頂

(3)基坑周圍地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在底板封閉完成后，基坑周邊土體新的力學(xué)平衡已形成，地表即處于穩(wěn)定狀態(tài)。

監(jiān)測(cè)斷面DB-1～DB-12累計(jì)最大沉降(mm)0.27發(fā)生位置DB-2

(4)基坑周邊地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果說(shuō)明地下水位的變化主要受降雨的影響，也說(shuō)明基坑施工對(duì)地下水位的影響較小，基坑SMW工法樁止水效果明顯。

監(jiān)測(cè)斷面SW-1累計(jì)最大水位變化(mm)573發(fā)生位置SW-1

5 結(jié)論

為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),城市基礎(chǔ)建設(shè)正全面推廣節(jié)能工藝，實(shí)現(xiàn)材料循環(huán)使用，提高資源利用率，傳統(tǒng)支護(hù)型式正在與節(jié)能型、環(huán)保型、經(jīng)濟(jì)型新型支護(hù)型式重組，取長(zhǎng)補(bǔ)短。SMW工法樁不僅結(jié)合鋼板樁、水泥攪拌樁、地下連續(xù)墻優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能環(huán)保方面仍有較大創(chuàng)新，較傳統(tǒng)支護(hù)型式優(yōu)勢(shì)明顯：不僅造價(jià)低，如SMW工法樁隔一插一(Φ850mm)造價(jià)指標(biāo)約為900元/m3，較20m柱列式灌注樁(Φ1100mm，33mm)1550元/m3，地下連續(xù)墻(800mm)1700元/m3成本縮減幅度大；而且施工噪聲小，對(duì)環(huán)境影響小，節(jié)能環(huán)保，止水效果好，強(qiáng)度高。SMW工法樁可在今后類似市政和公路工程中推廣使用。

[1]GB50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB50300-2001,建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].