“SMW工法”在北京地區(qū)基坑支護(hù)中的應(yīng)用

蔡 坤

（中鐵華鐵工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100071）

隨著北京城市化進(jìn)程日益加快，土地資源越來越稀少，導(dǎo)致很多新建建筑周邊地下管線、已有建筑等受限因素太多。目前北京地區(qū)常用的基坑支護(hù)方案以支護(hù)樁+止水帷幕為主，由于種種原因極少采用“SMW工法”，本論文結(jié)合工程實(shí)例探討“SMW工法”在北京地區(qū)基坑支護(hù)中的應(yīng)用。

1 “SMW工法”施工工藝及設(shè)計(jì)計(jì)算

“SMW工法”通過三軸型鉆掘攪拌機(jī)將土體攪拌松散，達(dá)到預(yù)定深度后，邊提升鉆頭邊噴射水泥漿，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾?，在水泥土凝固前插入H型鋼，形成復(fù)合支護(hù)墻體；在各施工單元之間采用重疊搭接施工。既起到止水作用同時(shí)也可承擔(dān)支護(hù)作用。

1.1 止水及支護(hù)機(jī)理

（1） 鉆桿具有螺旋推進(jìn)翼與攪拌翼相間設(shè)置的特點(diǎn)，隨著鉆掘和攪拌反復(fù)進(jìn)行，可使水泥系強(qiáng)化劑與土得到充分?jǐn)嚢?，而且墻體全長無接縫，從而使它比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性。

（2） 在水泥土凝固前插入H型鋼，待凝固后使水泥土與H型鋼形成一體，具有一定剛性，可承擔(dān)支護(hù)作用。

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

①內(nèi)力和變形計(jì)算；②整體穩(wěn)定性驗(yàn)算；③抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算；④坑底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算；⑤抗?jié)B流穩(wěn)定性計(jì)算；⑥基坑外土體變形估算。

2 實(shí)例

2.1 工程概況

博士后科研創(chuàng)新孵化基地項(xiàng)目基坑工程分為一棟地上16層、地下2層建筑，一棟地上5層、地下2層建筑，2棟地上9層、地下2層建筑。基礎(chǔ)埋深8 m，基坑實(shí)際深度9.70～11.55 m，擬建場區(qū)北側(cè)、東側(cè)不具有放坡條件且存在既有電力、供暖、給水管線。

擬建場區(qū)按土的巖性及工程特性地層分為3大層，其中①層土為人工填土層，②～②1層土為新近沉積土層，③～⑦層土為一般第四紀(jì)沉積土層。各層土分布如下：

粉質(zhì)黏土填土①層，本層平均厚度0.6 m；粉質(zhì)黏土-黏質(zhì)粉土②層，本層平均厚度0.7 m；粉質(zhì)黏土③1層，本層平均厚度1.6 m；粉砂③2層，本層平均厚度1.83 m；細(xì)砂③層，本層平均厚度6.36 m；粉質(zhì)黏土④層，本層平均厚度3.16 m；粉質(zhì)黏土⑤1層，本層平均厚度3.1 m；細(xì)砂⑤層，本層平均厚度1.5 m；粉質(zhì)黏土⑥層，本層平均厚度10.1 m，細(xì)砂⑦層，本層平均厚度3.71 m。

擬建場區(qū)第四紀(jì)地層中的地下水，主要賦存在細(xì)砂③層中。地下水類型為潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深為4.0～6.0 m，水位標(biāo)高為18.29～19.82 m，隔水層為④層粉質(zhì)黏土層。

因基坑開挖深度為9.70～11.55 m，東側(cè)與已建一期建筑物基底標(biāo)高一致，其余側(cè)無建（構(gòu)）筑物，本基坑側(cè)壁安全等級按二級考慮。

2.2 “SMW工法”基坑支護(hù)方案

本工程基坑支護(hù)方案最先考慮采用上部放坡+下部支護(hù)樁+止水帷幕形式，由于現(xiàn)場不具備施工作業(yè)面，經(jīng)過反復(fù)研究論證結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況及綜合經(jīng)濟(jì)性，最終采用“SMW工法”+三道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式。

設(shè)計(jì)采用三軸水泥攪拌樁施工技術(shù)，樁徑650 mm，樁間距450 mm，樁長12.5 m，套接一孔法施工；攪拌樁水泥漿水灰比1.5～2.0，水泥采用強(qiáng)度等級P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，攪拌樁的水泥摻入量取土的天然質(zhì)量的20%；由于擬建場區(qū)土質(zhì)較均勻，土體各項(xiàng)指標(biāo)好，考慮水泥土與內(nèi)插型鋼共同受力，經(jīng)過計(jì)算及驗(yàn)算內(nèi)插型鋼采用涂有減摩劑的28b工字鋼，長12 m，“插一跳一”形式；三道預(yù)應(yīng)力錨索采用2根低松弛高強(qiáng)度1 860 MPa7Φ5鋼絞線，長度自上而下分別為24 m（自由段7 m），23 m（自由段6 m），20 m（自由段5 m）；鎖定值260 kN。

2.3 “SMW工法”+三道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式處理效果

采用“SMW工法”+三道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計(jì)后，通過彈性法及經(jīng)典法土壓力模型對各個(gè)工況的驗(yàn)算及整體驗(yàn)算，證實(shí)該支護(hù)體系安全（詳見式Ⅰ～Ⅵ）。

（1） 式Ⅰ型鋼抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，型鋼抗彎強(qiáng)度滿足。

（2） 式Ⅱ型鋼抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，型鋼抗剪強(qiáng)度滿足。

（3） 式Ⅲ型鋼與水泥土之間的錯(cuò)動(dòng)抗剪驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，型鋼錯(cuò)動(dòng)抗剪強(qiáng)度滿足。

（4） 式Ⅳ水泥土最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度滿足。

（5） 式Ⅴ抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)KQ = 1.598≥1.30，滿足規(guī)范要求。

（6） 式Ⅵ抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，抗滑安全系數(shù)Kh= 1.668≥1.20，滿足規(guī)范要求。

（7） 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算，支護(hù)體系整體穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。

2.4 小結(jié)

本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案在施工過程中經(jīng)歷雨季及冬季施工，均未出現(xiàn)任何漏水、周邊建筑物沉降超標(biāo)及支護(hù)體系不穩(wěn)定等情況，故“SMW工法”在北京軟土地區(qū)效果很好。待結(jié)構(gòu)回填后，利用千斤頂及吊車，將工字鋼從水泥土樁中拔出，可繼續(xù)使用，從而節(jié)省資源。

3 結(jié)語

目前“SMW工法”在沿海地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，具有以下優(yōu)勢：

（1） 占地面積小，對周圍建（構(gòu)）筑物影響小。與人工挖孔樁、鉆孔灌注樁等傳統(tǒng)支護(hù)形式相比，“SMW工法”是直接將水泥土與地層中的土與砂進(jìn)行混合，不需要挖除土，所以不存在臨近建（構(gòu)）筑物不均勻沉降，道路裂縫或地下設(shè)施破壞等危害；工字鋼插入水泥土樁中與樁體合二為一，共同承擔(dān)支護(hù)及止水作用，節(jié)省施工占地面積。

（2） 抗?jié)B性好?！癝MW工法”一般采用三軸鉆機(jī)，可以將土體攪拌得更加均勻，三個(gè)鉆頭中一根注入水泥漿的同時(shí)另一個(gè)注入高壓空氣，使得水泥漿與土體充分融合，提高混合體的密實(shí)性。

（3） 支護(hù)體系更可靠?！癝MW工法”在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)僅驗(yàn)算H型鋼的抗彎、抗剪強(qiáng)度和工字鋼的抗傾覆性，本施工方案結(jié)合施工現(xiàn)場土層性質(zhì)，將水泥土與工字鋼共同進(jìn)行受力計(jì)算，為防止開挖后豎向位移過大，樁間設(shè)置三道預(yù)應(yīng)力錨桿，增加了整體穩(wěn)定性。

在其他施工案例中，“SMW工法”也存在一些問題：

①基坑開挖后，開挖面不夠平整，影響美觀及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工；②結(jié)構(gòu)回填后，拔出工字鋼困難，未達(dá)到節(jié)省資源的目的；③局部樁位偏差較大，樁間咬合不夠，引起滲漏。

盡管“SMW工法” 目前在施工過程中還存在一些問題，但其工期短、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、對環(huán)境影響小等特點(diǎn)還是適合當(dāng)前城市化建設(shè)快，復(fù)雜施工條件下的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工，但需要在過程中把控水泥漿壓力參數(shù)，減摩劑厚度及樁位偏移量，以確保最終質(zhì)量。