地下連續(xù)墻和SMW 工法樁接頭部位滲水問題的思考及建議

徐建成

（蘇州交通工程集團有限公司 江蘇蘇州 215000）

基坑支護和基坑降水是基坑開挖工程中遇到的常規(guī)問題，在“既擋土又止水”的要求下，地下連續(xù)墻和SMW 工法樁是大家容易想到的兩種結構，他們結合內(nèi)支撐（混凝土或者鋼管）均能滿足一般的基坑支護使用，雖然兩種的支護結構剛度相差較大。

一般，二者使用的基坑深度不一致。在蘇州地區(qū)，地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐一般用于深度大于15m 以上的基坑，SMW 工法樁加內(nèi)支撐一般用于深度不大于15m 以上的基坑。在公路、城市道路的U 形槽段從最深爬坡之地面，基坑的深度往往從大于15m 以上，逐漸減小為零，這樣往往地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐、SMW 工法樁加內(nèi)支撐兩種形式接頭使用。本文的案例工程就是結合某道路工程，討論兩種支護形式約為剛度差異造成的基坑變形差異，為避免差異變形造成的漏水事故，而采取的支護剛度協(xié)調(diào)和其他工程措施的設計思路和處理措施。

1 支護形式的介紹

1.1 地下連續(xù)墻內(nèi)支撐

地下連續(xù)墻內(nèi)支撐是一種將地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐聯(lián)合擋土止水的支擋結構。其中地下連續(xù)墻是“分槽段用專用機械成槽、澆筑混鋼筋凝土所形成的地下連續(xù)墻體”[1]。而內(nèi)支撐是設置在基坑內(nèi)的由鋼筋混凝土或者鋼構件組成的用以支撐擋土構件的結構部件，根據(jù)采用的是鋼筋混凝土或者鋼材，分別稱為混凝土內(nèi)支撐和鋼內(nèi)支撐[1]。

地下連續(xù)墻的特點是墻體剛度大，整體性好，支護結構及地基變形均小；支護工程對周邊環(huán)境影響小，特別是周邊建筑物和地下管線擾動小；支護結構的深度較大，可以用于超深的圍護結構[2]。

1.2 SMW 工法樁內(nèi)支撐

SMW 工法樁內(nèi)支撐是一種將SMW 工法樁和內(nèi)支撐聯(lián)合擋土止水的支擋結構。其中SMW 工法樁是以多軸型鉆掘攪拌機在現(xiàn)場向一定深度進行鉆掘，同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑而與地基土反復混合攪拌，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硬前插入H 型鋼或鋼板作為其應力。

SMW 工法樁的特點是施工不擾動鄰近土體，不會產(chǎn)生鄰近地面沉降、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害；型鋼插入深度一般小于攪拌樁深度，可以部分回收重復利用；支護結構的深度比較深，可以用于一般深基坑的圍護結構。

1.3 支護結構的剛度

對多支點的支撐式的支擋結構，結構本身的剛度受配筋、長度、嵌固深度等因素的影響，造成其抵抗土體壓力、控制變形的能力不一致。

SMW 工法樁的內(nèi)力計算模式，，在型鋼寬度為w，靜距為t 時，則有每根型鋼的等價寬度w+t，在不考慮高度提高系數(shù)α 時，按照剛度相等原則：

式中：Es、Is-型鋼的彈性模量與慣性矩；Ec-混凝土彈性模量。

地下連續(xù)墻的的各個計算單元的剛度，與各個結點處的地基水平方向彈簧系數(shù)、水平剛度之間的剛度關系：

式中：Gw-一個計算單元的地連墻的剛度；Ew-墻體的彈性模量；I-墻體的慣性矩；λ-相鄰兩個結點的距離，及一個結算單元距離。

1.4 支護結構的地面變形

對支護墻體后面地面的沉降和位移變形，很多學者進行過認真細致的研究，但是由于其為雙向（水平向位移和豎直向沉降）的綜合變形，受地質(zhì)、支護形式、基坑超載樣式、超載大小等條件的影響，大家研究出來的結論是多種多樣。本文研究所采用的是行業(yè)規(guī)范建議采用的拋物線法計算的變形曲線，分別對SMW 工法樁和地連墻進行比較。

對地面的變形計算，常見的方法是拋物線法，計算公式：各個地面點的沉降：

圖1 拋物線法計算地面沉降計算

式中各個符號含義詳見規(guī)范2。

1.5 常見控制止水支護結構滲水的工程措施

在常見的支護工程中，地下連續(xù)墻和SMW 工法樁既能起到安全的支護作用，又能很好的進行地下水的止水，所以二者被廣泛的使用。但是如果這兩種支護結構在止水效果方面出現(xiàn)效果差、失敗時，往往采用注漿、旋噴樁等方法進行堵漏補強，利用水泥漿截斷滲水通道，進而達到止水的目的。

2 案例工程介紹和分析

某市政道路工程，屬于軟土地區(qū)的地下隧道與地面道路兩種形式的結合形式，路基在從隧道段到地面段是逐步抬升，形成工程上的U 型槽段。在U 型槽段的基坑支護開挖時，支護形式采用的為地下連續(xù)墻內(nèi)支撐和SMW 工法樁內(nèi)支撐。

2.1 案例工程地質(zhì)情況介紹

根據(jù)本工程勘察報告，本段落基坑開挖范圍內(nèi)主要有6 大層土（第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）①填土；第四系全新統(tǒng)湖泊沼澤沉積層（Q4l+h）②黏土、②1粉質(zhì)黏土、③粉砂、③1粉土、④粉質(zhì)黏土；第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）⑤黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥黏土、⑥1粉土、⑥2粉質(zhì)黏土等），主要土層的工程特性如表1 所示。

表1 支護深度范圍內(nèi)的主要地層極其性質(zhì)

本段落基坑施工影響較大的地下水為孔隙潛水和微承壓水。孔隙潛水主要賦存于淺部填土層中，勘察期間測得潛水穩(wěn)定水位高程為0.65～2.08m；微承壓水主要賦存于③粉砂及③1粉土中，勘察期間測得微承壓水的測壓水位高程為1.18～1.50m，水頭高約5～10m。

2.2 案例工程支護設計介紹

K1+080～K1+110 段圍護形式為φ850@600SMW 工法樁，采用1 道鋼筋混凝土支撐+2 道鋼支撐，頂圈梁尺寸為1000×1100mm，1 道鋼筋混凝土支撐的軸力設計值為724.99kN；第1 道鋼支撐的軸力設計值為1099.27kN，預加力為660kN；第2 道鋼支撐的軸力設計值為1717.61kN，預加力為970kN。

K1+110～K1+180 段圍護形式為地下連續(xù)墻，采用1 道鋼筋混凝土支撐+2 道鋼支撐，地連墻圍護形式為800mm 地下連續(xù)墻，頂圈梁尺寸為1000×800mm。1 道鋼筋混凝土支撐的軸力設計值為747.83kN；第1 道鋼支撐的軸力設計值為1122.30kN，預加力為680kN；第2 道鋼支撐的軸力設計值為1669.17kN，預加力為1000kN。

兩種支護形式在里程K1+110 位置過渡轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時的接頭采用高壓旋噴樁進行端頭堵漏，防止地連墻與工法樁的兩段因為施工質(zhì)量問題形成漏水。設計高壓旋噴樁3 根，最近均為800mm，形成有效的封堵墻體。

2.3 案例工程支護后形成的問題

本文重點討論的即為兩種不同支護剛度的支護形式在接點處里程K1+110 位置的變形問題。由于工法樁和地連墻兩種體系存在剛度差異，進而造成開挖后地面、支護結構的變形不一致，引起了接頭處的位移差，使連接處的止水效果不佳造成滲水。主要原因有3 個方面：

（1）支護的擋土結構一側(cè)是SMW 工法樁，一側(cè)是地下連續(xù)墻，兩者構造的不同造成抵抗土壓力的能力相差較大，墻身和樁身的非嵌固端在主動土壓力的作用下的向坑內(nèi)的變形特點、曲線不一致，造成在同一深度處兩者的向坑內(nèi)側(cè)的位移有差值；

（2）在內(nèi)支撐的作用下，地下連續(xù)墻和工法樁的坑上地面土體的變形，地面的土體的坑內(nèi)方向位移和沉降大小均不相同，存在一定的差值；

（3）在兩種支護形式的連接處設計高壓旋噴樁，目的是將兩種支護形式變形差形成的縫隙進行有效的填充堵漏，防止開挖時的漏水，但是由于高壓旋噴形成的樁體屬于“剛性”樁，同時又是在基坑開挖前進行的成樁施工，這樣，在基坑開挖過程中，支護結構的逐步變形形成的漏水裂隙額，這些高壓旋噴樁不能發(fā)揮此時的堵漏作用。

3 支護剛度帶來的工程問題的思考

3.1 案例工程支護結構剛度計算對比

依照上述介紹的兩種支護結構的支護剛度的計算公式，對SMW 工法、地連墻的設計采用系統(tǒng)的地質(zhì)參數(shù)進行計算，比較基坑開挖相同外界條件下的支護本身的向基坑內(nèi)側(cè)的變形數(shù)據(jù)，進行對比分析，如圖2所示。

圖2 SMW 工法樁及地連墻墻身位移

通過上述的計算模擬圖，可以發(fā)現(xiàn)工法樁墻身的變形曲線對比，兩者的曲線特征不一。地面以下，SMW 工法樁的水平向位移最大約為30mm，大概在基坑開挖的坑底。地連墻的水平位移最大值約為20mm，約為基坑開挖深度的2/3 處。

3.2 案例工程支護結構變形計算對比

按照設計參數(shù)、軸力以及模擬的現(xiàn)場施工工況，本工程中兩種支護結構在一種地質(zhì)條件下，墻后地面沉降變形的曲線如圖3、圖4 所示。

圖3 SMW 工法樁墻后沉降位移

圖4 地下連續(xù)墻墻后沉降位移

統(tǒng)一參照拋物線法的模擬計算結果，在不考慮不可見的坑外超載等影響因素下，SMW 工法樁比地下連續(xù)墻的墻后最大位移相差約為12mm。

3.3 支護結構剛度差異帶來的工程問題

從上面兩種支護形式的理論計算的樁身變形、結構后地面沉降變形的計算對比來看，發(fā)現(xiàn)兩者的變形特征、變形值等均存在一定的差異。這個變形差異造成兩個結構的接頭處出現(xiàn)裂縫，進而造成工程問題：

（1）沿著支護結構，自地面至基坑底，兩支護結構的結構項坑內(nèi)變形的計算變形不一致，最大的計算差值為10mm。該變形差值引起該處的土體形成裂縫，足以形成連續(xù)的過水通道，進而造成墻體后的地下水進入坑內(nèi)造成漏水；

（2）支護結構后側(cè)土體的沉降也是不一致的，用拋物線模擬計算，在沉降的最大點，兩種支護結構的最大的計算差值為12mm。在SMW 工法樁一側(cè)，多沉降的12mm 土體將在兩種結構的連接段形成滲水通道，直接將墻后的地下水流入坑內(nèi)；

（3）工況的影響。工程施工中的工序和施工組織，也可能導致甚至加劇上述滲水通道的形成，增加裂縫的大小。在同一開挖深度上，如果先開挖地連墻墻體，在地連墻側(cè)的墻—土向坑內(nèi)變形位移穩(wěn)定了，在開挖剛度小的SMW 工法樁的土體，這樣工法樁的土體的變形會較計算的工況不一致，變形會更大，那么造成的滲水現(xiàn)象會更加嚴重。

3.4 針對支護結構剛度差異的建議和處理思路

從上述的計算和分析對比，可以大概根據(jù)滲水的原因分析，總結出解決差異變形的解決手段和減小差異變形的工程措施和處理思路。

（1）調(diào)整支護結構的剛度差異，將接頭處兩種支護結構的結構體系剛度調(diào)整的盡量相近，以減小二者在基坑內(nèi)側(cè)方向的位移差，進而減小滲水通道形成的可能性。

（2）調(diào)整內(nèi)支撐第一道支撐的軸力，減小工法樁的樁后地面土體的沉降變形值，盡量使其與地下連續(xù)墻的墻后地面變形的差值減小，沉降變形最大值的特征點一致，也是減小滲水通道形成的可能性。

（3）調(diào)整設計的注漿補強方案，對接頭處的注漿方案由1 次高壓旋噴樁注漿改為2 次的注漿，同時該2 次注漿措施為1 次臨近墻體的高壓旋噴水泥漿注漿，和1 次開挖后的稍遠墻體的常壓水玻璃漿液注漿。目的是第一次的注漿體能夠堵塞兩種工藝施工中搭接不到位形成的滲水通道，第二次的常壓水玻璃注漿，可以在第一次注漿體的外側(cè)形成補強作用，將變形、沉降不一致形成的滲水頭都進行有效封閉。

（4）現(xiàn)場根據(jù)開挖滲水情況適當調(diào)整挖土秩序，必要時局部加撐調(diào)整樁身變形。

4 結論與建議

（1）通過對實際的工程案例的現(xiàn)場觀察，在基坑的SMW 工法樁和地下連續(xù)墻兩種支護形式的接頭段，雖然均和內(nèi)支撐將結合，但是由于支護墻體本身的結構剛度差異較大，抵抗土壓力的能力差異較大，進而在同一基坑中自地面至坑底，兩者的墻身變形最大值點（特征點）、最大變形值存在明顯差異，最終差異容易造成理中支護結構接頭處旋噴樁失效，進而滲水；

（2）由于墻身的位移變形的差別，墻后的地面發(fā)生的沉降變形也是不一致，這個不一致造成接頭處容易出現(xiàn)沉降臺階和滲水通道，進而造成地下水從這個通道中人向基坑內(nèi)滲水，給基坑安全帶來威脅；

（3）調(diào)整支護結構的剛度差異，將接頭處兩種支護結構的結構體系剛度調(diào)整的盡量相近，可以大大降低支護結構體系剛度差而造成地下水入滲的危險；

（4）調(diào)整內(nèi)支撐第一道支撐的軸力，減小工法樁的樁后地面土體的沉降變形值，可以避免或者減小出現(xiàn)沉降臺階和滲水通道，降低地面沉降差而造成地下水入滲的危險；

（5）調(diào)整設計的注漿補強方案，將1 次高壓旋噴樁堵漏調(diào)整為1 次高壓旋噴和1 次常壓的水玻璃液體常壓堵漏，同時調(diào)整第二次的堵漏的施工時間，以求有效的對上述兩種滲水裂縫進行封閉堵漏；

（6）現(xiàn)場根據(jù)開挖滲水情況適當調(diào)整挖土秩序，必要時局部加撐調(diào)整樁身變形。總體目的是與第（3）條一致，通過調(diào)整開挖土體后的樁身的變形時間、施工工況來減小接頭處因為剛度差引起的基坑水平向的位移差，減少滲水風險。