城市道路深基坑工程中SMW圍護結構的應用研究

潘思祎

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川成都 610000）

1 SMW 工法概述

SMW（Soil-cement Mixed Wall）工法是一種新型的圍護類型，具有巨大的經濟潛力[1]。SMW 工法所使用的固化劑是現拌水泥，將水泥注入圍護結構所在位置的土壤中，使用SMW 專用的水土攪拌機進行攪拌，水泥與土壤充分混合粘結后得到比原來土體強度更高、整體性更好的水泥土柱。水土攪拌樁的優點在于其具有良好的抗滲性能，而H 型鋼則可以獨立承受水土側壓力，利用兩者的特點結合后的整體結構具有穩定、不易發生位移的特性[2-3]。

由上述工藝制成的SMW 工法樁相比于其他形式的樁體，在城市道路深基坑的支護結構中具有顯著應用優勢。但工法的支撐系統尚未形成系統工序，受力機理和計算方式尚不清楚，特別是兩者之間的共同作用。因此，SMW 工法的支撐體系以及水泥土和H 型鋼及其抗彎曲性能值得進一步研究。

2 工程概述

本文以珠海橫琴新區市政基礎設施非示范段主、次干路市政道路工程（二期）為工程研究背景。其中，在標段范圍內的主要施工道路概況如下：該標段工程主要集中在天沐河兩側及口岸服務區，項目道路總長為23.9km，內含13 條道路。其中2 條主干路長約2.29km，9 條次干路長約20.59km，1 條支路長約0.49km，一座隧道長約0.53km，包括配套的橋梁、市政管線、綠化、照明、交通設施、安監設施等工程。

項目區內各地塊之間規劃有地下公共車行通道，由于道路先于地塊建設，地下公共車行通道節點需與道路同期建設，地下車行通道基坑支護擬采用SMW 工法樁支護開挖。

3 工程地質條件

在項目開始之前，勘察單位對項目所在地的地質、水文、周邊施工現狀等情況進行了全面勘察，并根據勘察情況繪制詳細勘察設計報告。全面分析項目勘察報告可知，在標段工程中的施工深度范圍內分布各種性質不同的土層，給項目施工帶來一定的難度。總結如下：

第1 層素填土：灰白、褐黃色，色雜，主要由粘性土、中粗砂組成，呈松散～稍密狀態。該層密實度不均。

第2 層淤泥：灰黃、灰色，飽和，流塑狀，局部含少量白色和淺黃色貝殼碎屑及腐殖物，土質柔軟，刀切面細膩、有光澤，鉆進過程中縮孔、流泥現象嚴重，流變特征明顯。

第3 層淤泥質黏土：灰、灰黑色，飽和，流塑～軟塑，有腥臭味，有縮孔現象，含少量腐殖質。

第4 層粉質黏土：灰綠、灰白色、棕紅色等，可塑～硬塑，多雜少量中粗砂團塊及鐵銹色堅硬狀態黏土團塊，分布廣泛，局部含碳化木屑及少量腐殖物。

地質概況見表1。

表1 部分地質條件物理力學指標

4 城市道路基坑圍護和支撐系統

4.1 基坑圍護

城市道路作為城市交通樞紐最重要的一環，其工程質量直接關系著城市運行安全。本工程所在城市地質構造較復雜，地質、水文、外部環境等影響因素給城市道路深基坑工程的施工帶來一定難度。綜合實際情況，將本工程的安全等級定位一級。根據現場施工情況且結合工程地質環境和施工環境，經過多方考慮現場附加荷載取值為20kPa。在一級安全等級下需要有足夠穩定性的支護側壁對深基坑進行安全支護，全面分析各類型深基坑支護結構后本工程選擇SMW 工樁的方法，該工法的原理是借助具有高強度和黏結性的水泥土柱對被動區進行加固處理，并使用以鋼筋混凝土在基坑內部形成穩定支護。

SMW 工法是在成樁指導下城市道路深基坑施工的關鍵技術。為滿足工地條件和穩定性要求，在橫琴新區市政基礎設施標段工程中，設置SMW 工法樁的樁距為600mm，有效長度為30m。除此以外，根據SMW 工法特點將該結構進入粉質黏土層的深度設置為2m，以充分發揮樁體強度較高的作用。形成的熱軋H 型鋼混合樁長為20.5～21m，間距為600mm。

受我國現行的深基坑樁施工工藝局限，成樁過程中影響因素較多，因此樁平面會有不同程度的誤差，本工程允許存在一定范圍內的施工誤差且要求樁平面高度誤差為30mm；滿足為5%的規定要求。此外，為充分利用水泥土樁抗滲性能較好的優點，需要合理控制樁的定位誤差，并確保H 型鋼沿設計位置插入，將所有施工誤差控制在不影響成樁質量的范圍內，為后續施工創造良好條件。為保證H 型鋼在狀體結構中充分發揮其鋼材性能，在吊裝前需要對H 型鋼的質量進行全面檢查，且為延長型鋼使用壽命，避免型鋼被污染腐蝕，其表面不能留下污漬，1mm 厚的保護涂料分布要均勻分布在H 型鋼表面。如果存在型鋼表面涂料分布不均勻或者部分掉落，需要及時去除原有表面涂料，重新刷涂符合規定的相同規格涂料。H 型鋼的插入時間要嚴格控制，具體插入時間應根據H 型鋼的規格、設備性能等因素綜合確定，且插入時間不可拖延過長，需要在攪拌樁后4h 內完成。

4.2 水平支撐系統

為確保城市道路深基坑牢固穩定，施工中的水平支撐系統原料首先選擇鋼筋混凝土，該支撐系統的主要結構是腰梁和帽梁，主支撐形式為輻射支撐和2 個環形梁。基本要求是梁面標高為-3.8500m，使用的材料是C20 混凝土，梁的橫截面為1000mm×800mm，此外所有類型的梁橫截面加工均按照650mm×700mm 的標準進行控制。為提高水平支撐組件的穩定性，遵循整體澆筑原理，可以通過附加支撐板支撐在環形梁結構上的形式來滿足支撐要求。

4.3 支撐柱系統

在支撐柱系統中選用鋼格架柱和800mm 灌注樁的組合結構，以滿足深基坑支護對支撐系統有較強支撐作用的要求。除此以外，前述內容提及SMW 工法樁進入粉質黏土層的設計深度為2m，對填充樁具有較高的穩定性要求。因此，SMW 工法要求填充樁的有效長度小于等于30m，且嚴格控制其施工質量。

城市道路深基坑支撐柱系統中，首先要做好為做好填料施工前的準備工作，其次將施工重點轉移到井眼和打樁的質量上。準備工作如下：①根據相關規范和施工要求確定樁柱的平面誤差和垂直度誤差，本工程要求樁柱誤差為50mm 以內且垂直度誤差為0.5%；②在現有施工條件和完成施工內容的基礎上輔以泥漿墻進行防護；③以規范為準設計鋼格柱的垂直偏差，本工程要求其垂直偏差度滿足小于等于5%。此外，為保證支護系統的整體穩定性，避免發生樁體倒塌等質量安全事故，應重視水泥墻的防護效果。

4.4 工程實例應用

在該工程的建設中，在圍護結構（如主圍墻、出入口）中選擇SMW 工法樁。從現有施工條件和工藝水平出發，結合現場施工條件，共選擇了4 套設備。施工工藝流程為：淺度開挖→設置移動機架并定位→打樁機定位→攪拌→吊裝→噴涂→二次攪拌后進行沉樁→二次吊裝→插入H 型鋼→完成沉樁施工→將H 型鋼進行回收清理→現澆水泥漿。

（1）橫琴新區市政基礎設施標段工程施工嚴格參照施工設計圖，通過全站儀測量等科學方法來確定控制點，排除人工測量導致誤差過大；根據國家規范及施工要求確定樁體平面誤差小于等于5mm 且做到吊裝位置精確。在開挖方法的基礎上形成導向槽，攪拌器就位后全程監測樁體垂直度，若發生傾斜及時靈活調整。

（2）在施工過程中，根據鉆桿標記的方式來嚴格控制樁身長度。水泥漿的注入工序應和鉆桿下沉同步進行，注漿過程應保持連續性和均勻性。SMW 樁基于攪拌樁單孔重復套鉆而完成，對其整體穩定性有明顯的影響。

（3）H 型鋼本身的質量是影響SMW 工法樁具有較好支護性能的重要因素。因此，在施工前做好H 型鋼的防銹措施。

5 施工保障措施

（1）全面掌握場地信息是安全施工的先決條件。為避免盲目施工行為，項目開始前所有施工人員應明確工程所在地關于地質、水文等方面的特征，詳細閱讀和了解相關地質勘察報告，如果有地下障礙要及時清理。

（2）在本工程施工過程中，為避免泥漿中斷，嚴格根據施工設計要求確定提升速度和泥漿壓力、樁結構之間的咬合時間及H型鋼的插入時間等相關參數。

6 結語

在本項目中成功應用SMW 工法的經驗表明，SMW 工法有效適用于地質環境較復雜的城市道路深基坑施工。在深入研究本工程的地質條件和施工條件的基礎上，對城市道路基坑圍護結構和支撐系統進行闡述，提出了SMW 工法樁方案，對于保證鋼結構的穩定性、降低成本、縮短工期等施工指標具有重要意義。此外，由于該項目所處施工環境復雜，作為SMW 方法在城市道路深基坑支護中的成功應用，對于類似深基坑的設計與施工具有一定的參考意義。