SMW 工法樁在不同工況下的變形分析

熊飛

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

0 引言

SMW 工法連續墻于1976 年在日本問世。SMW 工法是以多軸型鉆掘攪拌機在現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補強材，至水泥結硬，便形成一道具有一定強度和剛度的、連續完整的、無接縫的地下墻體。SMW 工法樁具有施工簡便、成本低、抗滲性好等優點；缺點是：基底下SMW 工法的水泥土強度根據試驗數據推斷可能很低,不能夠滿足H 型鋼之間水泥土局部抗剪的要求，在巨大的內外壓力差下，坑外的土體可能從H 型鋼之間流入基坑內，造成基坑隆起，基坑失穩，因此需要監測基坑開挖過程中圍護結構在不同工況下的變形，以便指導接下來的施工。

施工單位在基坑施工過程中，往往會由于工期或者現場條件有限等原因，沒有按照圖紙施工，這些工況會對圍護結構的變形帶來更多不可控的因素。通過一些工程實例對SMW 工法樁變形進行對比分析，從而得到圍護結構在不同工況下的變形特性及趨勢。

1 SMW 工法樁樁體受力分析

基坑開挖過程中，基坑內外的土體將由原來的靜止土壓力狀態向被動和主動土壓力狀態轉變，應力狀態的改變使圍護結構承受荷載并導致圍護結構和土體變形，圍護結構內力(支撐軸力等)和變形(基坑圍護結構及其周圍土體的沉降和側向位移等)中任一量值超過容許范圍，將可能造成基坑失穩破壞或對周圍環境造成不利影響。

SMW 工法樁圍護結構變形源于以下幾個原因：

⑴隨著基坑內的土方開挖，基坑內外的土壓力不平衡，基坑外側的土壓力會對圍護結構側壁產生巨大的推力，從而引起圍護結構的位移與變形；

⑵當基坑場地條件限制時，挖掘機一般都是直接在基坑邊進行作業，將坑內挖出的土方直接堆載在基坑邊，來往的渣土車也都是直接在基坑邊進行作業，給基坑的圍護結構增加了幾十噸甚至幾百噸的荷載，同時也加大了圍護結構的側壓力與變形；

⑶很多深基坑都是采用支護樁+支撐的支護形式，當基坑開挖到相應的深度時，需要及時施工對撐，當對撐沒有及時施工時，也會加劇圍護結構的變形；

⑷在淤泥較深的區域，支護樁樁底沒有嵌入到足夠的深度或者穩定的土層當中，外圍的土壓力會造成支護樁產生踢腳現象，甚至可能引起基坑坍塌。

2 工程實例

珠海橫琴某基坑，采用明挖施工，支護形式為：SMW工法樁+三道內支撐+坑內加固的支護形式，三道內支撐中第一道為鋼筋混凝土支撐，第二、三道為φ609mm×16mm 熱軋無縫鋼管支撐，坑底加固采用φ700mm@600mm水泥攪拌樁，基坑開挖深度約8m，基坑SMW 工法樁深度為17m。

在基坑開挖之前，預先在SMW 工法樁內埋設了8 個深層水平位移監測點QS1-QS8，其中QS1-QS3 在基坑南側，QS5-QS7 在基坑北側，QS4 在基坑西側，QS8 在基坑東側，布點圖詳見圖1。

圖1 監測點平面布置圖

整個基坑從開挖到回填歷時約174 天，基坑監測貫穿基坑開挖及基礎施工整個過程。具體工況變化見表1。

表1 工況

由于現場場地有限，因此，挖機和渣土車都是直接在基坑北側的冠梁頂附近作業。

由監測結果可知，從2017 年5 月2 日至2017 年5月10 日，隨著基坑開挖，當開挖第二層土方至第二道內支撐施工時，基坑圍護結構變形較為緩慢，每天變形速率為1mm/d 左右，基坑累計變形最大監測點為QS6，累計變形為11.4mm，其它監測點累計變形均在10mm 以內，基坑圍護結構變形仍在可控范圍之內，各監測點具體位移量詳見表2。

表2 2017 年5 月10 日各測點位移量

在施工完第二道內支撐后，基坑進行第三層土方開挖。基坑西段在施工至第三道內支撐的位置后，及時進行第三道鋼支撐施工，因此，在這段時間內，基坑東段的圍護結構深層水平位移QS3-QS5 都沒有產生較大的位移或者突變，QS3 在頂部累計位移了-38.8mm，QS4 累計位移了-32.7mm，QS5 累計位移量為-70.6mm，其中QS5累計值超過設計報警值50mm。

然而，基坑東段在土方開挖至第三道內支撐的位置后，沒有及時進行鋼支撐施工，而且挖機、渣土車和吊車仍在基坑北側作業，至2017 年6 月9 日，現場發現基坑底部有隆起現象，而監測數據也顯示QS1 僅6 月9 日一天時間就突變了-36.4mm，累計值為-81.8mm；QS6 一天時間位移了-285.7mm，累計變化為-314.7mm，現場立即進行土方回填，防止危害發生。而現場監測也是每兩個小時監測一次，隨著土方逐漸回填，基坑變化速率逐漸減小，兩小時后繼續位移了-51.0mm，4 小時后繼續位移了-33.8mm，6 小時后位移了-15.2mm，8 小時后位移了-5.9mm，至此，基坑東段已回填完成，10 日繼續加密監測，監測數據顯示現場已趨于穩定；監測點QS7 在9 日當天突變位移為-528.6mm，累計值為-575.5mm，2 小時后繼續位移-92.6mm，4 小時后位移-72.1mm，6 小時后位移-26.4mm，8 小時后位移4.6mm，此后，該監測點數據趨于穩定。

此后，現場對基坑東段進行分段開槽開挖至第三道內支撐的位置，及時施工第三道內支撐后，繼續開挖。在基坑第四層土方開挖到底后，現場及時進行墊層封底，并抓緊時間進行底板施工，此后，基坑圍護結構雖然仍在繼續緩慢變形，但是都沒有出現較大的突變，直至基坑回填完成，2017 年6 月10 日及2017 年10 月10 日各監測點累計位移量詳見表3、表4。

表3 2017 年6 月10 日各測點位移量

表4 2017 年10 月10 日各測點位移量

通過監測數據發現，基坑北側的變形顯著大于基坑南側變形，其中，基坑北側的QS5 最終累計位移量為-130.3mm，QS6 最終累計位移量為-460.6mm，QS7 累計位移量為-835.3mm，而基坑南側的QS1 最終累計位移量為-149.4mm，QS2 累計位移量為-36.0mm，QS3 累計位移量為-61.0mm。同時，所有的數據都顯示基坑頂部向外位移。由于深層水平位移是以測斜管底部為不動點來計算，因此說明基坑圍護結構底部向基坑內側滑移了。

3 結論

⑴隨著基坑土方開挖，基坑外側的土壓力對SMW 樁體產生了巨大的推力，從而引起支護樁結構變形。基坑開挖過程中需加強監測，并加強對基坑圍護結構的巡視，以便及時發現基坑可能出現的險情；

⑵基坑邊的荷載也會對基坑圍護結構的變形產生巨大的影響，會加劇圍護結構的變形。在基坑開挖過程中，基坑邊的作業車輛若非必要，盡量遠離基坑邊進行作業。另外，基坑內挖出的土方，必須及時運走，嚴禁直接堆在基坑邊附近；

⑶施工過程中，必須嚴格按照施工組織方案執行，做到每一步施工過程及時銜接，比如開挖到支撐的位置后，及時施工內支撐；基坑開挖到底后，及時施工墊層和底板。切勿超挖或者不按圖施工，否則，極易發生基坑坍塌風險；

⑷在軟土地區，SMW 工法樁樁底必須嵌入到足夠的深度或者進入穩定的土層當中，否則，基坑就容易出現樁體踢腳現象，從而引起支護體系的破壞。