SMC工法在復雜環境深基坑支護中的應用

吳曉雨 耿顯勇 李棟謀 何 飛 顧洪磊

(山東省建設建工(集團)有限責任公司 山東濟南 250014)

0 引言

隨著城市地下空間建設的應用需求逐步加大，深基坑工程的質量和安全受到廣泛的關注。SMC工法作為一種新型支護方法，通過深層銑削工藝，改變原狀土結構，在攪拌過程中摻入固化劑，將分散的土體凝聚成整體性和具有一定強度的等厚復合土墻[1]。本文通過對復雜環境下，深基坑工程實例中SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術的應用，分析其穩定性、適用性、經濟性，并為類似環境深基坑的施工提供經驗。

1 工程概況

南辛莊片區棚戶區改造安置房建設項目地塊—東區(EPC)工程，位于濟南市槐蔭區南辛莊街南側、南辛莊東街東側，包括4棟住宅樓及地下車庫。基坑形狀不規則，東西長約144.5 m，南北寬約89.5 m。開挖深度13.5 m，基坑支護結構安全等級為一級。

場區位于屬于山前沖洪積平原中下部,地層為第四系沖洪積成因的粘性土、碎石土,下伏中生代燕山期輝長巖風化帶。通過對場地地質進行數據分析,綜合考慮基坑周邊環境和地質條件的復雜程度,兼顧基坑支護穩定性、適用性、經濟性,確定基坑支護方案采用“SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻+ 三道預應力錨索”的支護方式(圖1)。支護深度13. 5 m,型鋼高出冠梁頂面0. 5 m,攪拌墻幅長2800 mm,寬650 mm,搭接200 mm,深度均為15 m ～ 18 m,型鋼采用HN500×200×10×16,共計138幅,一期槽60幅,二期槽68幅,型鋼約535根。

圖1 基坑支護剖面圖

2 施工難點分析及方案優化

(1)周邊環境復雜

基坑周邊環境比較復雜，周圍存在較多的高層建筑物及管線，基坑距離紅線最近處約2.15 m。

場地緊鄰18層高層住宅群，周邊地下管線眾多，基坑開挖不具備自然放坡條件，開挖深度內局部地層姜石、碎石含量高，若處理不當，將對施工安全、進度產生影響。

(2)止水要求高

該工程地下水類型為第四系孔隙潛水，主要由大氣降水補給。地下水位隨季節不同而變化，場地內靜止水位埋深4.0 m，相應標高為36.2 m～37.0 m。基坑底部標高為27.40 m，對基坑止水性能要求高。

(3)方案優化

為解決上述施工難點，對多種基坑支護結構進行對比分析(表1)，優化原設計方案，采用SMC雙輪銑水泥土攪拌墻施工技術。實踐證明，在穩定性、安全性、經濟性等方面，均取得良好效果[2]。

表1 深基坑支護形式對比

3 關鍵技術

3.1 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻

該技術是兼具有液壓雙輪銑槽機和深層攪拌技術的綜合效率較高的新型施工工藝[3]，如圖2所示。下沉時通過兩個銑輪相對相向旋轉，同時通過凱式方形導桿施加向下的推進力，以0.8m/min的速度勻速下沉，并注入水灰比不大于1.2的水泥漿液(其注漿量為總注漿量的70%～80%)，與原狀土體攪拌混合均勻至設計深度。提升時2個銑輪相對相反旋轉，通過凱式方形導桿或懸索以0.8～1.2m/min速度提升銑輪，并注入固化劑(注漿量為總注漿量的30%～20%)，從而形成墻體均質、整體性強、防滲性能好的水泥土攪拌墻。

圖2 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工作原理

雙輪銑水泥土墻具有施工效率高，安全穩定，止水效果好等特點，尤其對本基坑中存在的較厚雜填土層及碎石層，均能產生有效的截水效果，形成封閉式帷幕。

3.2 施工工藝

SMC雙輪銑水泥土攪拌墻關鍵工藝流程如圖3所示。

圖3 SMC雙輪銑水泥土攪拌墻工藝流程

(1)清場備料：對施工場地進行整平壓實，清除施工障礙物，作業面不小于7 m。當地表土層較軟時，應采取措施防止機械失穩，備足水泥量和外加劑。

(2)測量放線:按設計要求定好墻體施工軸線，每25 m布設一高程控制樁，并作出明顯標志。

(3)安裝調試：液壓履帶式移動機械和雙輪銑槽機就位；安裝制漿、注漿和制氣等輔助設備；接通水箱、電源和空氣壓縮機；運轉試車。

(4)開溝鋪板：為解決削銑過程中的余漿儲放和回漿補給，需開挖尺寸為1000 mm×1200 mm溝槽。超雙輪銑槽主機作業長度10 m，鋪設箱型鋼板,以均衡主機對地基的壓力和固定芯材。

(5)在開挖的工作導槽兩側放置型鋼導軌，型鋼規格為H700×300×13×24，長度12 m，控制線引至型鋼導軌上，以型鋼導軌標記做為分幅定位標記。

(6)噴氣注漿銑削攪拌下沉、提升：水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比不大于1.2，水泥摻入量為18%～20%(重量比)，注漿壓力一般為2.0～3.0MPa[4]。下沉速度0.8 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。

(7)安裝芯材：型鋼下插應在雙輪銑攪拌墻施工完畢后30 min內進行。

(8)成墻移機：集料斗內注入清水，將注漿泵開啟，對壓漿管道及其它所用機具進行清洗,然后將雙輪銑槽機移動至下幅墻定位位置進行作業。為保證墻體的連續性、均質性和接槎位置的施工質量,應進行重復套鉆(圖4陰影部分),雙輪銑水泥土攪拌墻搭接部位施工質量以及墻體的垂直度修正,依靠重復套鉆來實現,以達到止水的作用。

圖4 SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻墻體搭接

4 應用效果分析

4.1 無側限抗壓強度分析

對水泥土試塊進行28 d無側限抗壓強度試驗，其強度均在2.50 MPa以上，均高于設計要求和《型鋼水泥土攪拌墻技術規程》(JGJ/T199-2010)中不宜小于0.50 MPa的規定[5]。通過與某相似地質條件下，三軸水泥土攪拌樁和TRD工法水泥土攪拌墻28 d無側限抗壓強度進行數據對比，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻抗壓強度均高于其他兩種工藝，表明其銑削攪拌能力更強，攪拌更加均勻。

4.2 止水效果分析

施工完成后，立即進行基坑內部疏干、降水工作，并對基坑外部水位變化進行實時監測。通過對所取芯樣滲透系數試驗結果進行分析，滲透系數小于2×10-6cm/s，滿足設計要求。降水12 d后，開挖地下水位以下土方，通過現場監測發現，連續降水1 h后，基坑內部水位下降1.5 m，基坑外部水位變化小于100 mm，且在土方開挖及后期使用過程中，水泥土攪拌墻壁無滲漏情況發生。從實際情況可以判斷，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻充分發揮了止水效用，有效確保了基坑施工階段干作業的施工環境。

4.3 監測結果分析

整個深基坑監測周期歷時12個月，委托第三方監測機構對基坑水平位移、豎向位移、周邊環境等項目進行檢測工作。經觀測發現，所有觀測點變形數據均小于預期值，變形量較小(表2)，且未對周邊建筑及環境產生明顯影響。

表2 基坑變形監測數據統計表

5 結語

該工程采用的SMC雙輪銑水泥土攪拌墻技術應用于房屋建筑深基坑工程，在山東省內尚屬首次。從工程施工和監測情況看，SMC雙輪銑水泥土攪拌墻具有適應性廣、止水性能可靠、墻體均勻性良好的特點。從基坑工程開挖暴露面觀察可知，攪拌墻墻壁完整、基坑側壁干燥，無滲漏水現象，有效克服了傳統工法施工深度小、攪拌能力差等缺點，同時解決了轉角施工困難，機械設備價格高等不足[6]。SMC工法具有很好的性價比，是一種理想的深層水泥土防滲墻施工工藝，具有廣闊的應用和發展前景。