深基坑圍護結構中SMW工法樁施工工藝研究

高延偉

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100000）

0 引言

SMW 工法樁是我國近年來引進的深基坑圍護結構，具有規避深基坑滲水風險、占地面積較小等特點，對不同的地質條件有較強的適應性。SMW 工法樁的抗滲效果優良，可應用在大多數基礎工程的施工中。因此，工程單位應對SMW 工法樁施工工藝高度重視，加強對該工藝的研究，為今后的工程建設夯實基礎。

1 深基坑圍護結構中SMW 工法樁的特征

SMW 工法樁的原理是，在特殊地坪情況下，利用多軸攪拌鉆機，開展原地削土工作。向鉆機內注入水泥漿液后，便能在混合土體內部構成水泥柱型的擋土墻，最后在擋土墻中插入剛性材料即可。該工藝具有六點特征：其一，在施工作業中，對于周圍土體的擾動相對較少。不會造成周圍土體下沉、地下建筑物傾斜、道路開裂破壞、設施移位等危害問題。其二，適用于砂礫土、粉土，以及單軸抗壓強度不超過60MPa 的巖層。其三，不需要處理泥漿問題。施工中噪聲強度低，對周圍環境影響較小。整體強度較高，且同其他工法相比，施工工期較短，還能搭配多道支撐靈活應用。其四，攪拌鉆機的鉆桿具備攪拌、螺旋前進的功能，可以伴隨反復攪拌和鉆桿鉆進，使土和水泥得以充分攪拌，實現墻體無縫銜接，構筑成了性能卓越的防水屏障。其五，成型后的SMW 工法樁還可在特定的條件下作為地下連續墻使用，比地下連續墻的品質和強度更高，節省了原材料和施工成本。其六，成墻的最大深度為65m，成墻的厚度平均為0.55～1.3m[1]。

2 深基坑圍護結構中SMW 工法樁的施工工藝分析

2.1 工程概況

工程項目屬于新建的珠三角城際軌道交通琶洲支線，全線設有4 個車站，線路全長為17.621km。PZH-2 標三工區內存在疏散井3 座，豎井1 座，盾構隧道全長5897.36m，明挖隧道全長1280m，路基為246.8m，連續剛構橋為93.2m。出口左線明挖隧道的里程范圍為DK16+160—DK17+20，長度為850m，DK16+160—DK16+645 段為明挖矩形框架結構，DK16+645—DK17+010 段則為帶有鋼筋混凝土雨棚的U 型槽結構，DK16+645—DK16+795 段的基坑全長150m，深度為9.1～4.5m；出口右線明挖隧道的里程范圍為YDK16+770—YDK17+200，持倉都為430m，YDK16+770—YDK16+880 為明挖矩形框架結構，YDK16+880—YDK17+300 段同樣為帶有鋼筋混凝土雨棚的U 型槽結構，YDK16+880—YDK17+090 段的基坑全長210m，深度為8.625～1.9m。在出口左線和右線位置上，均設置了1～2 道的鋼支撐，圍護結構選用了三軸水泥攪拌樁，樁徑和間距分別為85cm、60cm。

2.2 地質條件

在DK16+645—DK16+795 段和YDK16+880—YDK17+090 段的周圍環境中，地上附著物分別為魚塘、苗圃。施工場地內存在四種類型的不良地質問題和特殊巖土的情況：其一，軟土。軟土具有壓縮性高、孔隙大、含水量較高的特征。軟土層主要為沖積—海陸的交互型沉積淤泥，淤泥質為黏土層、粉質黏土，沿線分布在平原地區，在水平、垂直方向上存在分布不均勻，范圍較大的特點。淤泥的厚度為0.5～20.6m，平均厚度為4.31m；淤泥質的黏土層厚度為2.2～17.4m，平均厚度為8.19m；粉質黏土層的厚度控制在1.35～7.8m，平均厚度為4.11m。其二，填土。人工填土層的材質主要為顏色較雜的素填土和雜填土，前者包括人工堆填的碎石、中粗砂、粉質黏土，后者包括混凝土塊、磚塊等建筑垃圾。填土層在水平方上分布范圍較大，而在垂直方向上具有不平均、向上分布的特點，厚度為0.5～6.2m，平均厚度為2.1m。其三，風化巖。在混合花崗巖的分布區域內，含量較高的成分具有全風化帶黏粒的特征，在浸水后容易發生軟化崩解的現象。在中度、強度風化的自然狀態下，具備較好的力學性質，但在長期水浸的作用下可軟化崩解，且在失水后容易存在干裂的問題。其四，砂土地震效應。部分區域存在沖積—海陸交互型沉積砂層，主要為粗砂、中砂、細砂、粉砂，在7 級地震烈度的情況下，存在飽和粉細砂層液化的可能性。

2.3 施工要點

2.3.1 施工部署

（1）施工場地的圍擋封閉。當獲得了施工區域土地臨時使用權后，需要立即開展測量放線、路基平整回填的工作，統一設置全封閉的正式施工圍擋，施工作業要按照珠三角城際軌道交通提出的相應要求和標準，打造一個安全、和諧、文明的優良施工環境。

（2）場地的平整和硬化。由于SMW 工法樁在施工作業中的挖槽、攪拌、打拔H 型鋼等環節均需要使用機械設備，對施工現場內的地基應采取加固處理和場地硬化處理措施，采用混凝土路面的方法，控制混凝土的型號為C25，厚度為20cm。

（3）臨電臨水的布置。按照施工規模和機械設備的實際配置狀態，在左線、右線的施工場地內，應配置1 臺1250kVA 的變壓器，維持用電的平穩性。施工用水采取市政自來水和附近溝渠水2 種類型，抽取溝渠水通過水箱存儲增壓后，直接送往施工現場。主管道同步連接自來水管，為消防、應急等備用情況提供保障。

（4）施工設備入場。在施工作業中，對于需要的所有施工設備，均使用平板車以托運的方式運輸至施工現場。設備入場后，要盡快對設備的完整性進行檢驗。調試后，經過監理工程師審批同意，才能投入使用或選擇退出施工現場。

（5）由于該施工的工程量較大，在場地內可設置6個規格為50t 的水泥罐用于存放水泥，水泥的總存儲量為300t，能夠充分滿足施工用水泥的供應。

（6）因土方施工存在時間限制，計劃在夜間運輸土方?？稍谑┕がF場內，布置一個400m3容量的臨時集土坑。

（7）在施工區域附近，需要布置水泥漿設備的放置平臺，按照造漿設備、儲漿設備、水泥罐的占地面積，水泥漿設備可放置在20m×15m 的平臺上[2]。

2.3.2 施工順序

該工程應用SMW 工法樁主要使用了“兩攪兩噴”的工藝，按照“定位—預攪下沉—噴漿攪拌上升—完成”的流程進行施工作業。在左線和右線的明挖隧道中，均使用1 臺三軸攪拌鉆機開展施工工作。始終遵循“從小里程向大里程”推進的原則，依次完成SMW工法樁的施工作業。需要根據設計圖紙內容，對樁號加以科學編排，施工人員按照樁號的順序進行施打處理。在攪拌樁施工順序上，需要采取單側跳打的施工方法，適用于N 值小于50 的地基土，還要對水泥混凝土攪拌樁及時進行搭接處理，控制機械設備的垂直度，用以保證重復套鉆和止水的實際效果[3]。具體的SMW 工法樁施工工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 SMW 工法樁施工工藝流程示意圖

2.3.3 測量放線和開挖溝槽

按照既定的坐標基準點，以及圍護結構的施工圖紙、總平面布置圖紙，放出樁位的控制線，完成臨時控制樁的設置任務。在制作技術復核清單，判斷復核工作準確無誤后，監理工程師負責進行驗收。除此之外，在開挖溝槽時，事先將地下位置存在的各類障礙物清理干凈，深基坑圍護結構的邊線使用的挖機規格為0.4m3，控制溝槽的尺寸為1.2m×1.5m，盡快處理好與開挖溝槽相關的土體。

2.3.4 攪拌樁和水泥混凝土配合比參數

攪拌樁的定位偏差需要控制在5cm 以內，且成樁之后，樁徑的誤差要控制在1cm 左右。經過現場試驗之后證明，最適宜的水泥混凝土水灰比為1∶1，需要在設計水泥漿液配合比之時，保證水泥混凝土自身的強度，減少土體的置換率，有利于緩解施工作業對于環境產生的擾動影響。結合工程實際情況，攪拌樁水泥漿液配合比相關參數為：水泥材質為普通硅酸鹽水泥，實際施工中的水泥漿液配合比根據試樁后的總結報告確定。要求樁身在28d 以內的無側限抗壓強度至少為1MPa，且水泥的摻入量控制為18%，水泥漿液配合比值為1.5，說明在每套三軸攪拌樁的樁體內，水泥摻量為479kg[4]。

2.3.5 水泥漿液制備和注入

首要任務是在施工現場，及時安裝水泥漿專用的自動攪拌設備。在設備周圍布置若干水泥罐，在水泥漿液攪制完成后，將水泥漿液倒入水泥罐作為備用。水泥漿液制備之后的停滯時間最多為2h，相鄰攪拌樁的施工作業間隔最多為0.5d。在注漿作業中，壓力和流量參數應分別控制在1～1.2MPa、100～150L/min。經由2 臺注漿泵、2 條管路同Y 型接頭，從H 口的位置混合注入。

2.3.6 鉆進、提升、攪拌、清洗、移位

除了確保水泥、原狀土的均勻攪拌以外，還要在首次提升中采用注漿攪拌的方法，嚴格控制加固區域的下沉和提升速度，分別不得超過1.67cm/s、0.83cm/s。重復攪拌提升速度在1.33～1.67cm/s，且停漿面要控制在位于樁頂標高以上的0.5m 處。在樁底部分上，則應該停留30s 進行攪拌注漿。之后需要在集料斗內加入清水，對壓漿管道和相關設備開展清洗處理工作。移位進行下幅樁的施工作業。

2.3.7 H 型鋼的處理

此次工程施工中需要的H 型鋼長度為12m，為了保證運輸工作有序進行，需要增加現場拼焊的環節。焊縫主要為坡口滿焊，焊縫要同兩側的翼板面平齊。

在涂刷減摩劑的環節中，為了使型鋼的插入和拔出更加順暢，減摩劑的制備要始終根據配合比、環境溫度等有關參數進行?？蓪p摩劑均勻涂抹在型鋼表面，不得存在銹斑、油污等雜質，控制涂抹的厚度大約為3mm。若發現型鋼在調運中存在碰撞、變形較大的問題，要盡快補充涂抹減摩劑。在使用減摩劑時，要采用電熱棒進行加熱。減摩劑融化后，應該在攪拌棒攪拌厚度均勻的情況下，才可涂抹在型鋼上。在遇到降水時，要優先用抹布擦干型鋼的表面之后，才能將減摩劑涂抹于型鋼上。在型鋼表面涂好涂層后，若發現存在開裂、剝落問題，則要立即進行清除，重新涂抹減摩劑。在開展深基坑開挖工作后，混凝土圈梁的制作環節中，需要用發泡紙包裹好型鋼，為之后型鋼拔出提供更多便利。

在H 型鋼插入和固定的環節中，首先，確定型鋼的主要平面布置形式和間距；其次，以設計圖紙為核心；最后，確定布置方法為密插式。需要做好以下四個方面工作：一是在型鋼插入前涂抹減摩劑，使用電熱棒加熱融化減摩劑后，均勻涂抹在型鋼的表面上。二是完成水泥混凝土攪拌樁的施工任務后，要選用25t 級別的吊機對型鋼進行起吊處理，插入時間控制在攪拌樁施工流程完成后的2～4h 以內。三是安裝好定位型鋼卡，將型鋼沿著鋼卡緩慢插入水泥混凝土攪拌樁。在插入1～2m 之后，需要及時借助線墜的力量，對型鋼的垂直度進行精確調整。四是在型鋼插入難以滿足設計標高的要求時，需要對型鋼開展提升、重復下插的操作，直到符合設計標高的要求為止。在施工現場，還應該準備好錘壓設備，可在型鋼難以憑借自身重量完成插入工作時加以應用。SMW 工法樁型鋼密插式布置方法示意圖如圖2所示。

圖2 SMW 工法樁型鋼密插式布置方法示意圖

在H 型鋼的拔除環節中，需要做好以下四個方面工作：一是在施工現場，要準備好液壓頂升設備，可在環境較為復雜、場地較小的情況下及時投用。二是在圍護結構使用完成后，應及時按照基坑的標高和周圍的基礎形式，科學劃分型鋼拔除的區域和順序。優先拔除較遠位置、短邊的型鋼，再拔除距離基礎較近、長邊的型鋼，始終維持拔除的對稱性。三是使用振動拔樁機，夾住型鋼頂部后振動處理，待到同攪拌樁體脫離后，繼續振動和向上提起，直到完全拔出型鋼。四是在拔除型鋼之時，不得傾斜拔起或側向撞擊，要始終以垂直的方向施加力，且型鋼露出地面的部分不得出現串聯的問題。

3 結語

綜上所述，SMW 工法樁施工工藝，在深基坑圍護結構的投用中具有現實意義。因此，工程單位要繼續通過施工實踐，積累更多的施工經驗，不斷完善有關理論，讓SMW 工法樁施工工藝得到推廣和應用。通過精準把握施工部署、施工順序、測量放線和開挖溝槽、攪拌樁和水泥混凝土配合比參數、水泥漿液制備和注入、H 型鋼的處理，以及鉆進、提升、攪拌、清洗、移位等施工要點，帶動我國深基坑圍護工程事業的長遠發展。