SMW工法在基坑支护中的应用
2015-08-05
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核心提示：结合济南铁路局黄台南路西段职工住宅项目SMW工艺的应用介绍和施工实践，通过工程实例及所处地质条件、水位及基坑变形位移观测的检测分析，特别是土层中存在淤泥质粘土时所采用的施工方法，阐述了SMW工法在城市高层建筑工程深基坑支护中的应用机理、施工工艺及其适用范围。提出在不进行外侧降水且土方垂直开挖的情况下，降低周边沉降量，减小基坑变形位移，并提出了SMW工法施工中应特别注意的几个问题，以期为类似的工程提供参考借鉴。
1工程实例
1.1工程慨况
济南铁路局黄台货场职工住宅建设指挥部拟在黄台南路西段、山大路西侧的原黄台货场装机厂院内兴建住宅小区。拟建建筑物由4栋住宅楼及1层地下车库共同组成，土方开挖深度9.60m，东西长度为353.0m，宽度约51.0m。基坑采用SMW工法支护。
1.2场地岩土工程条件
根据工程勘察报告及现场的开挖情况，场区内地层自上而下共分为9层：①填土（Q4ml）②粉质粘土（Q4al）③淤泥质粘土（Q4al）④粘土（Q4al）⑤粉质粘土（Q4al+pl）⑥辉长岩残积土（Q1el）⑦全风化辉长岩（δ53）⑧强风化辉长岩（δ53）⑨中风化辉长岩（δ53）。
场地内地下水类型为第四系孔隙潜水和风化基岩裂隙水，勘探期间在钻孔中测得静止水位埋深1.35～1.81米，相对标高为23.82～24.37米。
1.3设计方案
该工程地处山东省济南市，素有“泉城”美称，地下水位较高。根据本工程基坑开挖深度及现场实际条件、周边环境条件，基坑支护分为6个剖面进行支护，其中基坑2-2、3-3、5-5、6-6段采用SMW工法复合围护结构支护方案，基坑东西侧两侧由于周围环境复杂，采用钻孔灌注桩支护方案。受场地限制，土方开挖采用垂直开挖的方法，基坑坡顶挂网喷射混凝土。
1.4SMW工法施工工艺
图1SMW工法施工工艺流程图
1.5型钢构造
型钢采用1根14号H型钢，底端开45度角坡口，对接采用内菱形焊接形式，以保证型钢表面平整光滑。
1.6施工设备
采用PH-5D型搅拌桩机、YSH-80型注浆泵，注浆采用先低压大流量，后高压小流量形式，水泥浆搅拌机为自制1平方米搅拌筒。
1.7注浆参数
PO42.5普通硅酸盐纯水泥浆，水灰比0.5，水泥掺入比18%。
1.8位移及沉降检测结果
本工程沿基坑周边共设24个位移观测点、32个沉降观测点，土方回填至自然地坪后，位移最大点为32mm，沉降最大点15mm。在整个施工过程中位移、沉降观测均很稳定且很小，提高了整个基坑的安全性。
2SMW工法施工工艺总结
SMW工法是一种由水泥土桩列墙内置芯材构成的复合围护结构，具有止水、承担水土侧压、承担锚拉或逆作法中垂直荷载的功能，与通常的地下连续墙工法和钢板桩工法等工法及本工程中1-1段、4-4段排桩支护相比有以下优点：1、产生残土少，无泥浆二次污染。2、施工工期短，防水性好，施工费用低廉。
2.1影响SMW工法的因素
影响SMW工法的因素包括施工工艺上的因素和水泥固有的特性。影响SMW工法施工工艺上的因素有：
⑴水泥与土体掺和搅拌的均匀程度：水泥土搅拌桩是钻孔施工至孔底，边喷射水泥浆边搅拌提升。为使水泥浆与土充分接触并发生反应，必须保持一定搅拌速度与提升速度，如果提升速度太快，水泥浆与土得不到充分的接触、搅拌，搅拌不均匀造成型钢安放困难或安放不到位影响施工质量。
⑵型钢安放时间：搅拌桩是将软土和固化剂（浆体）强制拌合，利用固化剂和软土发生物理、化学反应，使其凝结成具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥加固体，水泥土在较短时间内迅速凝结，因而型钢必须在水泥土初凝前迅速插入。
⑶搅拌桩垂直度：搅拌桩的垂直度不但直接影响型钢安放是否顺利，而且直接影响桩与桩之间相互咬合长度，影响墙体的防渗性能，施工过程中必须对搅拌轴进行垂直度检查。
⑷型钢吊装垂直度：型钢插入设立导向装置，以保证垂直度，插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压入搅拌桩中。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。
2.2搅拌桩施工中出现的问题和相应措施
2.2.1搅拌桩在淤泥质粘土中成桩质量差
施工取芯图开挖检查图
本工程第③层地层为淤泥质粘土，深度为4.5m，层厚2.0m，搅拌桩试验在施工后一周进行开挖检查及钻孔取芯检查发现成桩质量较差，搅拌桩中淤泥质粘土形成团块状、片状，水泥掺入量较小，因而，形成的水泥土强度较低，止水效果较差。经从原材试验、水灰比、水泥掺入量、施工设备情况等诸多方面进行多方面分析，施工工艺是影响搅拌桩效果的主要原因，针对淤泥质粘土本工程采取如下措施：
⑴提升机采用可控转速电机，降低钻头提升速度低于0.5m/min，增加搅拌叶片至6片，加快搅拌头转速，并进行四喷四搅，使搅拌以保证淤泥质粘土与浆液充分搅拌；
⑵降低注浆压力低于1Mpa，减少水泥浆液溢出量，使水泥浆与淤泥质粘土充分混合。
以此措施试验成桩12棵与围护结构中18棵搅拌桩，经钻芯法检测水泥搅拌桩在淤泥质粘土中成桩芯样，28天抗压强度均高于1.2Mpa以上，截水效果及强度满足设计要求。
2.2.2搭接沟缝抗渗差止水效果差
本工程施工期间跨春节，施工间隔时间超过7天以上，出现搭接沟缝；场地东西两侧支护采用钻孔灌注桩工艺，两种不同的工艺在交接点不能有效的搭接，造成抗渗止水效果差。针对搭接沟缝的处理，本工程中采取如下加强措施达到较好的效果：
⑴相邻的搅拌桩间隔时间较长时，在施工前实测出相邻桩中心位置，根据相邻桩边进行实地定位施工，在幕墙外侧搭接沟缝处补打两棵搅拌桩，在施工时加大喷浆量，降低下沉及提升速度，在四喷四搅的基础上多重复一次搅拌以保证桩与桩之间的搭接强度，开挖后检查搭接沟缝搅拌桩均无渗水现象，达到较好的止水效果。
⑵钻孔灌注桩和水泥搅拌桩两种工艺交接的位置，由于钻孔灌注桩混凝土强度较高，搅拌桩与钻孔灌注桩桩身不能有效搭，搭接沟缝采用单管高压喷浆处理措施，单管高压喷浆是利用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速、水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，将搅拌桩与钻孔灌注桩之间的土体形成较高强度的水泥土加固体，达到止水效果。
2.3SMW工法复合结构安全使用
⑴为了使水泥搅拌桩与型钢共同承担侧向土体荷载，提高SMW工法围护结构的整体刚度，减小基坑变形量，降低基坑外侧的沉降量，在SMW工法复合结构顶部必须设置冠梁，冠梁与型钢有效连接。
⑵为了提高结构的整体稳定性、抗倾覆稳定性，在基坑开挖过程中，注意对SMW工法复合围护结构的保护，对型钢间的搅拌桩严禁超挖和破坏，严禁直接碰撞型钢，搅拌桩水泥土材料的力学性能与混凝土有很多的相似之处，搅拌桩破坏时，裂缝开展情况也与素混凝土梁的剪切破坏类似，基坑外侧水从裂缝中渗出，水泥土搅拌桩中失去止水作用，水泥土凝结作为加固体遭破坏后对型钢失去约束作用，影响复合围护结构的整体稳定性、抗倾覆稳定性。
⑶在基坑开挖与支承施工阶段应遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，SMW工法围护结构的墙体刚度、强度与钻孔灌注桩支护结构相比略逊，基坑开挖施工过程一样必须做好监测工作。
3结语
实践证明SMW工法在软土地层的基坑工程中推广有着重要的意义，适应于建设节约型社会。废土外运量远比其他工法明显减少，构造简单，施工方便、工期短、造价低廉，环境污染小、能适应多种地层的基坑支护，加快了工程进度，取得了良好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；中国建筑科学研究院1999
[2]夏良，张文勤；SMW工法在深基坑围护中的应用[J]；广东建材；2005年04期
[3]顾士坦；SMW工法水泥土桩性能影响因素分析及质量控制[J]；四川建筑科学研究；2008年01期
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