SMW工法基坑圍護施工常見問題及處治方法

唐小勇 鄭偉 王擎忠 杜如升

【摘要】詳細(xì)闡述SMW工法樁基坑圍護工程的多種應(yīng)用型式、常見的施工問題以及系統(tǒng)化的預(yù)控措施等。

【關(guān)鍵詞】SMW工法；基坑圍護；工程事故；方案優(yōu)化；預(yù)控措施

[文章編號]1619-2737（2016）01-11-642

1. 前言

SMW工法作為地下工程新技術(shù)始創(chuàng)于日本，我國在上九十年代中期由上海率先引進，后推廣至南京、杭州、天津等地，并以沿海城市居多。經(jīng)過十余年的應(yīng)用實踐，SMW工法基坑支護工程技術(shù)日趨成熟，已廣泛應(yīng)用于地鐵、非開挖管線、建筑深基坑等工程領(lǐng)域，取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。即便如此，由于多方面的因素，也發(fā)生過不少基坑工程事故，因此有必要總結(jié)相關(guān)的經(jīng)驗教訓(xùn)，以期進一步提升該工法應(yīng)用的安全可靠度。

2. 目前SMW工法基坑圍護工程的幾類常見的應(yīng)用型式

就杭州市區(qū)而言，該工法基坑圍護工程的最大坑深已達16m～18m，本文工法樁系指單軸直徑為650、850、1000的三軸水泥攪拌樁經(jīng)套打形成地下水泥土連續(xù)墻-具有較高保障度的止水帷幕，若插入H型鋼等應(yīng)力補強材后能成為可靠的止水和擋土結(jié)構(gòu)。迄今有以下幾類應(yīng)用型式：

2.1SMW重力式擋墻。按樁平面布置分為滿攪式和格柵式，可設(shè)計成部分樁體插筋補強、或其中一排落深插入不透水層，加上鋼筋砼壓頂梁形成擋土圍護結(jié)構(gòu)。一般坑深≤5m，否則不經(jīng)濟；SMW工法亦大量用于深基坑坑底加固、坑底封閉加固隔水、坑內(nèi)被動土加固控制基坑變形。

2.2SMW工法樁插入H型鋼樁。當(dāng)坑深≤5m在土性較好的砂土地層且坑邊荷載不大、并允許坑外降水周邊無重要建構(gòu)筑物與管線時可采用懸臂樁式圍護；此外多為結(jié)合1～3道內(nèi)鋼管支撐或鋼筋砼水平支撐的圍護結(jié)構(gòu)；當(dāng)基坑平面太大時也有按中心島式施工并設(shè)置周邊斜（坡）撐形成圍護結(jié)構(gòu)。

2.3當(dāng)允許坑外降水時，可以取消內(nèi)支撐，使工法樁與預(yù)應(yīng)力土錨、加筋水泥土錨樁聯(lián)合應(yīng)用，在基坑平面特別大的基坑中更為適合。

2.4SMW工法樁中插入鋼筋砼T型、H型樁做成懸臂式支護（坑深一般≤5m），或結(jié)合內(nèi)支撐形成圍護結(jié)構(gòu)，一般坑深≤8m較合適。

2.5SMW工法樁（素攪）與鉆孔灌注樁排樁或地下連續(xù)墻再加內(nèi)支撐構(gòu)成復(fù)合圍護結(jié)構(gòu)，一般適于基坑較深，如16～18m。

2.6SMW工法樁插鋼樁（加內(nèi)支撐或預(yù)應(yīng)力土錨支護）同基坑上部的土釘墻支護體系共同構(gòu)成深基坑圍護結(jié)構(gòu)，此類基坑一般規(guī)模大、坑深超過12m且允許坑外深降水。

可見該工法樁的應(yīng)用型式較多又較復(fù)雜，在一定程度上增加了施工難度，一般認(rèn)為施工中稍有不慎容易發(fā)生問題。

3. 基坑圍護施工中常見的問題匯列

基坑圍護施工中常見的問題主要有以下幾點：（1）施工場地經(jīng)鉆孔樁或管樁施工后更為松軟使樁機行走不穩(wěn)，或?qū)祥_挖較深而溝壁不穩(wěn)導(dǎo)致攪拌樁機傾斜影響攪拌樁垂直度；

（2）有較多的地下障礙物、甚至遇到老樁迫使停工，或者因強行施工造成SMW墻搭接隱患；

（3）先打圍護樁后打擠土工程樁造成SMW墻開裂滲水；

（4）在土性為中密以上的砂層中施工，若攪拌樁長度超過18m的極易發(fā)生埋鉆事故，而且鋼樁憑自重不能插到設(shè)計深度，而鋼筋混凝土樁插不到位更是常見現(xiàn)象；

（5）水泥摻合量控制不準(zhǔn)；

（6）H型鋼樁回拔時頂拔力過高造成壓頂梁斷裂壓碎甚至水泥土墻頂壓碎，導(dǎo)致拔樁失??；

（7）不分層挖土且一挖到底或是鋼支撐安裝滯后造成圍護結(jié)構(gòu)變形突增繼而水泥土墻開裂，產(chǎn)生側(cè)漏甚至噴水涌砂事故；

（8）市區(qū)工程施工中往往由于水泥供應(yīng)不及時而經(jīng)常停歇、間隙時間過長形成多處隱性冷縫，開挖后先是微滲沒能引起重視，隨后逐漸沖蝕惡化成滲漏、噴涌事故。另外，暑季施工中易發(fā)生注漿管路堵塞而處理不及時形成斷樁導(dǎo)致坑壁滲漏事故；

（9）水泥土擋墻太深而攪拌軸同心度不足或是遭遇地下障礙物，導(dǎo)致深部樁墻劈叉、搭接不足，或者是水泥土墻沒有插入不透水層、坑內(nèi)降水能力不足等原因，發(fā)生坑底涌砂上隆甚至坑腳內(nèi)凸踢腳大變形事故；

（10）內(nèi)撐式基坑換撐后變形過大，水泥土墻滲水噴砂，殃及周邊環(huán)境等；

（11）基坑暴露時間過長，發(fā)生基坑持續(xù)變形大、降水井部分失效地下水位難以下降、坑壁滲漏窮與應(yīng)付等問題，由于應(yīng)急措施不力而久戰(zhàn)不決，耗費巨大并嚴(yán)重影響地下工程施工和周邊環(huán)境的安全；

（12）地下工程完成時，由于周邊環(huán)境狹小不具備拔鋼樁施工條件，結(jié)果是拔鋼樁耗費耗時，背離了制定設(shè)計方案時力求節(jié)約的初衷。

4. 工法樁施工的預(yù)防性技術(shù)措施和處理方法

總體而言，確保工法樁基坑工程的施工質(zhì)量安全的主要預(yù)防措施著重在于施工單位根據(jù)自身的專業(yè)經(jīng)驗，在認(rèn)真評估設(shè)計方案的適用性、安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟性的基礎(chǔ)能夠提出切實可行的優(yōu)化建議，并編制系統(tǒng)化的專項施工組織設(shè)計，再經(jīng)專家組論證后給予實施。與此同時，應(yīng)調(diào)整好工程樁與圍護結(jié)構(gòu)的施工次序關(guān)系，切實加強信息化施工管理（有賴于業(yè)主方與專業(yè)監(jiān)測單位的支持配合），加強施工過程中的應(yīng)急控制。除這些大的原則之外，較具體的措施和方法不外乎如下：

4.1認(rèn)真做好“三通一平”和圍護樁、支撐立柱樁的定位測量工作，確保鉆機行走路線的場地大小及其地表堅實度.對于鉆孔樁和管樁施工留下的空洞和泥漿地均應(yīng)置換填實，應(yīng)避免樁定位失誤。

4.2對導(dǎo)溝沿線應(yīng)預(yù)先測定場地高程、計算導(dǎo)溝深度，據(jù)現(xiàn)場表層土質(zhì)判斷導(dǎo)溝的穩(wěn)定性，否則應(yīng)與設(shè)計監(jiān)理等方協(xié)商調(diào)整導(dǎo)溝深度。

4.3導(dǎo)溝沿線的地下障礙物必須預(yù)先清除，一般采用人工清除、挖機挖填置換清除、拔樁清除等法。若置換范圍和深度較大時，應(yīng)提出調(diào)整清除范圍內(nèi)的SMW樁的施工參數(shù)——鉆提次數(shù)與速度，水泥摻合比等，必要應(yīng)出具專門的地下障礙物清除施工方案，確保樁體質(zhì)量。

4.4樁施工順序必須正確，先打完有擠土作用的工程樁再打SMW工法樁圍護結(jié)構(gòu)。雙層圍護結(jié)構(gòu)中應(yīng)該先打SMW工法樁后打鉆孔樁（墻）且應(yīng)確保平面定位準(zhǔn)確（平面偏差不大于50），以防止擋土樁（墻）侵入SMW止水帷幕削弱止水?dāng)嗝妗?/p>

4.5施工機械安裝及試運行完畢時應(yīng)作專項安檢，對作業(yè)人員進行專項技術(shù)、質(zhì)量、安全和文明作業(yè)方面的交底，做到上下齊心，設(shè)備正常。

4.6鉆機的鉆進速度、上拔速度、鉆桿回轉(zhuǎn)速度、泥漿泵的型號流量與壓力、空壓機的供氣量與壓力等施工參數(shù)應(yīng)進行必要的計算，確保上述施工參數(shù)相互匹配，進而才能保證水泥土樁的水泥摻合比和樁體強度指標(biāo)。

4.7一般超過13m的H型鋼樁應(yīng)安排在現(xiàn)場拼接，因此現(xiàn)場要澆筑固定的臺座、配備專職焊工和吊機，控制各樁的接頭位置，保證鋼樁成型質(zhì)量和進度。

4.8凡鋼筋砼T型、H型樁的長度超過8m時（或H型樁長超過18m時），應(yīng)考慮使用激震錘插樁。若鋼筋砼T型、H型樁樁長超過12m時應(yīng)調(diào)用壓樁力為1000～2000KN的靜壓樁機插樁。需分節(jié)焊接的鋼筋砼樁應(yīng)預(yù)先分批現(xiàn)場焊接后整樁插入，嚴(yán)禁在插樁時焊接。

4.9在厚度較大且中密的粉細(xì)砂層中施工之前，應(yīng)據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗適當(dāng)調(diào)整鉆機和注漿泵型號做到動力足夠、注漿壓力高、動力頭分級啟動，必要時調(diào)整空壓機型號、鉆桿螺旋片形式及鉆頭型號，在不影響樁體強度前提下，適當(dāng)摻入占水泥用量2%～5%的優(yōu)質(zhì)膨潤土，快鉆慢拔，基本上能避免埋鉆事故發(fā)生。

4.10凡需拔鋼樁回收的，應(yīng)預(yù)先驗算在最大拔樁力作用下壓頂梁的抗剪、抗沖切和作用范圍內(nèi)水泥土墻的抗壓，最大拔樁力一般按鋼樁側(cè)摩阻力45～60KN/m²，另考慮鋼樁因彎曲變形增加拔力系數(shù)1.1～1.3計算。必要時應(yīng)調(diào)整壓頂梁的截面和強度設(shè)計，確保安全拔樁；

4.11基坑的支撐成型、降排水、分層挖土、變形與應(yīng)力監(jiān)測、水位監(jiān)測、周邊環(huán)境保護等應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計和專項施工方案進行，同時注意基坑時空效應(yīng)，切實控制基坑變形和抽降水安全。

4.12基坑工程一般施工歷時較長，加強基坑的監(jiān)測和日?？?jié)B維護尤為重要，其中涉及應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急處理。SMW工法樁系列事故中主要還是滲漏水處理不及時釀成的工程事故，所以在基坑開挖前，必須設(shè)立專門搶險小組，現(xiàn)場準(zhǔn)備好編織袋、速凝水泥、水玻璃、水泥和雙液注漿機具等，在基坑開挖、基礎(chǔ)施工期間實行24小時巡視監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)滲漏要及時搶堵不得耽延，在滲漏面較深較集中處可以考慮采用高壓旋噴樁作坑壁外加強處理。發(fā)生坑邊涌砂、底土隆起時，應(yīng)立即覆土反壓輔以周密深降水再開挖搶澆砼墊層解決之。

4.13特別要加強換撐施工管理，換撐使SMW工法樁上段呈懸臂受力，必然發(fā)生較大的位移，同時可能導(dǎo)致坑壁滲水，因此必須編制專項換撐施工方案，換撐施工必須做到以下幾點：（1）清理坑邊使地面附加荷載降至最低；（2）對周邊建筑物和地下重要管線預(yù)先采取應(yīng)有的保護措施；（3）拆除支撐的平面流程必須優(yōu)化；（4）拆撐工藝必須做到支撐應(yīng)力同步、對稱、緩慢釋放，禁止瞬間釋放；（5）必要時先行設(shè)置鋼坡?lián)慰娠@著降低換撐變形量，切實保護周邊環(huán)境。

4.14一旦受制于環(huán)境條件不能拔樁，應(yīng)會同業(yè)主方、設(shè)計方、監(jiān)理方、總包方協(xié)商確定專項的拔樁方案，拔樁方案應(yīng)解決好樁起拔、吊運環(huán)節(jié)與主體結(jié)構(gòu)正常施工、場地干擾以及地下室頂板超載如何加固等方面的問題。

5. 結(jié)語

SMW工法樁基坑圍護技術(shù)具有深層止水比較可靠、基坑成型施工快速、施工污染低以及工程造價經(jīng)濟等優(yōu)勢，目前已成為基坑工程領(lǐng)域中的重要分支。但鑒于SMW工法的局限性以及發(fā)生過的諸多工程事故所揭示的主要根源——即施工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的技術(shù)問題和管理問題，應(yīng)該引起業(yè)界進一步的重視，如果能夠采取更有效的預(yù)控措施和方法，那么SMW工法樁得到更為廣泛的應(yīng)用至少在技術(shù)和管理層面是沒有阻礙的。

參考文獻

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