SMW工法樁在某辦公樓基坑支護(hù)施工中的應(yīng)用

黃勇貴

（漳州市建筑工程有限公司）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市地面空間日趨飽和，人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用，這就對(duì)基坑開(kāi)挖深度及支護(hù)提出了更高的要求[1]。目前，城市基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用鋼板樁、灌注樁或地下連續(xù)墻等形式，但鋼板樁成本較高，且其剛度比較小，不適用與深基坑工程；灌注樁的成本較低，但其整體性、抗?jié)B性差，基坑墻體的滲漏問(wèn)題難以解決；地下連續(xù)墻整體性好、對(duì)周圍地基擾動(dòng)小，但其成槽工藝復(fù)雜，且容易對(duì)周圍環(huán)境造成污染[2-3]。而SMW 工法樁利用特殊多軸攪拌機(jī)切削土體并注入水泥漿液，與土體混合形成止水性較高的水泥土柱列式擋墻，能夠較好地克服上述支護(hù)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，是目前深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用熱點(diǎn)之一[4-5]。

鄭素萍[6]通過(guò)分析SMW工法樁側(cè)向變形及地表沉降變形規(guī)律對(duì)SMW 工法樁在深基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明SMW 工法樁支護(hù)體系的限制變形性能好，且對(duì)周圍地基的影響較小。邱建偉[7]以廈門(mén)市某臨海深基坑支護(hù)工程為例對(duì)SMW 工法樁在臨海深基坑中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在該工程中基坑的最大水平側(cè)移為3mm，且SMW工法樁施工時(shí)對(duì)周圍建筑的影響較小。彭國(guó)東等[8]對(duì)SMW工法樁在軟土地區(qū)基坑支護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析SMW 工法樁支護(hù)體系在軟土地區(qū)中的可行性。吳剛和陳輝[9]也對(duì)SMW工法樁在軟土地區(qū)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)果表明SMW 工法樁在施工時(shí)出現(xiàn)較大變形不會(huì)造成墻體開(kāi)裂滲水，并認(rèn)為SMW工法樁支護(hù)體系適用于天津?yàn)I海新區(qū)10m 以下深基坑工程。曾婕等[10]以寧波基坑工程為背景對(duì)SMW 工法樁與預(yù)應(yīng)力型鋼支護(hù)體系施工技術(shù)展開(kāi)研究，認(rèn)為SMW 工法樁與預(yù)應(yīng)力型鋼支護(hù)體系具有較強(qiáng)的變形控制能力、安全性好，且能夠節(jié)約工期。

本文以漳州市某辦公樓建設(shè)項(xiàng)目基坑支護(hù)為背景，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)及水文條件，設(shè)計(jì)SMW 工法樁施工技術(shù)參數(shù)，并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的坑外水位、支撐受力及樁身位移監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某辦公樓建設(shè)項(xiàng)目位于漳州市龍文區(qū)，建筑用地面積33505.11m2，總建筑面積80311m2，建筑高度為37.9m，是一棟地下1層、地上7層的鋼框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，基坑周長(zhǎng)621m、面積20811m2，場(chǎng)地整平標(biāo)高為5.30～5.80m，基坑開(kāi)挖深度約為現(xiàn)有地面以下5.65m～6.90m，開(kāi)挖深度超過(guò)5m，是超過(guò)一定規(guī)模的、危險(xiǎn)性較大的深基坑工程。經(jīng)計(jì)算，基坑土方開(kāi)挖及支護(hù)的主要工程量如表1所示。

表1 基坑開(kāi)挖及支護(hù)主要工程量

2 工程地質(zhì)與水文條件

2.1 工程地質(zhì)

建筑場(chǎng)地位于九龍江西溪下游左岸沖積一級(jí)階地上，場(chǎng)地整體地形較為平坦，地貌主要為高階地及殘丘。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告可知，場(chǎng)地內(nèi)分布的主要土層有人工堆填的雜填土、素填土、淤泥質(zhì)土、沖洪積的粘性土、砂類土及殘積成因的殘積粘性土層，基底為不同風(fēng)化程度的燕山早期侵入花崗閃長(zhǎng)巖。基坑開(kāi)挖面以下及影響深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及主要物理力學(xué)參數(shù)自上而下分布如表2所示。

表2 地基土主要物理力學(xué)參數(shù)

2.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水類型主要有：賦存于①雜填土的上層滯水，賦存于③1中砂、④中砂、⑤1細(xì)砂、⑦細(xì)砂、⑧圓礫的孔隙承壓水，以及賦存于花崗閃長(zhǎng)巖中的基巖風(fēng)化裂隙承壓水。賦存于①雜填土的孔隙潛水為上層滯水，勘察期間該層含水量較不豐富，具有貧水性；③1中砂、⑤1細(xì)砂主要以?shī)A層形式分別存在于③淤泥、⑤淤泥層為相對(duì)不透水層壓，但③1中砂、⑤1細(xì)砂層僅局部分布，水量較小，非主要含水層；④中砂層其上部均有②粉質(zhì)粘土和③淤泥相對(duì)隔水層分布，賦存于④中砂層中的地下水具承壓性質(zhì)，為第一層主要含水層；賦存于⑦細(xì)砂、⑧圓礫層中的地下水水力聯(lián)系密切，可視為同一含水層，滲透性為中等強(qiáng)透水性，其上部⑤淤泥、⑥粉質(zhì)粘土弱微透水性，為該含水層相對(duì)隔水頂板，因此地下水具承壓性質(zhì)，為第二層主要含水層，下部殘積粘性土及全、土狀強(qiáng)風(fēng)化巖層呈漸變關(guān)系，滲透性具有自上而下增強(qiáng)的趨勢(shì)，但總體均屬弱透水層，水量不大，地下水總體具（弱）承壓性。

勘察期間對(duì)鉆孔ZK16、ZK43、ZK68、ZK79 進(jìn)行分層測(cè)水位，測(cè)得鉆孔內(nèi)地下水初見(jiàn)水位埋深2.50m～3.00m，主要為賦存于①雜填土中上層滯水的地下水位；④中砂層中的承壓水埋深2.90m～3.20m，承壓水頭高3.40m～6.10m；⑦細(xì)砂、⑧圓礫層中的承壓水位埋深9.40m～11.60m，承壓水頭高度5.40m～7.30m；基巖裂隙水承壓水位埋深30.60m～48.80m，承壓水頭高度4.50m～6.10m。終孔后在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)所有鉆孔進(jìn)行綜合穩(wěn)定水位觀測(cè)，綜合穩(wěn)定水位埋深2.50m～3.70m，相應(yīng)高程1.53m～3.61m。

地下水大致由北向南方向滲流，要由大氣降水補(bǔ)給，并接受同含水層的側(cè)向滲透補(bǔ)給。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，本地區(qū)地下水位受季節(jié)影響較為明顯，地下水位年變化幅度為1.0m～2.0m。本場(chǎng)地勢(shì)較低，場(chǎng)地內(nèi)高程以4.71m～6.05m 為主，場(chǎng)地北側(cè)和東側(cè)地勢(shì)較高，雨季時(shí)場(chǎng)地內(nèi)低洼地段易受雨水所浸沒(méi)，場(chǎng)地歷史最高地下水位高程為5.50m，近3～5年最高地下水位高程約為5.00m。

3 基坑支護(hù)方案及施工流程

3.1 支護(hù)形式

結(jié)合擬建物周邊環(huán)境條件、工程地質(zhì)和水文條件及基坑開(kāi)挖深度等情況，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)為1.00，在設(shè)計(jì)時(shí)采用H700mm×300mm 型鋼SMW工法樁支護(hù)，同時(shí)結(jié)合坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固，在東北角設(shè)置鋼筋混凝土角支撐，坑中部分采用水泥土攪拌墻支護(hù)。

工程中使用的水泥為PO42.5 普通硅酸鹽水泥；冠梁、支撐梁混凝土強(qiáng)度為C30，鋼筋為HPB300 鋼筋和HRB400 鋼 筋；型 鋼 尺 寸 為H700mm×300mm×13mm×24mm、支 撐 立 柱 樁 尺 寸 為H400mm×400mm×13mm×21mm，均為Q235B級(jí)鋼。

3.2 SMW工法樁施工技術(shù)參數(shù)

⑴SMW 工 法 樁 樁 徑850mm，樁 長(zhǎng)19.6m，內(nèi) 插H700mm×300mm 型鋼，工法樁的入土深度比型鋼插入深度多0.5m～1.0m。

⑵SMW 工法樁采用3φ850 三軸攪拌樁設(shè)備進(jìn)行施工，采用兩噴兩攪的施工工藝，建議水泥摻量不小于被加固土體重量的25%。三軸攪拌機(jī)攪拌下沉速度應(yīng)控制在0.5～1.0m/min，提升速度應(yīng)控制在1.0～2.0m/min 范圍內(nèi)，并保持勻速下沉和勻速提升，噴漿壓力大小控制在0.3MPa～0.8MPa。

⑶在樁體范圍內(nèi)將水泥攪拌均勻，并控制攪拌樁樁體立柱導(dǎo)向架垂直度不大于1/250，樁位偏差不大于50mm，且保證相鄰樁間噴漿工藝的施工時(shí)間間隔不大于10小時(shí)。

⑷當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拔出H型鋼并在拔出后的空隙注入水泥漿填實(shí)。

3.3 SMW工法樁施工流程

SMW 工法樁具體施工流程：測(cè)量放樣→開(kāi)挖導(dǎo)槽溝→設(shè)置導(dǎo)向定位型鋼→三軸攪拌樁樁機(jī)就位→配置水泥砂漿液?jiǎn)?dòng)空壓機(jī)、送漿→噴氣切割土體下沉、上升至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高→H 型鋼起吊插入、固定→施工完畢→H型鋼拔出。

4 SMW工法樁施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)目的及內(nèi)容

對(duì)SMW 工法樁施工監(jiān)測(cè)的目的是為了隨時(shí)掌握支護(hù)樁及支撐的變形和受力情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，判斷SMW 工法樁施工過(guò)程中的安全狀況，以便及時(shí)調(diào)整施工工藝和施工參數(shù)，確保基坑安全開(kāi)挖。本次SMW 工法樁施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括坑外水位變化、支撐受力變化及樁身位移變化。

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.2.1 坑外水位

SMW 工法樁施工時(shí)，坑外水位變化如表3 所示。從表中可知，隨著基坑的開(kāi)挖，坑外水位不斷下降，在基底混凝土澆筑完成后，坑外水位逐漸趨于穩(wěn)定。SMW 工法樁抽水施工前，坑外水位相對(duì)標(biāo)高為-1.50m，在施工后期，坑外水位穩(wěn)定在-2.5m 左右，累積下降約為1.0m。施工時(shí)降低坑外水位高程，減小坑內(nèi)外水位差有利于提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，但會(huì)加劇對(duì)周邊環(huán)境的影響。

表3 坑外水位變化

4.2.2 支撐受力

SMW 工法樁施工時(shí)，靠近基坑開(kāi)挖最深處的支撐受力變?nèi)绫? 所示。從表中可知，支撐受力隨著開(kāi)挖深度的增大而增大，當(dāng)基坑底板混凝土澆筑完成后，支撐受力變化幅度減小，支撐受力逐漸趨于穩(wěn)定。

表4 支撐受力變化

4.2.3 樁身位移

選取2020 年11 月20 日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為樁身位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果，此時(shí)基坑混凝土底板已基本施工完畢，樁身位移的數(shù)據(jù)變化趨于穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表5 所示。由表中可知，樁身1 的最大位移量為13.66mm，樁身2 的最大位移量為13.73mm，且最大位移量均發(fā)生在基底附近，這是因?yàn)樵诨娱_(kāi)挖時(shí)，擋墻內(nèi)外壓力不平衡，使得SMW 工法樁發(fā)生水平位移和變形，但冠梁和支撐梁的作用有限制了樁頂位移，進(jìn)而使得樁身最大位移量向下發(fā)展，最終出現(xiàn)在基底附近。

表5 樁身位移變化

5 結(jié)論

本文以漳州市某辦公樓基坑支護(hù)為背景，分析確定了SMW 工法樁的施工技術(shù)參數(shù)，并對(duì)SMW 工法樁進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)，所得主要結(jié)論如下：

⑴SMW 工法樁施工時(shí)，隨著基坑的開(kāi)挖，坑外水位不斷降低，在基底混凝土澆筑完成后，坑外水位逐漸趨于穩(wěn)定。

⑵支撐受力隨著開(kāi)挖深度的增大而增大，當(dāng)基坑底板混凝土澆筑完成后，支撐受力變化幅度減小，支撐受力逐漸趨于穩(wěn)定。

⑶樁身累積位移隨著標(biāo)高的增大，呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，其最大位移量發(fā)生在基底附近。