深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中SMW工法樁施工工藝研究

高延偉

（中鐵二十二局集團(tuán)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(jìn)的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有規(guī)避深基坑滲水風(fēng)險、占地面積較小等特點，對不同的地質(zhì)條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性。SMW 工法樁的抗?jié)B效果優(yōu)良，可應(yīng)用在大多數(shù)基礎(chǔ)工程的施工中。因此，工程單位應(yīng)對SMW 工法樁施工工藝高度重視，加強(qiáng)對該工藝的研究，為今后的工程建設(shè)夯實基礎(chǔ)。

1 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jī)，開展原地削土工作。向鉆機(jī)內(nèi)注入水泥漿液后，便能在混合土體內(nèi)部構(gòu)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(yè)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(shè)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(qiáng)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(qiáng)度低，對周圍環(huán)境影響較小。整體強(qiáng)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(yīng)用。其四，攪拌鉆機(jī)的鉆桿具備攪拌、螺旋前進(jìn)的功能，可以伴隨反復(fù)攪拌和鉆桿鉆進(jìn)，使土和水泥得以充分?jǐn)嚢?，實現(xiàn)墻體無縫銜接，構(gòu)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(xù)墻使用，比地下連續(xù)墻的品質(zhì)和強(qiáng)度更高，節(jié)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(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)有4 個車站，線路全長為17.621km。PZH-2 標(biāo)三工區(qū)內(nèi)存在疏散井3 座，豎井1 座，盾構(gòu)隧道全長5897.36m，明挖隧道全長1280m，路基為246.8m，連續(xù)剛構(gòu)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(jié)構(gòu)，DK16+645—DK17+010 段則為帶有鋼筋混凝土雨棚的U 型槽結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，YDK16+880—YDK17+300 段同樣為帶有鋼筋混凝土雨棚的U 型槽結(jié)構(gòu)，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(shè)置了1～2 道的鋼支撐，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用了三軸水泥攪拌樁，樁徑和間距分別為85cm、60cm。

2.2 地質(zhì)條件

在DK16+645—DK16+795 段和YDK16+880—YDK17+090 段的周圍環(huán)境中，地上附著物分別為魚塘、苗圃。施工場地內(nèi)存在四種類型的不良地質(zhì)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(zhì)為黏土層、粉質(zhì)黏土，沿線分布在平原地區(qū)，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(zhì)的黏土層厚度為2.2～17.4m，平均厚度為8.19m；粉質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(fēng)化巖。在混合花崗巖的分布區(qū)域內(nèi)，含量較高的成分具有全風(fēng)化帶黏粒的特征，在浸水后容易發(fā)生軟化崩解的現(xiàn)象。在中度、強(qiáng)度風(fēng)化的自然狀態(tài)下，具備較好的力學(xué)性質(zhì)，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(yīng)。部分區(qū)域存在沖積—海陸交互型沉積砂層，主要為粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂，在7 級地震烈度的情況下，存在飽和粉細(xì)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(dāng)獲得了施工區(qū)域土地臨時使用權(quán)后，需要立即開展測量放線、路基平整回填的工作，統(tǒng)一設(shè)置全封閉的正式施工圍擋，施工作業(yè)要按照珠三角城際軌道交通提出的相應(yīng)要求和標(biāo)準(zhǔn)，打造一個安全、和諧、文明的優(yōu)良施工環(huán)境。

（2）場地的平整和硬化。由于SMW 工法樁在施工作業(yè)中的挖槽、攪拌、打拔H 型鋼等環(huán)節(jié)均需要使用機(jī)械設(shè)備，對施工現(xiàn)場內(nèi)的地基應(yīng)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(guī)模和機(jī)械設(shè)備的實際配置狀態(tài)，在左線、右線的施工場地內(nèi)，應(yīng)配置1 臺1250kVA 的變壓器，維持用電的平穩(wěn)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(xiàn)場。主管道同步連接自來水管，為消防、應(yīng)急等備用情況提供保障。

（4）施工設(shè)備入場。在施工作業(yè)中，對于需要的所有施工設(shè)備，均使用平板車以托運的方式運輸至施工現(xiàn)場。設(shè)備入場后，要盡快對設(shè)備的完整性進(jìn)行檢驗。調(diào)試后，經(jīng)過監(jiān)理工程師審批同意，才能投入使用或選擇退出施工現(xiàn)場。

（5）由于該施工的工程量較大，在場地內(nèi)可設(shè)置6個規(guī)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(yīng)。

（6）因土方施工存在時間限制，計劃在夜間運輸土方。可在施工現(xiàn)場內(nèi)，布置一個400m3容量的臨時集土坑。

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

2.3.2 施工順序

該工程應(yīng)用SMW 工法樁主要使用了“兩攪兩噴”的工藝，按照“定位—預(yù)攪下沉—噴漿攪拌上升—完成”的流程進(jìn)行施工作業(yè)。在左線和右線的明挖隧道中，均使用1 臺三軸攪拌鉆機(jī)開展施工工作。始終遵循“從小里程向大里程”推進(jìn)的原則，依次完成SMW工法樁的施工作業(yè)。需要根據(jù)設(shè)計圖紙內(nèi)容，對樁號加以科學(xué)編排，施工人員按照樁號的順序進(jìn)行施打處理。在攪拌樁施工順序上，需要采取單側(cè)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(jìn)行搭接處理，控制機(jī)械設(shè)備的垂直度，用以保證重復(fù)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(biāo)基準(zhǔn)點，以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)置任務(wù)。在制作技術(shù)復(fù)核清單，判斷復(fù)核工作準(zhǔn)確無誤后，監(jiān)理工程師負(fù)責(zé)進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)的邊線使用的挖機(jī)規(guī)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(guān)的土體。

2.3.4 攪拌樁和水泥混凝土配合比參數(shù)

攪拌樁的定位偏差需要控制在5cm 以內(nèi)，且成樁之后，樁徑的誤差要控制在1cm 左右。經(jīng)過現(xiàn)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(shè)計水泥漿液配合比之時，保證水泥混凝土自身的強(qiáng)度，減少土體的置換率，有利于緩解施工作業(yè)對于環(huán)境產(chǎn)生的擾動影響。結(jié)合工程實際情況，攪拌樁水泥漿液配合比相關(guān)參數(shù)為：水泥材質(zhì)為普通硅酸鹽水泥，實際施工中的水泥漿液配合比根據(jù)試樁后的總結(jié)報告確定。要求樁身在28d 以內(nèi)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(nèi)，水泥摻量為479kg[4]。

2.3.5 水泥漿液制備和注入

首要任務(wù)是在施工現(xiàn)場，及時安裝水泥漿專用的自動攪拌設(shè)備。在設(shè)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(yè)間隔最多為0.5d。在注漿作業(yè)中，壓力和流量參數(shù)應(yīng)分別控制在1～1.2MPa、100～150L/min。經(jīng)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(jìn)、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(yán)格控制加固區(qū)域的下沉和提升速度，分別不得超過1.67cm/s、0.83cm/s。重復(fù)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(biāo)高以上的0.5m 處。在樁底部分上，則應(yīng)該停留30s 進(jìn)行攪拌注漿。之后需要在集料斗內(nèi)加入清水，對壓漿管道和相關(guān)設(shè)備開展清洗處理工作。移位進(jìn)行下幅樁的施工作業(yè)。

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(jìn)行，需要增加現(xiàn)場拼焊的環(huán)節(jié)。焊縫主要為坡口滿焊，焊縫要同兩側(cè)的翼板面平齊。

在涂刷減摩劑的環(huán)節(jié)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(jù)配合比、環(huán)境溫度等有關(guān)參數(shù)進(jìn)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(zhì)，控制涂抹的厚度大約為3mm。若發(fā)現(xiàn)型鋼在調(diào)運中存在碰撞、變形較大的問題，要盡快補(bǔ)充涂抹減摩劑。在使用減摩劑時，要采用電熱棒進(jìn)行加熱。減摩劑融化后，應(yīng)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(yōu)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(fā)現(xiàn)存在開裂、剝落問題，則要立即進(jìn)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(huán)節(jié)中，需要用發(fā)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(huán)節(jié)中，首先，確定型鋼的主要平面布置形式和間距；其次，以設(shè)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(wù)后，要選用25t 級別的吊機(jī)對型鋼進(jìn)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(nèi)。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(jìn)行精確調(diào)整。四是在型鋼插入難以滿足設(shè)計標(biāo)高的要求時，需要對型鋼開展提升、重復(fù)下插的操作，直到符合設(shè)計標(biāo)高的要求為止。在施工現(xiàn)場，還應(yīng)該準(zhǔn)備好錘壓設(shè)備，可在型鋼難以憑借自身重量完成插入工作時加以應(yīng)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(huán)節(jié)中，需要做好以下四個方面工作：一是在施工現(xiàn)場，要準(zhǔn)備好液壓頂升設(shè)備，可在環(huán)境較為復(fù)雜、場地較小的情況下及時投用。二是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用完成后，應(yīng)及時按照基坑的標(biāo)高和周圍的基礎(chǔ)形式，科學(xué)劃分型鋼拔除的區(qū)域和順序。優(yōu)先拔除較遠(yuǎn)位置、短邊的型鋼，再拔除距離基礎(chǔ)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(jī)，夾住型鋼頂部后振動處理，待到同攪拌樁體脫離后，繼續(xù)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(cè)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(xiàn)串聯(lián)的問題。

3 結(jié)語

綜上所述，SMW 工法樁施工工藝，在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的投用中具有現(xiàn)實意義。因此，工程單位要繼續(xù)通過施工實踐，積累更多的施工經(jīng)驗，不斷完善有關(guān)理論，讓SMW 工法樁施工工藝得到推廣和應(yīng)用。通過精準(zhǔn)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(shù)、水泥漿液制備和注入、H 型鋼的處理，以及鉆進(jìn)、提升、攪拌、清洗、移位等施工要點，帶動我國深基坑圍護(hù)工程事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。