建筑工程中基坑SMW工法施工技术的应用及问题处理

　　摘 要: 近年来，随着我国经济和城市建设的发展，开发和利用地下空间的要求日显重要。本文根据作者工作实践经验;阐述了SMW工法在基坑维护工程施工中的应用及注意事项，以供参考。

　　关键词: 建筑基坑工程,SMW工法,技术应用,问题处理

　　SMW工法( soil mixing wall) 又称加筋水泥地下连续墙工法, 其工作机理是通过特殊的多轴深层搅拌机将土体切散, 同时从钻头前端将水泥浆注入土体, 通过搅拌头将水泥浆与原位土反复混合搅拌, 采取重叠搭接, 在水泥土结硬前按设计间距插入H型钢作为应力加强材料, 直至水泥土结硬后形成型钢水泥土复合挡土墙, 围护结构挡土功能完成后回收型钢重复使用。SMW工法是将围护挡土结构和防渗止水帷幕两种功能结合的支护结构形式, 其结构由水泥土搅拌桩与H型钢复合而成。水泥土搅拌桩搭接形成的地下连续墙起到了止水帷幕和重力式挡土墙的作用; 而H型钢主要是承受水土压力及其他荷载对挡土墙形成的弯矩和剪力[1]。本文叙述SMW工法在基坑围护工程中的施工注意事项和相关问题的处理方法。

　　1 SMW工法的特点

　　目前, 基坑围护结构形式多为地下连续墙或密排钻孔灌注桩加深层搅拌桩。前者工程造价较高, 后者占用地下空间较大, 二者对环境的影响、污染均较大。[1]而SMW工法很好地解决了上述问题, 其特点如下。

　　( 1) 对周围地基影响小。由于就地与水泥搅拌成桩, 与地下连续墙相比, 对邻近土体扰动较小, 不致产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损或地下设施破坏等危害。

　　( 2) 高止水性。由于钻掘和搅拌反复进行, 可使水泥与土得到充分搅拌, 墙体全长无接缝, 因而具有可靠的止水性。

　　( 3) 适用性强。能适应各种地层, 可在粘性土、粉土、砂砾土中应用。

　　( 4) 可以减少基坑围护墙体厚度, 合理利用城市地下空间。

　　( 5) 环境污染小。废土外运量比其他工法少, 施工时振动小、噪声较低、泥浆污染小, 可促进城市文明建设。

　　( 6) 工期短、造价低。采用就地将原土加固的方式施工, 施工工艺简单效率高, 所需工期短。与灌注桩施工周期相比可缩短工期50%左右, 与地下连续墙相比可降低造价40%左右。当前常用深基坑支护体系指标对比见表1。

　　2 施工中的有关注意事项

　　( 1) SMW工法成桩过程的质量控制标准应参照水泥土深层搅拌桩, 即保证水泥掺量以及提升速度, 并至少复搅1次以上。成桩过程中提升速度<0.6m/min;搅拌速度R=45 r /min。

　　( 2) 注意控制H型钢的插入时间。钻杆达到设计深度时要及时插入H型钢, 以免因水泥土的凝固影响插入或强制插入后影响水泥土的完整性, 导致不能很好地协同作用。应尽可能靠型钢自重插入, 起拔时要垂直用力, 不允许倾斜插放或侧向撞击型钢。

　　( 3) H型钢宜选用没有接头的整桩。若H型钢需要焊接, 须避开支护桩最大受力处, 有焊接接头的桩数不超过总桩数的50%, 相邻桩接头在垂直方向须错开2m以上。起吊前在距H型钢顶端0.2m处开1个中心孔, 孔径约40mm, 作为型钢插入和起拔的吊点, 桩头两面应贴焊钢板以增加强度。

　　( 4) 开挖土方必须待搅拌桩强度达到设计强度后方可, 且须提前两周进行坑内井点降水, 抽干坑内残留水, 以保证坑底脚趾稳定。按设计要求逐块逐层开挖, 及时支撑, 不得超挖, 注意土体应力释放节奏。挖至坑底即浇筑素混凝土垫层封底并加速底板浇筑。工序间的衔接紧密与否直接影响到围护结构变形的发展, 变形过大不但会破坏周边地貌, 还会增加型钢回收难度。

　　( 5) 加强施工监测, 建立监控报警制度。SMW施工过程及土方开挖中应进行全过程监测, 主要是墙体水平位移和周边建筑物及地表沉降, 早期和后期为1次/d, 中期为2～3次/d, 中间若发生突变, 应增加监测频率。

　　3 SMW工法施工中的一些问题及处理

　　3.1 基坑开挖过程中周边环境变形问题

　　3.1.1 墙体水平位移

　　基坑开挖过程中, 墙体的水平位移随时间的延长而增大。开挖有支撑的基坑土方时, 下一工况开始时的位移曲线在上一工况结束时的位移曲线的内侧, 表明下一工况新增加的支撑和预加轴力对位移的发展有限制作用, 使位移值略有减小; 但随时间延长, 位移均逐渐增大, 并超过上一工况结束时的位移值, 且随开挖进行位移最大值的位置逐渐下移[2]。支护桩沿土体深度方向的变形受桩顶约束条件决定。有桩顶约束的墙体变形呈中部大、上下端小的形状。无桩顶约束的墙体在基坑地表处为最大值, 向下逐渐变小。在墙体位移曲线中有2个较明显的拐点, 一个是在开挖面以下2m的位置,表明该范围内被动土压力较小, 施工中应采取注浆加固等措施, 提高该部位被动土压力, 以有效降低墙体水平位移。另一处为型钢的端部, 在型钢与水泥土交界面墙体刚度变化较大, 水泥土对墙体抵抗变形作用不大。

　　3.1.2 地表沉降变形

　　周边建筑物和地表的沉降变形, 一方面由墙体水平位移造成, 另一方面由基坑降水过度引起地基土固结沉降造成。总体而言是随建筑物与基坑的距离增大而逐渐减小。最大沉降值发生在距基坑1倍挖深处。基坑开挖的影响范围大致为挖深的2.5～3倍, 同一横断面上最大水平位移是最大沉降量的1.4倍。实践证明, 基坑开挖过程中施工工序的合理有序及紧凑程度直接影响到对周边环境变形的控制成果。施工单位尤应高度重视第一道支撑的设置、地下室垫层和底板的及时浇筑。

　　3.2 支撑体系的设置与拆除问题

　　支撑体系的设置包括围檩梁和水平支撑的设置。型钢与围檩梁及水平支撑组成的围护结构, 表现为空间协作体系。局部受力较大时会通过围檩梁传递给相邻的其他排桩, 围檩梁的刚度越大, 空间的协同作用就越显著。型钢伸入围檩梁的长度应不小于300mm, 以提高水泥墙的整体刚度。伸入围檩梁部分的H型钢须用隔离材料包裹。对墙体水平位移的分析表明, 由于在开挖面以下2m的区域被动土压力较小, 从而形成了一个明显的位移突变的拐点。在缺少底部支撑的情况下, 此区域会随时间延长逐步扩大, 因此基坑挖至设计标高后应及时浇筑垫层封底, 并尽快完成底板浇筑使其成为墙体支撑。为使底板形成支护桩的水平支撑, 在底板与桩体间应设置传力带。传力带厚度一般不小于400mm, 混凝土强度等级不小于C20。若底板厚度过大, 可在下部先做砂石垫层, 再在其上浇筑不小于400mm厚的混凝土。传力带强度达到设计强度75%以上后, 方可拆除上部支撑。

　　3.3 型钢起拔的相关问题

　　SMW工法最大的特点之一就是型钢能拔起回收,降低了围护工程的造价, 因此型钢回收效率是决定工程成本的关键, 也是评价工程成功与否的主要标准。型钢回收原理是通过型钢表面涂刷的减摩剂材料, 降低型钢和水泥土之间的粘结力。当向上起拔力达到一定值时,隔离材料发生剪切破坏, 减小了起拔阻力。起拔阻力小于型钢屈服强度的70%时, 型钢就能够无损坏地回收。型钢起拔阻力主要由静摩擦阻力、变形阻力及型钢自重等3部分组成, 施工中应着重考虑如何减少静摩擦阻力和变形阻力。例如涂刷型钢表面隔离剂时应严禁少涂、漏涂; 型钢加工制作或焊接时要确保平整度和垂直度, 不允许出现扭曲现象; 型钢应尽可能靠自重插入, 起拔时要垂直用力, 不允许倾斜起拔。目前型钢起拔多使用100 t千斤顶, 以围檩梁为基底, 最大起拔力一般在1 600～1 900 kN间, 且均发生在最初阶段, 后期起拔力一般保持在1 000 kN左右并随型钢拔出长度的增加而递减。型钢起拔应连续施工, 若出现停顿会增加拔出阻力。

　　3.4 施工机械问题

　　目前采用SMW工法施工的中小型基坑, 多使用经改良的国产双轴深层搅拌桩机, 其优点主要是机械费用低, 能降低施工成本, 但也有许多不足之处, 例如只有双层搅拌叶片, 采用两次提升喷浆、三次搅拌, 成桩时间较长; 需借助外力将型钢插入到位; 一次成墙面积小, 施工效率较低; 搅拌机动力较小, 最大成墙深度仅20m等。为推广应用SMW工法, 应积极完善和发展适应该工法的施工机械。

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