SMW工法支护技术在软土地区的应用
摘要：SMW工法是一种常用的基坑支护形式，其利用三轴水泥土搅拌桩，内插H型钢，兼止水挡土功能，可用于基坑开挖较深，基坑变形控制要求较高、施工环境较复杂等情况，本文结合基坑支护设计实例，采用三轴水泥搅拌桩内插H型钢，结合混凝土冠梁、角撑+钢管对撑的支护设计，依据基坑开挖过程中围护结构变形监测数据，总结该工法的作用机理、设计方法和施工控制要点。 关键词：三轴搅拌桩；SMW工法；挡土结构；止水；钢管撑；冠梁工装管理系统
引言 型钢水泥土搅拌墙（简称 SMW工法）的一种常用的基坑支护形式[1]，近年来，国内外有很多工程和研究成果[2-4]。SMW工法是在连续套接的三轴水泥搅拌桩内插型钢形成的复合挡土截水结构，本文结合基坑支护设计实例，在设计基坑与厂房地坪桩、承台桩相邻间距小、相邻基坑深度复杂、工期紧等环境条件下，采用SMW工法结合混凝土冠梁、角撑+钢管对撑的支护形式，结合基坑开挖过程中围护结构的变形监测，总结该工法的作用机理、设计方法和施工控制要点，可供同类工程参考。 电动车测功机 1．工程概况
1.1工程基本情况
天津某传动科技有限公司传动齿轮项目，位于天津经济技术开发区西区。建筑总面积约56657.87 m2，4个单体建筑，其中基坑开挖面积约2000㎡，拟建工程重要性等级：场地等级为二级（中等复杂场地），地基等级为二级（中等复杂地基）。
联合厂房基坑地表相对标高-0.6m，坑底标高-5.30m～-8.10m，开挖深度4.7～7.9m，基坑支护设计采用三轴水泥搅拌桩内插H型钢（SMW工法），桩长16米，结合混凝土冠梁、角撑+钢管对撑支护。
1.2工程地质条件
场地大部分区域基本平坦，局部稍有起伏。各勘探点孔口标高介于2.41～4.17m之间，最大高差为1.76m。
依据勘察资料，地基土按成因年代和力学性质，自上而下土质包括：
⑴素填土：可塑～软塑状粉质黏土，层厚一般在1.80～5.00m之间，局部区域厚度较
大；⑷粉质黏土：软塑状态为主，局部呈可塑状态，土质不均，属中～高压缩性土，局部缺失，层厚0.40～1.70m；（6-1）粉质黏土：流塑～软塑状态，土质不均，砂黏混杂，含贝屑，夹淤泥质土，属中～高压缩性土。层厚0.60～3.40m；（6-2）粉土：湿，稍密～中密状态，含贝壳。属中压缩性土。层厚0.50～2.50m；（6-3）粉质黏土：软塑状态为主，土质不均，含贝屑，夹淤泥质土，属中～高压缩性土，层厚4.50～7.50m；（6-4）粉质黏土：软塑～可塑状态，含贝壳，夹粉土及粉砂层。属中压缩性土。层厚1.20～4.70m；（6-4a）粉土：稍密～中密状态，含贝壳，夹粉砂层，属中压缩性土。层厚0.60～4.10m；⑺粉质黏土：灰白、灰黄，软塑～可塑状态，土质不均，黏性较大，含黑泥炭夹层。该层局部缺失。属中压缩性土。层厚0.40～3.50m；依据勘察报告，场地土层参数见表1：
注：C和Φ的取值除素填土采取的经验值外，其他土层参数均采用标准值。
1.3水文地质
本场地表层地下水属潜水类型，地下水稳定水位埋深约在1.50～3.30m左右，以大气
降水方式补给，以大气蒸发方式排泄为主。年变幅在0.50～1.00m左右。本场地地下结构抗浮设计水位可按大沽高程2.50m考虑。
2.基坑支护结构设计与计算
2.1设计难点
根据周边环境，不存在放坡开挖或卸荷的条件，应采用垂直开挖的方案。该项目基坑总面积虽然小，但基坑处在6-3粉质粘土上，并且在基坑工程实施过程中受到许多不确定因素的影响，存在工程风险。
现状厂房内基坑，施工区域周边的地坪桩和承台桩均以施工完毕，采用常规的支护形式和放坡进行支护和止水帷幕的施工，如采用钻孔灌注桩方案，造价和工期又比较浪费，考虑SMW工法即可作为支挡又兼止水功能，且基坑周边地坪桩变形较敏感，如处理不当会造成较大质量缺陷，一旦支护或止水不当将易影响厂房结构安全。
2.2 SMW工法机理设计
基坑支护设计软件是同济启明星深基坑支挡结构设计计算软件FRWS8.1设计，型钢水
泥搅拌墙采用850系列，搅拌直径850mm，间距@1200mm，套接一孔法施工，设计有效桩长15.9m，水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，掺入比20%，水灰比1.5，内插H型钢截面尺寸选用700*300*13*24，有效桩长15.50m，型钢拼接长度16m，内插型钢布置形式采用插一跳一型，转角处45°角均加设一根H型钢，冠梁高度600mm，因受基坑周边土层参数影响，基坑支护设计在深浅坑交界范围内未做长短桩布置，型钢拼接及接桩形式均按《型钢水泥土搅拌墙技术规程》JGJ/T199-2010相关规定执行，内支撑采用φ609钢管，T=16mm，跨度22.05m，考虑型钢后期拔出及孔内注浆措施保证基坑后期变形控制。
2.3 根据工程条件的优化
为兼顾安全可靠和经济合理两方面的需求，本项目型钢具备回收条件，且为确保型钢插入的质量，放坡卸荷、焊接组合方面考虑型钢定尺长度，均为12+4m组合，插打时相邻型钢接缝错开插打，换撑工况采用混凝土板带换撑，厚度200mm，混凝土强度C20，位置根据底板顶标高下返计算，更有利于侧墙施工时，冠梁、钢管支撑的拆除，为满足基坑变形和沉降的要求，针对土方开挖、拆撑工况、工序等进行复核验算和监测要求。
本基坑基底高程不一致，分深浅两部分，深基坑部分深7.5m，型钢回收间隔拔出，孔洞注浆或细沙填筑，基坑深度为7.5m的计算结果见图3-图7。
2.4钢管支撑验算
Φ609钢管撑，轴力最大值2047kN，弯矩152kN·m，长22.05m
3.基坑施工
3.1施工技术要求
机房集中监控 为确保三轴搅拌桩满足设计要求，严格按照下列要求进行施工：施工时应准确定位；严格控制垂直度，采取可靠措施确保垂直度≤0.5％；三轴水泥搅拌桩固化剂采用P.O42.5普硅水泥，水泥掺入比不小于20%，水灰比为1.50，搅拌桩应采用套接一孔法施工，要求全程复搅复喷；搅拌下沉速度宜控制在0.5m/min～1m/min，提升速度宜控制在1m/min～2m/min，并保持均匀下沉或提升；严格按照设计要求的水灰比搅制浆液，浆液不得出现沉淀离析现象；施工过程中，应严格控制水泥用量，宜采用流量计进行计量，如因故停浆，应在恢复喷浆前，将搅拌机头提升或下沉0.5m后再喷浆搅拌，搭接施工间隔时间不宜大于24h，当超过24h时，搭接施工时应放慢搅拌速度，若无法搭接应作为冷缝记录在案，并经设计单位认可后，在搭接处采取补救措施；注浆过程做好浆液种类、配比、注浆压力及旋转提升速度等的记录。
3.2施工工艺
在施工过程中采用套接一孔的施工工序和合理的工艺参数，施工机械就位前，先顺水泥土轴线位挖导向槽，作为返浆浆液的排放沟，然后放线定三轴搅拌桩桩位及要插入型钢的位置；搅拌机就位后，搅拌喷浆下沉到设计桩底深度，上提，控制好提升速度，旋转速度，注浆压力、流量和浆液水灰比等；在搅拌桩施工喷浆过程中，置换后的一部分浆液会返至地面，要尽快清除；在成桩30min内，按设计型钢的位置插入H型钢，并按设计标高固定型钢，即完成SMW工法桩施工。
三轴水泥搅拌桩施工的工艺参数及材料用量、水灰比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定，并符合规范 JGJ/T199-2010表4.1.5的规定；根据规程及施工经验，根据场地地层情况及返浆状况适当加以调整，本工程采用三轴搅拌桩经试验后的参数为：提升速度：搅拌下沉速度宜控制在0.5m/min～0.8m/min，提升速度宜控制在1m/min；下沉旋转速度：16r/min；上提旋转速度：35r/min；注浆压力：0.7MPa；搅拌机头直径不小于850mm；水灰比：1.5；型钢插入靠自重插入，表面涂刷减摩材料，必须采用牢固的定位导向架，插入时保证型钢的垂直度，到位后采用可靠的悬挂构件控制桩顶标高且与已插入型钢连接；
3.3施工监测
基坑周边道路变形（沉降、位移）监测；基坑外地下潜水水位监测；支护桩水平位移、垂直位移及裂缝监测；支撑体系变形（沉降、水平位移及裂缝）监测；支撑体系内力监测；注意加强支护结构变形及位移观测；
除以上监测项目外，监测及施工单位尚应对以下项目进行巡视：基坑渗漏水状况；基坑周边超载控制；
3.4实测结果分析
基坑开挖过程和开挖后，对围护结构桩身的水平位移和周围地表沉降进行观测，观测结果表明：所采用的SMW工法桩支护体系达到了预期效果，监测布置如图8所示，基坑无渗漏现象发生，围护结构桩身变形如图9所示。
整个开挖过程历经6天，桩身变形呈倒C型，此时桩身最大变形发生在坑底以上3m处，最大变形仅为5.4mm；基坑支撑待设备基础底板处换撑板带达到设计强度后拆除。桩身变形结果表明：桩身的受力和变形均小于设计值，支护体系取得较好效果，围护结构是安全可靠的。
3.5水平、竖向位移效果评价
从图9可以看出，在基坑坑底6m以下范围内变形明显变小，与图4计算形态有所不同，BSC内力验算结果最大平面位移16.6mm，表明基坑土质比预想的要好。图10为基坑开挖的现场图，开挖过程中从观察搅拌桩情况表明：该基坑支护仅局部存在滞水，无渗漏现象。
3.6本工法的技术优势
与钻孔桩等柱列式排桩连续墙加搅拌桩围护结构相比，全过程只有一种施工工艺，工艺简单，操作方便，总工期短；H型钢后期可拔出，节约资源，租赁周期可控；与预制桩相比，对周围环境挤土作用较小，要求平面空间更节约，抗渗漏能力较强。
4.结论
⑴SMW工法桩支护结构将挡土和止水合二为一，该工法内插型钢的规格和与之匹配的三轴搅拌桩桩径选择空间较大，设备施工能力三轴30m内，单轴深度已经超30m深，施工工艺简单，场地适应性强，具有广阔的应用前景。
⑵SMW工法与冠梁结合，解决钢支撑连接脚板问题，使连接更简便，受力更合理，组合作用可有效的减小支护桩体的变形，从而有利于围护结构的整体受力。
⑶基坑开挖过程中采用信息化施工，对围护结构的及时进行监测，有利于有效控制基坑的变形，确保基坑和周边环境安全。
参考文献：
[1]赵志缙，应惠清 主编．简明深基坑工程设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，1999．
[2]王健. H 型钢-水泥土组合结构试验研究及 SMW工法的设计理论与计算方法[D]. 上海：同济大学，1998.
光线路终端 [3]张冠军，徐永福，傅德明. SMW 工法型钢起拔试验研究及应用[J].岩石力学与工程学报，2002，21（3）：444－448.
[4]GB50497-2009 建筑基坑工程监测技术规范[S] 北京：中国计划出版社出版.
酵母分离机 [5]JGJ/T199—2010 型钢水泥土搅拌墙技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社.
[6]JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S] . 北京：中国建筑工业出版社.
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