SMW 工法桩在宁波北环快速路基坑围护中的应用

李红丽， 周筱留

(1．波德威工程造价投资咨询有限公司，浙江 宁波 315000;2．芜湖正泰监理宁波分公司，浙江 宁波 315000)

1 工程概况

宁波市北环快速路工程金山路西侧到江北大道段，既有高架快速路也有轨道交通高架桥，是浙江省第一个、国内第三个高架道路与城市轨道交通相结合的高架结构工程，轨道交通工程在江北大道由地上转入地下，与高架道路分离。地上转入地下段采用明挖施工，基坑全长552．056 m，其中敞开段303．377 m，暗埋段218．679 m;基坑宽度10．1 ～18．7 m，基坑深14．4 ～0．85 m。基坑深度H ＞11 m 时，采用钻孔灌注桩+止水帷幕支护，共长89 m;7 m ＜H ＜11 m 时采用Φ850@600 mmSMW 工法桩支护，共173.6 m;2．6 m ＜H ＜7 m 时采用 Φ650@400 mmSMW 工法桩支护，共116 m，其余放坡开挖。

整个深基坑围护结构中SMW 工法桩围护结构长度大，工法桩作为一种较新型的施工工艺在宁波软土地基条件下应用并不多，对该工艺进行全面的研究。

2 工程地质

宁波是典型的软土地基，工程基坑最大开挖深度为14．3 m，开挖深度范围内的土层主要有填土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土及零星分布的灰黄～灰色粘土、粉质粘土夹粉砂，基坑支护范围内土层为粉质粘土。

3 SMW 工法桩施工工艺

施工准备→开挖导沟→设置机架移动导轨→SMW 桩架定位、浆液制作→搅拌提升喷浆→型钢进场焊接、涂减摩剂、插入型钢→结构施工、回填→型钢拔起回收→注浆填充。

3．1 施工准备

施工准备是整个工程施工中十分重要的一环，施工准备是否充分往往决定了整个工程进展是否顺利。施工准备工作主要包括现场调查、方案编制、材料报验、设备报验、定位复测、搅拌桩编号、水泥用量计量、钻杆长度复测与标识等。

图1 施工顺序

(1)SMW 工法桩施工顺序。为保证墙体的连续性和接头的施工质量，我们采用套接一孔的单侧挤压施工方案，施工顺序图1 所示，其中阴影部分为重复套钻。水泥搅拌桩的搭接以及施工桩体的垂直度补正是依靠重复套钻来保证，同时达到止水的作用。施工设备采用三轴水泥搅拌机，每个单元三孔，其中一孔套接前一单元后一孔。

(2)水泥用量的确定。计算单幅水泥用量时，对于首开幅，单幅桩的被搅拌土体体积应为3 个圆形截面面积与深度的乘积;采用套接一孔法连续施工时，后续单幅桩的被搅拌土体体积应为2 个圆形截面面积与深度的乘积，圆形相互搭接的部分应重复计算，被搅拌土体的质量按照1 800 kg/m3计算。按设计要求，本工程水泥掺量为20%，事实上，套接孔水泥用量高于20%，而中孔水泥含量则低于20%。

(3)场地平整。设备进场前对施工场地进行平整，清除表层硬物，素土需夯实，满足履带吊车及履带式桩架行走。

(4)测量放样。根据坐标基准点，按方案放出桩位，并设临时控制桩，桩位需复核合格。

3．2 开挖导沟

导沟一方面是提供施工导向，另一方面是临时储存多余浆液、上翻余土，满足文明施工需要。导沟沿围护中心线平行方向开掘，沟槽宽度根据围护结构宽度确定，槽宽约1．2 m，深度约1．5 m。

3．3 桩机就位

(1)桩机平面位置控制。操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心就位准确。挖沟槽前划定三轴机动力头中心线到机前定位线的距离，并在线上做好第一幅三轴机施工加固的定位标记。

(2)垂直度控制。在桩架上焊接一半径为5 cm 的铁圈，主钻杆10 m 高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤线正好通过铁圈中心。每次施工前适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在3‰以内。

(3)桩长控制标记。施工前在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。

3．4 三轴水泥搅拌桩成桩

(1)搅拌桩施工采用“二次喷浆，二次搅拌”工艺。成桩程序如图2 所示。

(2)水泥采用42．5 级普硅水泥，水泥浆液的水灰比1．5，水泥掺入比20%。在施工中应加强对水泥用量和水灰比的控制，确保泵送压力在1．5 ～2．5 MPa。

(3)根据钻头下沉和提升的速度，注入土体搅拌均匀的水泥浆液，确保水泥土搅拌桩在初凝前达到充分搅拌，水泥与被加固土体充分拌和，以确保搅拌桩的加固质量。

(4)在施工中根据地层条件，严格控制搅拌钻机下沉速度和提升速度，在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，确保搅拌时间，每根桩均应匀速下钻、匀速提升。

图2 搅拌桩成桩程序图

(5)经常进行现场实测压浆泵的流量、泥浆比重、浆液配合比与理论数据相比较，使理论数据与实测数据相吻合，确保桩体的成桩质量。

3．5 H 型钢插入

(1)型钢进场及焊接验收。型钢进场后需对型钢规格、尺寸、焊接质量进行验收，合格后方允许进行下道工序施工。

(2)减摩剂涂抹。H 型钢的减摩是H 型钢插入、顶拔顺利进行的关键工序。减摩剂要严格按试验配合比及操作方法并结合环境温度制备，将减摩剂均匀涂抹到型钢表面2 遍以上，厚度控制在3 mm 左右，型钢表面不能有油污、老锈或块状锈斑。涂完减摩剂的型钢在吊运过程中应避免变形过大和碰撞受损。若插入桩体前发现上述情况，应及时补涂。

(3)型钢插入。①型钢插入流程如图3 所示。②型钢水泥土搅拌墙中型钢采用密插或隔一插一。③在插入型钢前，安装由型钢组合而成的导向轨。每搅拌1 ～2 根桩，便及时将型钢插入，停止搅拌至插桩时间控制在30 min 内，不能超过1 h。④在导槽上设置H 型钢定位卡固定插入型钢的平面位置。型钢采用汽车吊起吊，型钢成竖直方向后，型钢定位卡牢固、水平，将H 型钢底部中心对准桩位中心沿定位卡靠自重垂直缓缓插入水泥搅拌桩内，用经纬仪或线锤控制型钢插入垂直度。⑤型钢插放达不到设计标高时，采取缓慢提升型钢到适当高度，然后重复下插。

(4)H 型钢起拔回收。结构混凝土强度达到设计要求后可拔除型钢;起拔系统主要是两台油压千斤顶，两台最大起拔力为400 t，加夹具自重约3 t。插入水泥土中H 型钢规格为H700 mm×300 mm，理论估算起拔力约为11 t/m。H 型钢拔出后，水泥土中的空隙采用水灰比1∶ 1 的水泥浆注浆。

图3 H 型钢插入流程

3．6 质量控制要点

(1)孔位放样误差小于50 mm。

(2)严格控制按设计要求配置浆液，控制水灰比和搅拌时间，注浆时控制注浆压力和速度。严禁使用过期水泥、受潮水泥，对每批水泥进行复试合格后方可使用。

(3)钻孔深度误差小于±5 cm，利用钻杆和桩架相对定位原理，在钻杆上划出控制钻孔深度的标尺线，控制钻孔深度的达标。

(4)开钻前用桩架垂直度指示仪调整桩架垂直度，并用经纬仪进行校核。

(5)严格控制钻管下钻、提升的速度(下沉速度为不大于1 m/min，提升为不大于2．0 m/min)。

(6)确保桩身强度和均匀性要求①施工中应严格控制每搅拌桶的水泥用量及液面高度，用水量采取总量控制，并用比重仪随时检查水泥浆的比重。②土体应充分搅拌，严格控制钻孔下沉、提升速度，使原状土充分破碎有利于水泥浆与土均匀拌和。③压浆阶段输浆管道不能堵塞，不允许发生断浆现象，后台供浆应连续进行，全桩须注浆均匀，不得发生土浆夹心层。④发现管道堵塞，应立即停泵处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上提和下沉0．5 m 后继续注浆和恢复搅拌，以防断桩发生。

(7)施工冷缝处理施工过程中一旦出现冷缝则采取在冷缝处围护桩外侧补搅拌桩方案，为保证补桩效果，补桩与围护桩搭接厚度约20 cm。如图4 所示。

3．7 SMW 工法桩效果

SMW 工法桩的质量检查验收包括水泥搅拌桩与型钢两个方面。水泥搅拌桩强度检测通过钻孔取芯进行检测，检测强度22 组，均满足设计要求，基坑开挖过程中未发现明显的渗水现象，整个施工过程基坑变形、支撑轴力、地面变化等监测结果显示均未现报警，这也验证了对SMW 工法桩的控制是有效的，工法桩基坑开挖后如图5 所示。

图4 施工冷缝处理

图5 基坑开挖效果

3．8 SMW 工法桩施工的几点思考

(1)型钢高程问题。型钢插入采用依靠型钢自重下沉法，但在施工过程中，因搅拌桩桩身条件的变化，常出现型钢插不到位或型钢到位后再度自然下沉现象，因此现场要准备锤压机具，以备型钢依靠自重难以插入到位时使用;同时，在孔口设定向装置，当型钢插到设计标高时，用Φ8 吊筋将型钢固定，避免超沉现象。

(2)水泥用量问题。理论上，搅拌桩强度随水泥用量增加而增加，事实上，当水泥浆液注人量过多时，由于水泥土搅拌桩中的含水量增多，特别是在软土地质情况下，反而会降低强度和防水性能。这也是软土地质条件下水泥搅拌桩的一个普遍问题，有时候施工人员为了一定的目的，特意增加喷浆搅拌次数，钻孔取芯却不能成型，就是这个原因。因此，水泥浆应根据地质条件、施工条件不同确定合适的配合比。水泥浆的水灰比不仅影响水泥土搅拌桩的强度和防水性能，也影响到注浆泵的压送能力以及水泥土搅拌桩的均一性和工作效率。在施工条件允许范围内，水灰比越小，搅拌桩的强度及防水性能越好。

(3)阳角问题。阳角由于其位置的特殊性，应力集中，容易变形破坏，因此规范及设计均强调，在阳角位置插入型钢，事实上，当相邻的两孔插入型钢后，阳角往往没有插入空间，实际操作中也无法实现。对于阳角加强问题，还需要其它辅助措施，比如搅拌桩墙厚度增加等。

(4)围护结构外放值问题。在施工中，为确保结构位置，通常在SMW 工法桩施工放样时需要一定的外放值，特别是结构外侧不留工作面时。外放值多大，通常设计会有一个建议值，但终是由施工单位施工技术水平决定的，如果其施工偏差大，则需要外放值大些。由于在基坑开挖、支撑安装过程中，型钢外侧的水泥土剥落，致使结构侧墙与围护桩间距增大，也是一个必须考虑的问题。

4 结束语

SMW 工法桩造价低、工期短、污染少，近年来在基坑围护工程施工中得到了广泛应用。也应该看到，由于地质条件不同，工法桩施工工艺及控制方法均有所差别，特别是现场规范管理是保证工程质量的重要一环，仍需要工程人不断探索、完善。