SMW工法桩在深基坑围护中的应用

■韦明嵩 ■中交三航局第三工程有限公司，江苏 南京 210011

1 工程概况

青祁路南段快速路工程B标位于无锡市滨湖区现状青祁路上，与下穿太湖大道的A标段相接，向北延伸，下穿建筑路，与地面桥梁青祁桥相接，主线全长1055.727米，其中快速路主线地道长775米，地道为箱式结构，双向六车道布置。

地质及水文资料表明，隧道通过地段隶属于于江南地层区，境内第四纪沉积物覆盖广泛，除泥盆系出露地表并组成境内山体外，其余地层均隐伏于第四系之下。土层自上而下可划分为9大层14小层和6个夹层，场区土层分布不甚均匀，埋深及厚度有一定变化。本场地土层主要为粘性土和粉(砂)性土，属弱透水层，场地浅部地下水类型为潜水，赋存于浅部粘性土层和粉(砂)土层中，其补给来源主要为大气降水与地表泾流，地下水位随季节、气候及潮汐作用而有变化。地下水稳定水位为+1.93m。基坑四周无污染源，地下水对砼无腐蚀。

2 基坑围护结构设计

2.1 围护方案

主线隧道基坑开挖深度为6.6～12.2米，采用垂直支护结构，支护体系为围护桩(包括止水帷幕)+围檩+支撑钢管。桩顶用钢筋砼圈梁兼作首道支撑围囹，其余选用双拼H400×600×14×16型钢作围囹。支撑钢管采用ø609钢管，钢管水平间距为均4米。根据基坑的深度不同，横断面上分别设置1～3道支撑。为减少围护桩在基坑开挖时的位移，须对钢支撑施加预应力，其值为15～133吨。

2.2 围护桩形式的比较

目前，深基坑围护墙体采用的结构形式一般都为钻孔灌注桩，配套采用深层搅拌桩作为止水帷幕，工程造价较高，施工速度慢，施工工序多，对环境的影响、污染均较大。与之相比较，SMW工法桩有如下优点：(1)在现代城市修建的深基坑工程，经常靠近建筑物红线施工，SMW工法在这方面具有相当优势，其中心线离建筑物的墙面80厘米即可施工。(2)钻孔灌注桩由自身特性决定，施工时形成大量泥浆需外运处理，而SMW工法仅在开槽时有少量土方外运。(3)SMW工法桩构造简单，施工速度快，可大幅缩短工期。(4)SMW工法桩作围护结构同时起到支挡与止水作用，与钻孔灌注桩相比结构整体性和防水性能均较好，可降低后期维护成本。

2.3 围护桩选型

鉴于SMW工法桩的诸多优点，故我们在确定围护桩形式时优先考虑采用SMW工法桩。为保证基坑及周边房屋的安全性(钻孔灌注桩桩身刚度大，不易变形)，局部地段采用钻孔灌注桩加止水帷幕。全线围护桩纵向长775延米，其中SMW工法桩就有594延米，钻孔灌注桩仅181延米。

针对无锡地区地质情况，我们组织使用国产动力头的三轴工法桩机进场试桩，试桩结果表明，国产动力头功率较小(仅100KW)，钻头进入第④层土后已无法继续钻进(进尺仅有3cm/min)，国产动力头的三轴工法桩机不适应无锡土层。为此，我们重新组织使用进口动力头的三轴工法桩机(功率达到140KW)进场正式展开施工。

3 SMW工法桩施工工艺

3.1 SMW工法桩的含义

SMW工法也叫柱列式土壤水泥墙工法，即利用多轴型长螺旋钻孔机在土壤中钻孔，达到预定深度后，边提钻边从钻头端部注入适合不同工程连续墙的水泥浆，将其与原土壤进行搅拌，在原位置上建成一段土壤水泥墙。然后再进行第二段墙施工，使相邻的土壤水泥墙彼此有重合段，连续重叠搭接施工即可做成地下连续墙。同时根据不同需要，插入工字钢，在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体，作深开挖基础维护或止水之用。

3.2 SMW工法桩施工步骤

清理地下障碍物、平整场地→放线定位→开挖沟槽→导向围檩型钢定位、划定钻孔位置→三轴搅拌机就位、校正、桩杆钻头找正→钻进、压浆注入、搅拌、成桩→插入H型钢→挖机清理沟槽水泥浆→三轴搅拌机移位、定位、校正→下道工序重复施工。

4 关键技术的处理

H型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作，以及H型钢的制作和打拔。

4.1 搅拌桩制作

与常规搅拌桩比较，要特别注重桩的间距和垂直度。施工垂直度应小于1%，以保证型钢插打起拔顺利，保证墙体的防渗性能。

注浆配比除满足抗渗和强度要求外，尚应满足型钢插入顺利等要求。

4.2 保证桩体垂直度措施

(1)在铺设道轨枕木处要整平整实，使道轨枕木在同一水平线上;(2)在开孔之前用水平尺对机械架进行校对，以确保桩体的垂直度达到要求;(3)用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正，确保搅拌轴垂直;(4)施工过程中随机对机座四周标高进行复测，确保机械处于水平状态施工，同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测。

4.3 保证加固体强度均匀措施

(1)压浆阶段时，不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩，则在向下钻进50厘米后再喷浆提升;(2)采用“一喷一搅”施工工艺，钻进时喷浆量控制在60%，提升喷浆量控制在40%;严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度;(3)搅拌头下沉至设计桩顶标高后，开启灰浆泵，将已拌制好的水泥浆压入地基土中，并边喷浆边搅拌约1-2分钟;(4)控制重复搅拌提升速度在0.8-1.0米/分以内，以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌;(5)相邻桩的施工间隔时间不能超过24小时，否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆，以保证桩间搭接强度;(6)预搅时，地基土应完全搅拌切碎，以利于与水泥浆的均匀搅拌。

4.4 型钢的制作与插入起拔

(1)施工中采用H型钢，对接时采用双面坡口焊接，焊材使用J422焊条。为保证型钢表面平整光滑，其表面平整度控制1‰以内，并不得有错台。(2)型钢拔出，减摩剂至关重要。型钢表面应进行除锈，并在干燥条件下涂抹减摩剂，搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。且搅拌桩顶施工圈梁前，事先用油毛毡及泡沫板将型钢包裹好进行隔离，以利拔桩。(3)型钢应在水泥土初凝前插入。插入前应校正位置，设立导向装置，以保证垂直度小于1%，插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压沉。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。(4)型钢回收。采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升，汽车吊或履带吊配合起拔，将H型钢拔出。采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。

5 SMW工法的主要主要优点及缺点

5.1 SMW工法的优点

(1)施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。(2)钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥浆与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，它比传统的连续墙具有更可靠的止水性。(3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。(4)可成墙厚度550-1300毫米，常用厚度为850及600毫米;成墙最大深度目前为65米，视地质条件尚可施工至更深。(5)所需工期较其他工法短。在一般地质条件下，为钻孔灌注桩加止水帷幕的四分之一。(6)废土外运量远比其他工法少。实践证明该工程采用SMW工法施工是可行的。由于四周可不作防护，型钢又可回收，造价明显降低，加快了工程进度，取得了良好的经济和社会效益。

5.2 SMW工法的缺点

总的来说工法机对场地依赖性较强。通常工法机主要分为履带式和步履式两种，前者移动迅速，但对地面平整度要求较高;后者成桩质量较好、对地面平整度要求不高，但是移动相当缓慢且体积庞大，不利于交叉作业的开展。在施工前必须合理安排型钢堆放与造浆的区域。

6 结束语

SMW工法桩于1976年在日本问世后，世界多个国家进行了引进，中国与上世纪90年代引进该项技术，此后国内诸多厂家开始仿制和研制三轴工法桩机，设备数量的增加使得该种工法能够得到迅速推广，并在地下工程领域占有一席之地。

通过近60天的SMW工法桩施工，我们对这种工艺有了较为全面的认识。实践证明SMW工法桩在该工程深基坑围护中的运用是成功的，有效降低造价，加快了工程进度，取得了良好的经济和社会效益。