SMW工法基坑围护施工常见问题及处治方法

唐小勇 郑伟 王擎忠 杜如升

【摘要】详细阐述SMW工法桩基坑围护工程的多种应用型式、常见的施工问题以及系统化的预控措施等。

【关键词】SMW工法；基坑围护；工程事故；方案优化；预控措施

[文章编号]1619-2737（2016）01-11-642

1. 前言

SMW工法作为地下工程新技术始创于日本，我国在上九十年代中期由上海率先引进，后推广至南京、杭州、天津等地，并以沿海城市居多。经过十余年的应用实践，SMW工法基坑支护工程技术日趋成熟，已广泛应用于地铁、非开挖管线、建筑深基坑等工程领域，取得了较好的经济效益和环境效益。即便如此，由于多方面的因素，也发生过不少基坑工程事故，因此有必要总结相关的经验教训，以期进一步提升该工法应用的安全可靠度。

2. 目前SMW工法基坑围护工程的几类常见的应用型式

就杭州市区而言，该工法基坑围护工程的最大坑深已达16m～18m，本文工法桩系指单轴直径为650、850、1000的三轴水泥搅拌桩经套打形成地下水泥土连续墙-具有较高保障度的止水帷幕，若插入H型钢等应力补强材后能成为可靠的止水和挡土结构。迄今有以下几类应用型式：

2.1SMW重力式挡墙。按桩平面布置分为滿搅式和格栅式，可设计成部分桩体插筋补强、或其中一排落深插入不透水层，加上钢筋砼压顶梁形成挡土围护结构。一般坑深≤5m，否则不经济；SMW工法亦大量用于深基坑坑底加固、坑底封闭加固隔水、坑内被动土加固控制基坑变形。

2.2SMW工法桩插入H型钢桩。当坑深≤5m在土性较好的砂土地层且坑边荷载不大、并允许坑外降水周边无重要建构筑物与管线时可采用悬臂桩式围护；此外多为结合1～3道内钢管支撑或钢筋砼水平支撑的围护结构；当基坑平面太大时也有按中心岛式施工并设置周边斜（坡）撑形成围护结构。

2.3当允许坑外降水时，可以取消内支撑，使工法桩与预应力土锚、加筋水泥土锚桩联合应用，在基坑平面特别大的基坑中更为适合。

2.4SMW工法桩中插入钢筋砼T型、H型桩做成悬臂式支护（坑深一般≤5m），或结合内支撑形成围护结构，一般坑深≤8m较合适。

2.5SMW工法桩（素搅）与钻孔灌注桩排桩或地下连续墙再加内支撑构成复合围护结构，一般适于基坑较深，如16～18m。

2.6SMW工法桩插钢桩（加内支撑或预应力土锚支护）同基坑上部的土钉墙支护体系共同构成深基坑围护结构，此类基坑一般规模大、坑深超过12m且允许坑外深降水。

可见该工法桩的应用型式较多又较复杂，在一定程度上增加了施工难度，一般认为施工中稍有不慎容易发生问题。

3. 基坑围护施工中常见的问题汇列

基坑围护施工中常见的问题主要有以下几点：（1）施工场地经钻孔桩或管桩施工后更为松软使桩机行走不稳，或导沟开挖较深而沟壁不稳导致搅拌桩机倾斜影响搅拌桩垂直度；

（2）有较多的地下障碍物、甚至遇到老桩迫使停工，或者因强行施工造成SMW墙搭接隐患；

（3）先打围护桩后打挤土工程桩造成SMW墙开裂渗水；

（4）在土性为中密以上的砂层中施工，若搅拌桩长度超过18m的极易发生埋钻事故，而且钢桩凭自重不能插到设计深度，而钢筋混凝土桩插不到位更是常见现象；

（5）水泥掺合量控制不准；

（6）H型钢桩回拔时顶拔力过高造成压顶梁断裂压碎甚至水泥土墙顶压碎，导致拔桩失败；

（7）不分层挖土且一挖到底或是钢支撑安装滞后造成围护结构变形突增继而水泥土墙开裂，产生侧漏甚至喷水涌砂事故；

（8）市区工程施工中往往由于水泥供应不及时而经常停歇、间隙时间过长形成多处隐性冷缝，开挖后先是微渗没能引起重视，随后逐渐冲蚀恶化成渗漏、喷涌事故。另外，暑季施工中易发生注浆管路堵塞而处理不及时形成断桩导致坑壁渗漏事故；

（9）水泥土挡墙太深而搅拌轴同心度不足或是遭遇地下障碍物，导致深部桩墙劈叉、搭接不足，或者是水泥土墙没有插入不透水层、坑内降水能力不足等原因，发生坑底涌砂上隆甚至坑脚内凸踢脚大变形事故；

（10）内撑式基坑换撑后变形过大，水泥土墙渗水喷砂，殃及周边环境等；

（11）基坑暴露时间过长，发生基坑持续变形大、降水井部分失效地下水位难以下降、坑壁渗漏穷与应付等问题，由于应急措施不力而久战不决，耗费巨大并严重影响地下工程施工和周边环境的安全；

（12）地下工程完成时，由于周边环境狭小不具备拔钢桩施工条件，结果是拔钢桩耗费耗时，背离了制定设计方案时力求节约的初衷。

4. 工法桩施工的预防性技术措施和处理方法

总体而言，确保工法桩基坑工程的施工质量安全的主要预防措施着重在于施工单位根据自身的专业经验，在认真评估设计方案的适用性、安全性、环保性和经济性的基础能够提出切实可行的优化建议，并编制系统化的专项施工组织设计，再经专家组论证后给予实施。与此同时，应调整好工程桩与围护结构的施工次序关系，切实加强信息化施工管理（有赖于业主方与专业监测单位的支持配合），加强施工过程中的应急控制。除这些大的原则之外，较具体的措施和方法不外乎如下：

4.1认真做好“三通一平”和围护桩、支撑立柱桩的定位测量工作，确保钻机行走路线的场地大小及其地表坚实度.对于钻孔桩和管桩施工留下的空洞和泥浆地均应置换填实，应避免桩定位失误。

4.2对导沟沿线应预先测定场地高程、计算导沟深度，据现场表层土质判断导沟的稳定性，否则应与设计监理等方协商调整导沟深度。

4.3导沟沿线的地下障碍物必须预先清除，一般采用人工清除、挖机挖填置换清除、拔桩清除等法。若置换范围和深度较大时，应提出调整清除范围内的SMW桩的施工参数——钻提次数与速度，水泥掺合比等，必要应出具专门的地下障碍物清除施工方案，确保桩体质量。

4.4桩施工顺序必须正确，先打完有挤土作用的工程桩再打SMW工法桩围护结构。双层围护结构中应该先打SMW工法桩后打钻孔桩（墙）且应确保平面定位准确（平面偏差不大于50），以防止挡土桩（墙）侵入SMW止水帷幕削弱止水断面。

4.5施工机械安装及试运行完毕时应作专项安检，对作业人员进行专项技术、质量、安全和文明作业方面的交底，做到上下齐心，设备正常。

4.6钻机的钻进速度、上拔速度、钻杆回转速度、泥浆泵的型号流量与压力、空压机的供气量与压力等施工参数应进行必要的计算，确保上述施工参数相互匹配，进而才能保证水泥土桩的水泥掺合比和桩体强度指标。

4.7一般超过13m的H型钢桩应安排在现场拼接，因此现场要浇筑固定的台座、配备专职焊工和吊机，控制各桩的接头位置，保证钢桩成型质量和进度。

4.8凡钢筋砼T型、H型桩的长度超过8m时（或H型桩长超过18m时），应考虑使用激震锤插桩。若钢筋砼T型、H型桩桩长超过12m时应调用压桩力为1000～2000KN的静压桩机插桩。需分节焊接的钢筋砼桩应预先分批现场焊接后整桩插入，严禁在插桩时焊接。

4.9在厚度较大且中密的粉细砂层中施工之前，应据当地经验适当调整钻机和注浆泵型号做到动力足够、注浆压力高、动力头分级启动，必要时调整空压机型号、钻杆螺旋片形式及钻头型号，在不影响桩体强度前提下，适当掺入占水泥用量2%～5%的优质膨润土，快钻慢拔，基本上能避免埋钻事故发生。

4.10凡需拔钢桩回收的，应预先验算在最大拔桩力作用下压顶梁的抗剪、抗冲切和作用范围内水泥土墙的抗压，最大拔桩力一般按钢桩侧摩阻力45～60KN/m²，另考虑钢桩因弯曲变形增加拔力系数1.1～1.3计算。必要时应调整压顶梁的截面和强度设计，确保安全拔桩；

4.11基坑的支撑成型、降排水、分层挖土、变形与应力监测、水位监测、周边环境保护等应严格按设计和专项施工方案进行，同时注意基坑时空效应，切实控制基坑变形和抽降水安全。

4.12基坑工程一般施工历时较长，加强基坑的监测和日常抗渗维护尤为重要，其中涉及应急预案和应急处理。SMW工法桩系列事故中主要还是渗漏水处理不及时酿成的工程事故，所以在基坑开挖前，必须设立专门抢险小组，现场准备好编织袋、速凝水泥、水玻璃、水泥和双液注浆机具等，在基坑开挖、基础施工期间实行24小时巡视监控，发现渗漏要及时抢堵不得耽延，在渗漏面较深较集中处可以考虑采用高压旋喷桩作坑壁外加强处理。发生坑边涌砂、底土隆起时，应立即覆土反压辅以周密深降水再开挖抢浇砼垫层解决之。

4.13特别要加强换撑施工管理，换撑使SMW工法桩上段呈悬臂受力，必然发生较大的位移，同时可能导致坑壁渗水，因此必须编制专项换撑施工方案，换撑施工必须做到以下几点：（1）清理坑边使地面附加荷载降至最低；（2）对周边建筑物和地下重要管线预先采取应有的保护措施；（3）拆除支撑的平面流程必须优化；（4）拆撑工艺必须做到支撑应力同步、对称、缓慢释放，禁止瞬间释放；（5）必要时先行设置钢坡撑可显著降低换撑变形量，切实保护周边环境。

4.14一旦受制于环境条件不能拔桩，应会同业主方、设计方、监理方、总包方协商确定专项的拔桩方案，拔桩方案应解决好桩起拔、吊运环节与主体结构正常施工、场地干扰以及地下室顶板超载如何加固等方面的问题。

5. 结语

SMW工法桩基坑围护技术具有深层止水比较可靠、基坑成型施工快速、施工污染低以及工程造价经济等优势，目前已成为基坑工程领域中的重要分支。但鉴于SMW工法的局限性以及发生过的诸多工程事故所揭示的主要根源——即施工环节中出现的技术问题和管理问题，应该引起业界进一步的重视，如果能够采取更有效的预控措施和方法，那么SMW工法桩得到更为广泛的应用至少在技术和管理层面是没有阻碍的。

参考文献

[1]型钢水泥土搅拌墙技术规程（试行）——上海市工程建设规范.DG108-116-2005

[2]唐业清，李启民，崔江余《基坑工程事故分析与处理》。中国建筑工业出版社，1999