SMW工法桩在深基坑支护中的应用

(福建江夏学院 工程学院，福建 福州 350108)

SMW工法桩在深基坑支护中的应用

郑素苹

(福建江夏学院 工程学院，福建 福州 350108)

以福州市某房地产公司综合楼地下室基坑工程为例，计算、分析了基坑开挖各工况下SMW桩的侧向变形以及地表沉降量等变形规律，对比了SMW围护结构与一般围护结构的支护效果。结果表明：SMW工法桩在基坑支护中限制变形效果好，对周围地基影响小，综合效果优于一般支护形式。

SMW工法桩； 基坑工程； 水平位移； 结构变形

SMW(soil mixing wall的缩写)工法桩支护作为一种新型的基坑支护形式，在水泥搅拌桩内加劲性型钢，具有推广价值和创新意义，目前已在上海、南京等软土地层分部较为广泛的地区得到应用，鲍立楠等[1]基于天津站交通枢纽工程SMW工法支护的变形监测数据进行分析，研究发现基坑开挖卸荷及坑底回弹会对围护结构的安全产生影响；楼春晖等[2]对运用SMW工法桩支护的杭州深厚软黏土基坑实测数据进行研究发现，SMW工法桩对抑制侧向变形有较好的效果；徐源[3]以南京地铁SMW工法工程实例为依托，提出其抗弯刚度总是由型钢和水泥两部分对截面刚度的贡献所组成的结论；顾世坦等[4]通过室内模型对比试验，从多个角度分析了SMW工法的工作特性、型钢-水泥土组合结构的相互作用机理；李东海等[5]则针对非软土地层对比了SMW围护结构的实际变形和三维数值模拟结果分析得出，SMW工法桩同样适用于砂砾地层且刚度比排桩围护结构更好。本文以福州市某房地产公司综合楼地下室基坑工程为例，通过分析基坑开挖各工况下SMW桩的水平位移、剪力、弯矩以及地表沉降量等变形规律，研究不同工况下SMW围护结构变形的影响规律，提出基坑支护中控制SMW工法桩变形的相关措施。

1 工程概况及支护方案

1.1 工程概况

该工程位于福州市马尾区，建成后将成为某地产公司综合楼地下室。基坑呈不规则六边形，基坑尺寸东西向最宽48.70 m，南北向最长61.00 m，支护总长度约230 m，基坑平面图如图1。工程侧壁的安全等级为一级，基坑侧壁安全等级及重要性系数为1.1。

图1 基坑平面图(单位：mm)Fig.1 Layout of excavation(unit:mm)

工程现地面标高8.00 m，设计室内地面标高8.00 m，地下室底板顶面标高-7.70 m，承台垫层底标高-9.80，采用Φ850@600三轴水泥搅拌桩内插H700X300型钢支护，设置加两道钢筋混凝土支撑。基坑支护剖面如图2。

图2 基坑支护剖面图Fig.2 Foundation supporting section

1.2 工程地质条件

拟建场地属于第四系全新统和上更新统的海相淤积和陆相冲洪积成因类型，地貌单元属福州盆地中部地段，为闽江一级阶地，基坑影响范围内土层参数取值如表1。

基坑开挖影响范围的含水层为孔隙潜水(①素填土、④粉砂)和孔隙承压水(⑥粉砂)，地下水位埋深为3.01～4.89 m。本基坑采用Φ850@600水泥搅拌桩作为止水帷幕，采用管井降水的方案进行坑内地下水疏干。

表1 基坑各土层物理力学参数Tab.1 Physical-mechanical parameter of soil layers

2 SMW围护桩侧向变形分析

图3是SMW工法桩随工况发生的侧向变形变化过程。从图3可看出：围护桩在开挖至2.4 m时，距桩顶10 m以内范围桩段发生侧向变形，变形量较小，最大值1.67 mm；之后进行第1道加撑，此时桩测变形量最大值减小为1.62 mm；随后又向下开挖至6.4 m，最大侧向变形增大至8.05 mm，但在进行第2道支撑后再一次减小至7.83 mm；之后进行第3次开挖，开挖深度达9.7 m，最大侧向变形量达17.33 mm。

由此可见，围护桩在基坑支护中侧向变形主要发生在基坑开挖段，变形曲线为单峰形，自桩顶至基坑坑底变形先由小变大再逐渐变小，峰值位于桩顶以下约1/3处，靠近坑底，坑底以下桩段发生较小变形，影响深度大概超出坑底5 m。

图3 SMW桩侧变形图Fig.3 Lateral deformation of SMW pile

由以上分析可看出，随着基坑开挖、加撑工序的进行，侧向位移峰值大小有起落，开挖时位移增大且变化幅度较大，加支撑时位移减小但幅度较小。据《福州市深基坑与建筑边坡工程管理暂行规定》，一级基坑围护桩深层水平位移设计计算限值为20 mm和0.2%的基坑深度的较小值。有学者通过研究得出，软土地区一般板桩支护体系最大侧向变形在0.01H(H为基坑深度)左右[6]，采用钻孔灌注桩或地下连续墙的基坑一般小于0.01H，基本落在0.002H至0.009H之间[7]。图4显示了本基坑开挖时支护桩最大侧向变形的变化过程，由图可见，最大侧向变形量总在开挖时陡增，而加撑仅限制变形继续扩大，基本无法使变形减小，拆撑时变形仍有所增加。由于加撑限制了桩顶的横向变形，因此可以看到桩身最大水平位移位于基坑坑底附近。支护结构最终最大变形量为17.33 mm，约等于0.18%H，符合福州市地方规范，同时小于地下连续墙支护方式的最小限值，综上所述，在本工程中SMW工法桩在基坑支护中限制变形的效果优于一般支护形式，与地下连续墙可相提并论甚至优于其支护效果。

图4 最大侧向变形变化曲线Fig.4 The changing curve of the maximum lateral deformation

3 基坑沉降位移分析

图5为基坑周围的地表沉降与离基坑的距离之间的关系。从图5可看出，该基坑的影响距离约16 m，采用的3种计算模式(三角形法、指数法、抛物线法)所得计算结果显示，该基坑最大沉降量小于40 mm，介于0.1%H～0.4%H之间。根据Moormann统计[8]，大量软粘土地层中的基坑最大地表沉降量基本介于0.5%H～2.0%H，平均值1.0%H；Long[9]的统计结果也显示，软土地层中的基坑最大地表沉降量平均值约0.8%H。因此，本基坑采用SMW工法桩支护所带来的地表沉降处于安全范围，且远远小于平均值。

图5 地表沉降曲线Fig.5 Ground surface subsidence curve

5 结论

1)支护桩的桩身侧向变形随着基坑深度的增加先变大后变小，影响深度超过坑底约1/2H；

2)水平支撑只能限制支护桩的变形而不能使变形恢复，但由于其对桩顶横向变形的限制，使得桩身最大侧向变形位于坑底附近；

3)本工程SMW工法桩的最大侧向变形约0.18%H，符合福州市地方规范，同时小于地下连续墙支护方式的最小限值；

4)本工程采用SMW工法桩的基坑最大地表沉降量0.2%H～0.4%H，远小于其他相同或相似地质条件下的地表沉降统计结果。

因此可以得出结论：SMW工法桩在基坑支护中限制变形效果好，对周围地基影响小，综合效果优于一般支护形式。

[1] 鲍立楠,李竹,王世杰.某深基坑SMW工法支护监测结果分析[J].岩土工程学报,2008(S1):489-492.

[2]楼春晖,夏唐代,刘念武.软土地区基坑中SMW围护桩变形性状研究[J].岩土工程学报,2013,35(S2):1208-1211.

[3] 徐源.SMW工法设计与施工关键技术难点研究[J].徐州工程学院学报(社会科学版),2007,22(2):37-42.

[4] 顾士坦,施建勇.深基坑SMW工法模拟试验研究及工作机理分析[J].岩土力学,2008,29(4):1121-1126.

[5] 李东海,王梦恕,丁振明，等.含砂砾土层SMW围护结构变形的三维数值分析与监测[J].岩土工程学报,2012(S1):120-124.

[6] Peck R B.Deep excavation and tunneling in softground[C]//Proceeding of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,State-of-the-art.Mexico City：s.n.,1969:225-290.

[7] 刘兴旺,施祖元,益德清，等.软土地区基坑开挖变形性状研究[J].岩土工程学报,1999,21(4):456-460.

[8] Moormann C.Analysis of wall and ground movements due to deep excavations in soft soil based on a new worldwide database[J].Soils and Foundations,2004,44(1):87-98.

[9] Long M.Database for retaining wall and ground movements due to deep excavations[J].Journal of Geotechnical &Geoenvironmental Engineering,2001,127(3):203-224.

(责任编辑：陈雯)

ApplicationofSMWconstructionmethodsindeepfoundationsupporting

Zheng Suping

(College of Engineering,Fujian Jiangxia University,Fuzhou 350108,China)

Based on the project of a foundation pit of a real estate agency in Fuzhou，the lateral deformation of soil mixing wall(SMW) pile and the variation law of ground surface subsidence under various excavation conditions were analysed.The supporting result of SMW and that of the general enclosing structure were compard.The results indicate that the SMW can better control deformation in the foundation pit supporting,and exerts less influence on the surrounding foundation with favourable comprehensive result.

SMW engineering method pile；foundation pit engineering；horizontal displacement；structural deformation

TU463

A

1672-4348(2017)04-0313-04

10.3969/j.issn.1672-4348.2017.04.002

2017-01-05

福建省中青年教师教育科研项目(JAT160549)

郑素苹(1983- )，女，福建南安人，讲师，硕士，研究方向：岩土工程。