SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆在深基坑围护中的应用

吴小敬 吕卫东

(1中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063；2长安大学，陕西 西安 710064）

SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆在深基坑围护中的应用

吴小敬1吕卫东2

(1中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063；2长安大学，陕西 西安 710064）

长江三角洲冲击平原淤泥质土分布广泛、厚度大,承压水水位高，工程地质条件复杂，深基坑工程维护施工困难。本工程采用了一种SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆新的双排桩围护结构，工程实践表明，此种围护结构在该工程地质条件下支护效果良好，对大型软土深基坑围护结构施工具有借鉴意义。

SMW工法；钻孔灌注桩；预应力锚杆；围护结构；深基坑

SMW (Soil Mixing Wall)[1]工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，80年代从日本引入我国，采用三轴水泥土搅拌桩内插入型钢（多数为H 型钢，亦有拉森式钢板桩或钢管等），有效地结合了型钢的高强度特性和水泥土的止水性能，是一种刚度大、抗渗性好的基坑围护结构；同时，型钢的回收重复利用，降低了施工成本；另外，还具有构造简单、施工方便、工期短、不影响周围环境等优点[2，3]，在软土地区深大基坑项目围护具有广阔的应用前景。

本工程应用了一种新型的双排桩围护结构体系–SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆的双排桩支护方案，其中前排桩采用SMW工法，挡土止水性能合二为一，后排桩采用钻孔灌注桩。该围护结构体系的抗侧刚度和变形控制优于单排悬臂桩，同时可创造一个比较方便的土方开挖和地下结构施工空间，因此具有较好的应用前景。

1 工程概况

该工程位于苏州市吴江经济开发区，地貌单元属长江三角洲冲击平原。场地地势相对平坦，原为农田及民宅，有一河道呈东西走向贯穿整个场地，宽度在15 m～30m之间，深度约3-6m。基坑开挖工段近似呈“[”形，规模大，围护长度约为310m，东段开挖深度为12.23m，西段开挖深度为6.7m，中间高差为5.53m。本文论述的围护结构应用在东段的南、北两侧深处基坑，支护高度达11.23m。

2 工程地质

表1 土层的工程地质岩土特性参数

根据岩土工程勘察报告，场地土层主要由①-1素填土、①粉质粘土、②淤泥、③-1粘土、③-2粉质粘土、③-a粉质粘土、④-1淤泥质粉质粘土、④-2粉土、④-3粉质粘土等土层组成，各土层的工程地质岩土特性参数见表1。

上部孔隙潜水主要赋存于②号淤泥及其上覆土层中，淤泥质土的富水性与透水性均一般，孔隙潜水主要通过大气降水–地表水渗漏补给，通过蒸发排泄, 常年稳定水位在地表以下-2.20m。下部微承压水主要赋存于④-2粉土层中，主要受侧向径流补给。隔水层为③-1层可塑状粘土层、③-2层可塑状粉质粘土层、③-a层可塑状粉质粘土层及④-1号淤泥质粉质粘土层，总体分布稳定，具有一定厚度，微承压水对本工程的深基坑开挖较为不利，场地内大量勘探孔及坑内工程桩的桩管内外侧壁均有可能构成微承压水上升通道。

3 基坑围护方案

基坑围护方案的选定必须综合考虑工程特点和周边环境情况以及地质和水文条件，在满足地下结构施工以及确保周边建筑安全可靠的前提下尽可能的做到经济合理，施工方便以及提高工效。

整个场地土质条件较差，在东段南、北两侧深处基坑，挖深11.23m，由于上部②层淤泥土层较厚，一般都在5m以上，这层土产生的侧向主动土压力非常大，对基坑开挖很不利，并且这层土也限制了预应力锚杆的施工；另外，基坑底部以下还存在比较厚的相对软弱层，特别是4-1层淤泥质粉质粘土层，该层土厚度超过5m，一般都在10m左右，这使得整个基坑边坡也有沿该土层发生深层滑动的可能。为严格控制基坑侧壁变形，并解决基坑深层滑动问题，同时考虑到工期要求和基坑降水难题，该工段采用SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆的双排桩支护方案（图1为基坑典型剖面图），具有施工空间大，施工速度快，在技术上和经济性方面均有很大优势。为减少围护体系的侧向土压力，结合场地土层分布及地下水情况，基坑分为二级支护。

图1 基坑典型剖面图

第一级采用土钉墙支护，高度2.5m，按1∶1放坡，坡脚设3.7m宽平台。土钉为3道打入式Φ48锚管，第一道在顶部垂直打入，长度为1.5m，水平间距为1500mm；另两道分别在-2.100m和-3.200m处倾斜打入，长度分别为4.5m和3.0m，倾角均为10°，水平间距为1500mm。

第二级采用桩锚围护结构体系。采用双排桩，前排桩为SMW工法，∅850@600三轴搅拌桩内插入H700×300型钢，隔一插一，型钢间距1200mm，桩长为20m。后排桩采用850@1200钻孔灌注桩，桩长为18.5m，间隔跳打。在-7.000m和-9.500m处分别设2道预应力锚杆，锚杆尽量控制在3-2层土内，总长20m，自由段长度5m，锚固段长度15m，倾角α=15°/17.5°交错布置，承载力设计值为180kN。

为提高围护体系的整体稳定性，双排桩桩顶各浇注一道钢筋混凝土压顶圈梁，两道圈梁用混凝土连接板加以联接成整体，前排圈梁亦可作为日后拔除H型钢施压千斤顶的基座。

为预防基坑边坡沿4-1层淤泥质粉质粘土层发生深层滑动，对基坑底沿工法桩周边部分区域，采用搅拌桩墩式加固，预防基坑底水平位移增大并防止土体隆起，保证稳定性。

4 地下水治理方案

本基坑地下水处理方案采用集水明排方法，土方开挖过程中及开挖至坑底后应在基坑内设置临时排水沟和集水井，集水井应尽量设置在阴角处，也可在基坑内布置疏干管井预降水，井管径350mm，孔径600mm，间距15m左右，井管材料采用无砂混凝土管或波纹管制作，预降水宜在土方开挖前15天进行。

5 基坑围护设计

采用m法进行围护结构计算，开挖至坑底深-12.230时，基坑计算内力及变形包络图如图2所示。前排SMW工法桩桩身最大弯矩为276kN·m，发生在-6.10m处；后排灌注桩桩身最大弯矩为469kN·m，发生在桩顶处；支护体最大变形在坑底下-2.5m桩顶处，变形量为14.50mm。锚杆的最大支反力为148KN。

图2 基坑内力及变形计算结果

离基坑越远，地表沉降量越小，分别按照三角形法、指数法和抛物线法三种不同的计算方法，基坑边最大沉降量为25mm，如图3所示。

图3 基坑沉降量

6 监测成果分析

基坑按二级进行监测，根据围护结构的特点，对坡顶及围护墙顶的深层水平位移及竖向位移（沉降）、锚杆应力、地下水位等进行观测，根据监测信息指导施工、预测和分析基坑围护结构工作性能。

6.1 深层水平位移

在该基坑围护工段设置了4根测斜管，根据监测结果，最大位移位于桩顶处，约为34 mm，基本上控制在基坑总深度的1/350范围以内，随着基坑深度的增加，桩体深层水平位移逐渐减少。在锚杆应力观测中，南、北侧各设置一个点，锚杆应力监测值的最大值112KN，小于锚杆设计荷载值180 kN，在基坑开挖过程中，锚杆应力的增长幅度比较平缓。

以上表明支护对基坑侧壁的变形控制是比较理想的，双排桩具有较大的抗侧刚度，连接混凝土板有效控制了工法桩地表的初始变形，预应力锚杆限制了桩体中间的鼓起。

6.2 其它

南北两侧基坑各布置水平、垂直位移监测点3个。监测结果表明，坡顶最大水平位移为33 mm，最大沉降值约为36 mm，周边环境未出现严重开裂或下陷现象，对周边环境影响小。由于基坑附近有钢筋堆场和过车的道路，对基坑变形产生了不利的影响，测量值要比没有这种不利影响测得的值要大。

在施工过程中，未见基坑侧壁有明显的漏水点，表明侧壁相当于止水帷幕，止水效果好。

7 结 语

在软土地区的深大基坑中采用SMW工法+钻孔灌注桩结合预应力锚杆的双排桩围护结构是切实可行的。这种复合型围护体系与地下水的控制紧密结合，使基坑围护获得了成功，是一种较新的施工工艺，对以后类似工程基坑围护有着积极的借鉴意义。通过以上分析主要得出以下结论：

1）该围护结构体系的成功应用，表明其具有较高的抗侧移刚度，能较好地满足工程技术要求。

2）该结构体系的采用，有效地降低了工程造价，缩短了施工工期，对周围土层影响小。

3）SMW 工法搅拌桩墙体可以起到止水帷幕作用，止水效果好，降水难度得到降低。

4）工程完工后H 型钢的回收利用，产生了良好的经济效益。

[1]成幸工业( 株) . SMW 工法. 基础工，1986, ( 8) :105

[2]张忠苗. 桩基工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]刘建航，侯学渊. 基坑工程手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1997.

Combination of SMW construction method and bored piles with prestressed anchor applied to deep foundation pit support

Along the alluvial plain of the Yangtze River Delta, it is challenging to construct a deep foundation pit due to widely distributed and thick muddy soil, a high confined water level, and complex geological conditions. This project used a new retaining structure with double-row piles of the SMW construction method and bored piles combined with prestressed anchor. Engineering practices show that this retaining structure has a good supporting effect under the above geological conditions, and this paper provides a reference for the construction of retaining structures for large-scale, deep foundation pits.

SMW construction method;bored piles;prestressed anchor;retaining structure;deep foundation pit

TU463

B

1003-8965（2017）05-0138-03