“SMW工法”在北京地区基坑支护中的应用

蔡 坤

（中铁华铁工程设计集团有限公司，北京 100071）

随着北京城市化进程日益加快，土地资源越来越稀少，导致很多新建建筑周边地下管线、已有建筑等受限因素太多。目前北京地区常用的基坑支护方案以支护桩+止水帷幕为主，由于种种原因极少采用“SMW工法”，本论文结合工程实例探讨“SMW工法”在北京地区基坑支护中的应用。

1 “SMW工法”施工工艺及设计计算

“SMW工法”通过三轴型钻掘搅拌机将土体搅拌松散，达到预定深度后，边提升钻头边喷射水泥浆，经充分搅拌混合后，在水泥土凝固前插入H型钢，形成复合支护墙体；在各施工单元之间采用重叠搭接施工。既起到止水作用同时也可承担支护作用。

1.1 止水及支护机理

（1） 钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它比传统的连续墙具有更可靠的止水性。

（2） 在水泥土凝固前插入H型钢，待凝固后使水泥土与H型钢形成一体，具有一定刚性，可承担支护作用。

1.2 设计计算

①内力和变形计算；②整体稳定性验算；③抗倾覆稳定性计算；④坑底抗隆起稳定性验算；⑤抗渗流稳定性计算；⑥基坑外土体变形估算。

2 实例

2.1 工程概况

博士后科研创新孵化基地项目基坑工程分为一栋地上16层、地下2层建筑，一栋地上5层、地下2层建筑，2栋地上9层、地下2层建筑。基础埋深8 m，基坑实际深度9.70～11.55 m，拟建场区北侧、东侧不具有放坡条件且存在既有电力、供暖、给水管线。

拟建场区按土的岩性及工程特性地层分为3大层，其中①层土为人工填土层，②～②1层土为新近沉积土层，③～⑦层土为一般第四纪沉积土层。各层土分布如下：

粉质黏土填土①层，本层平均厚度0.6 m；粉质黏土-黏质粉土②层，本层平均厚度0.7 m；粉质黏土③1层，本层平均厚度1.6 m；粉砂③2层，本层平均厚度1.83 m；细砂③层，本层平均厚度6.36 m；粉质黏土④层，本层平均厚度3.16 m；粉质黏土⑤1层，本层平均厚度3.1 m；细砂⑤层，本层平均厚度1.5 m；粉质黏土⑥层，本层平均厚度10.1 m，细砂⑦层，本层平均厚度3.71 m。

拟建场区第四纪地层中的地下水，主要赋存在细砂③层中。地下水类型为潜水，地下水稳定水位埋深为4.0～6.0 m，水位标高为18.29～19.82 m，隔水层为④层粉质黏土层。

因基坑开挖深度为9.70～11.55 m，东侧与已建一期建筑物基底标高一致，其余侧无建（构）筑物，本基坑侧壁安全等级按二级考虑。

2.2 “SMW工法”基坑支护方案

本工程基坑支护方案最先考虑采用上部放坡+下部支护桩+止水帷幕形式，由于现场不具备施工作业面，经过反复研究论证结合现场实际情况及综合经济性，最终采用“SMW工法”+三道预应力锚索支护形式。

设计采用三轴水泥搅拌桩施工技术，桩径650 mm，桩间距450 mm，桩长12.5 m，套接一孔法施工；搅拌桩水泥浆水灰比1.5～2.0，水泥采用强度等级P.O42.5级普通硅酸盐水泥，搅拌桩的水泥掺入量取土的天然质量的20%；由于拟建场区土质较均匀，土体各项指标好，考虑水泥土与内插型钢共同受力，经过计算及验算内插型钢采用涂有减摩剂的28b工字钢，长12 m，“插一跳一”形式；三道预应力锚索采用2根低松弛高强度1 860 MPa7Φ5钢绞线，长度自上而下分别为24 m（自由段7 m），23 m（自由段6 m），20 m（自由段5 m）；锁定值260 kN。

2.3 “SMW工法”+三道预应力锚索支护形式处理效果

采用“SMW工法”+三道预应力锚索支护设计后，通过弹性法及经典法土压力模型对各个工况的验算及整体验算，证实该支护体系安全（详见式Ⅰ～Ⅵ）。

（1） 式Ⅰ型钢抗弯强度验算：

经验算，型钢抗弯强度满足。

（2） 式Ⅱ型钢抗剪强度验算：

经验算，型钢抗剪强度满足。

（3） 式Ⅲ型钢与水泥土之间的错动抗剪验算：

经验算，型钢错动抗剪强度满足。

（4） 式Ⅳ水泥土最薄弱截面处的局部抗剪强度验算：

经验算，最薄弱截面处的局部抗剪强度满足。

（5） 式Ⅴ抗倾覆稳定性验算：

经验算，抗倾覆稳定性系数KQ = 1.598≥1.30，满足规范要求。

（6） 式Ⅵ抗滑移稳定性验算：

经验算，抗滑安全系数Kh= 1.668≥1.20，满足规范要求。

（7） 整体稳定性验算：经验算，支护体系整体稳定，满足规范要求。

2.4 小结

本基坑支护设计方案在施工过程中经历雨季及冬季施工，均未出现任何漏水、周边建筑物沉降超标及支护体系不稳定等情况，故“SMW工法”在北京软土地区效果很好。待结构回填后，利用千斤顶及吊车，将工字钢从水泥土桩中拔出，可继续使用，从而节省资源。

3 结语

目前“SMW工法”在沿海地区应用较为广泛，具有以下优势：

（1） 占地面积小，对周围建（构）筑物影响小。与人工挖孔桩、钻孔灌注桩等传统支护形式相比，“SMW工法”是直接将水泥土与地层中的土与砂进行混合，不需要挖除土，所以不存在临近建（构）筑物不均匀沉降，道路裂缝或地下设施破坏等危害；工字钢插入水泥土桩中与桩体合二为一，共同承担支护及止水作用，节省施工占地面积。

（2） 抗渗性好。“SMW工法”一般采用三轴钻机，可以将土体搅拌得更加均匀，三个钻头中一根注入水泥浆的同时另一个注入高压空气，使得水泥浆与土体充分融合，提高混合体的密实性。

（3） 支护体系更可靠。“SMW工法”在设计计算时仅验算H型钢的抗弯、抗剪强度和工字钢的抗倾覆性，本施工方案结合施工现场土层性质，将水泥土与工字钢共同进行受力计算，为防止开挖后竖向位移过大，桩间设置三道预应力锚杆，增加了整体稳定性。

在其他施工案例中，“SMW工法”也存在一些问题：

①基坑开挖后，开挖面不够平整，影响美观及后续结构施工；②结构回填后，拔出工字钢困难，未达到节省资源的目的；③局部桩位偏差较大，桩间咬合不够，引起渗漏。

尽管“SMW工法” 目前在施工过程中还存在一些问题，但其工期短、经济性强、对环境影响小等特点还是适合当前城市化建设快，复杂施工条件下的基坑支护设计及施工，但需要在过程中把控水泥浆压力参数，减摩剂厚度及桩位偏移量，以确保最终质量。