地下连续墙和SMW 工法桩接头部位渗水问题的思考及建议

徐建成

（苏州交通工程集团有限公司 江苏苏州 215000）

基坑支护和基坑降水是基坑开挖工程中遇到的常规问题，在“既挡土又止水”的要求下，地下连续墙和SMW 工法桩是大家容易想到的两种结构，他们结合内支撑（混凝土或者钢管）均能满足一般的基坑支护使用，虽然两种的支护结构刚度相差较大。

一般，二者使用的基坑深度不一致。在苏州地区，地下连续墙加内支撑一般用于深度大于15m 以上的基坑，SMW 工法桩加内支撑一般用于深度不大于15m 以上的基坑。在公路、城市道路的U 形槽段从最深爬坡之地面，基坑的深度往往从大于15m 以上，逐渐减小为零，这样往往地下连续墙加内支撑、SMW 工法桩加内支撑两种形式接头使用。本文的案例工程就是结合某道路工程，讨论两种支护形式约为刚度差异造成的基坑变形差异，为避免差异变形造成的漏水事故，而采取的支护刚度协调和其他工程措施的设计思路和处理措施。

1 支护形式的介绍

1.1 地下连续墙内支撑

地下连续墙内支撑是一种将地下连续墙和内支撑联合挡土止水的支挡结构。其中地下连续墙是“分槽段用专用机械成槽、浇筑混钢筋凝土所形成的地下连续墙体”[1]。而内支撑是设置在基坑内的由钢筋混凝土或者钢构件组成的用以支撑挡土构件的结构部件，根据采用的是钢筋混凝土或者钢材，分别称为混凝土内支撑和钢内支撑[1]。

地下连续墙的特点是墙体刚度大，整体性好，支护结构及地基变形均小；支护工程对周边环境影响小，特别是周边建筑物和地下管线扰动小；支护结构的深度较大，可以用于超深的围护结构[2]。

1.2 SMW 工法桩内支撑

SMW 工法桩内支撑是一种将SMW 工法桩和内支撑联合挡土止水的支挡结构。其中SMW 工法桩是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H 型钢或钢板作为其应力。

SMW 工法桩的特点是施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面沉降、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害；型钢插入深度一般小于搅拌桩深度，可以部分回收重复利用；支护结构的深度比较深，可以用于一般深基坑的围护结构。

1.3 支护结构的刚度

对多支点的支撑式的支挡结构，结构本身的刚度受配筋、长度、嵌固深度等因素的影响，造成其抵抗土体压力、控制变形的能力不一致。

SMW 工法桩的内力计算模式，，在型钢宽度为w，静距为t 时，则有每根型钢的等价宽度w+t，在不考虑高度提高系数α 时，按照刚度相等原则：

式中：Es、Is-型钢的弹性模量与惯性矩；Ec-混凝土弹性模量。

地下连续墙的的各个计算单元的刚度，与各个结点处的地基水平方向弹簧系数、水平刚度之间的刚度关系：

式中：Gw-一个计算单元的地连墙的刚度；Ew-墙体的弹性模量；I-墙体的惯性矩；λ-相邻两个结点的距离，及一个结算单元距离。

1.4 支护结构的地面变形

对支护墙体后面地面的沉降和位移变形，很多学者进行过认真细致的研究，但是由于其为双向（水平向位移和竖直向沉降）的综合变形，受地质、支护形式、基坑超载样式、超载大小等条件的影响，大家研究出来的结论是多种多样。本文研究所采用的是行业规范建议采用的抛物线法计算的变形曲线，分别对SMW 工法桩和地连墙进行比较。

对地面的变形计算，常见的方法是抛物线法，计算公式：各个地面点的沉降：

图1 抛物线法计算地面沉降计算

式中各个符号含义详见规范2。

1.5 常见控制止水支护结构渗水的工程措施

在常见的支护工程中，地下连续墙和SMW 工法桩既能起到安全的支护作用，又能很好的进行地下水的止水，所以二者被广泛的使用。但是如果这两种支护结构在止水效果方面出现效果差、失败时，往往采用注浆、旋喷桩等方法进行堵漏补强，利用水泥浆截断渗水通道，进而达到止水的目的。

2 案例工程介绍和分析

某市政道路工程，属于软土地区的地下隧道与地面道路两种形式的结合形式，路基在从隧道段到地面段是逐步抬升，形成工程上的U 型槽段。在U 型槽段的基坑支护开挖时，支护形式采用的为地下连续墙内支撑和SMW 工法桩内支撑。

2.1 案例工程地质情况介绍

根据本工程勘察报告，本段落基坑开挖范围内主要有6 大层土（第四系全新统人工堆积层（Q4ml）①填土；第四系全新统湖泊沼泽沉积层（Q4l+h）②黏土、②1粉质黏土、③粉砂、③1粉土、④粉质黏土；第四系上更新统冲积层（Q3al）⑤黏土、⑤1粉质黏土、⑥黏土、⑥1粉土、⑥2粉质黏土等），主要土层的工程特性如表1 所示。

表1 支护深度范围内的主要地层极其性质

本段落基坑施工影响较大的地下水为孔隙潜水和微承压水。孔隙潜水主要赋存于浅部填土层中，勘察期间测得潜水稳定水位高程为0.65～2.08m；微承压水主要赋存于③粉砂及③1粉土中，勘察期间测得微承压水的测压水位高程为1.18～1.50m，水头高约5～10m。

2.2 案例工程支护设计介绍

K1+080～K1+110 段围护形式为φ850@600SMW 工法桩，采用1 道钢筋混凝土支撑+2 道钢支撑，顶圈梁尺寸为1000×1100mm，1 道钢筋混凝土支撑的轴力设计值为724.99kN；第1 道钢支撑的轴力设计值为1099.27kN，预加力为660kN；第2 道钢支撑的轴力设计值为1717.61kN，预加力为970kN。

K1+110～K1+180 段围护形式为地下连续墙，采用1 道钢筋混凝土支撑+2 道钢支撑，地连墙围护形式为800mm 地下连续墙，顶圈梁尺寸为1000×800mm。1 道钢筋混凝土支撑的轴力设计值为747.83kN；第1 道钢支撑的轴力设计值为1122.30kN，预加力为680kN；第2 道钢支撑的轴力设计值为1669.17kN，预加力为1000kN。

两种支护形式在里程K1+110 位置过渡转换，转换时的接头采用高压旋喷桩进行端头堵漏，防止地连墙与工法桩的两段因为施工质量问题形成漏水。设计高压旋喷桩3 根，最近均为800mm，形成有效的封堵墙体。

2.3 案例工程支护后形成的问题

本文重点讨论的即为两种不同支护刚度的支护形式在接点处里程K1+110 位置的变形问题。由于工法桩和地连墙两种体系存在刚度差异，进而造成开挖后地面、支护结构的变形不一致，引起了接头处的位移差，使连接处的止水效果不佳造成渗水。主要原因有3 个方面：

（1）支护的挡土结构一侧是SMW 工法桩，一侧是地下连续墙，两者构造的不同造成抵抗土压力的能力相差较大，墙身和桩身的非嵌固端在主动土压力的作用下的向坑内的变形特点、曲线不一致，造成在同一深度处两者的向坑内侧的位移有差值；

（2）在内支撑的作用下，地下连续墙和工法桩的坑上地面土体的变形，地面的土体的坑内方向位移和沉降大小均不相同，存在一定的差值；

（3）在两种支护形式的连接处设计高压旋喷桩，目的是将两种支护形式变形差形成的缝隙进行有效的填充堵漏，防止开挖时的漏水，但是由于高压旋喷形成的桩体属于“刚性”桩，同时又是在基坑开挖前进行的成桩施工，这样，在基坑开挖过程中，支护结构的逐步变形形成的漏水裂隙额，这些高压旋喷桩不能发挥此时的堵漏作用。

3 支护刚度带来的工程问题的思考

3.1 案例工程支护结构刚度计算对比

依照上述介绍的两种支护结构的支护刚度的计算公式，对SMW 工法、地连墙的设计采用系统的地质参数进行计算，比较基坑开挖相同外界条件下的支护本身的向基坑内侧的变形数据，进行对比分析，如图2所示。

图2 SMW 工法桩及地连墙墙身位移

通过上述的计算模拟图，可以发现工法桩墙身的变形曲线对比，两者的曲线特征不一。地面以下，SMW 工法桩的水平向位移最大约为30mm，大概在基坑开挖的坑底。地连墙的水平位移最大值约为20mm，约为基坑开挖深度的2/3 处。

3.2 案例工程支护结构变形计算对比

按照设计参数、轴力以及模拟的现场施工工况，本工程中两种支护结构在一种地质条件下，墙后地面沉降变形的曲线如图3、图4 所示。

图3 SMW 工法桩墙后沉降位移

图4 地下连续墙墙后沉降位移

统一参照抛物线法的模拟计算结果，在不考虑不可见的坑外超载等影响因素下，SMW 工法桩比地下连续墙的墙后最大位移相差约为12mm。

3.3 支护结构刚度差异带来的工程问题

从上面两种支护形式的理论计算的桩身变形、结构后地面沉降变形的计算对比来看，发现两者的变形特征、变形值等均存在一定的差异。这个变形差异造成两个结构的接头处出现裂缝，进而造成工程问题：

（1）沿着支护结构，自地面至基坑底，两支护结构的结构项坑内变形的计算变形不一致，最大的计算差值为10mm。该变形差值引起该处的土体形成裂缝，足以形成连续的过水通道，进而造成墙体后的地下水进入坑内造成漏水；

（2）支护结构后侧土体的沉降也是不一致的，用抛物线模拟计算，在沉降的最大点，两种支护结构的最大的计算差值为12mm。在SMW 工法桩一侧，多沉降的12mm 土体将在两种结构的连接段形成渗水通道，直接将墙后的地下水流入坑内；

（3）工况的影响。工程施工中的工序和施工组织，也可能导致甚至加剧上述渗水通道的形成，增加裂缝的大小。在同一开挖深度上，如果先开挖地连墙墙体，在地连墙侧的墙—土向坑内变形位移稳定了，在开挖刚度小的SMW 工法桩的土体，这样工法桩的土体的变形会较计算的工况不一致，变形会更大，那么造成的渗水现象会更加严重。

3.4 针对支护结构刚度差异的建议和处理思路

从上述的计算和分析对比，可以大概根据渗水的原因分析，总结出解决差异变形的解决手段和减小差异变形的工程措施和处理思路。

（1）调整支护结构的刚度差异，将接头处两种支护结构的结构体系刚度调整的尽量相近，以减小二者在基坑内侧方向的位移差，进而减小渗水通道形成的可能性。

（2）调整内支撑第一道支撑的轴力，减小工法桩的桩后地面土体的沉降变形值，尽量使其与地下连续墙的墙后地面变形的差值减小，沉降变形最大值的特征点一致，也是减小渗水通道形成的可能性。

（3）调整设计的注浆补强方案，对接头处的注浆方案由1 次高压旋喷桩注浆改为2 次的注浆，同时该2 次注浆措施为1 次临近墙体的高压旋喷水泥浆注浆，和1 次开挖后的稍远墙体的常压水玻璃浆液注浆。目的是第一次的注浆体能够堵塞两种工艺施工中搭接不到位形成的渗水通道，第二次的常压水玻璃注浆，可以在第一次注浆体的外侧形成补强作用，将变形、沉降不一致形成的渗水头都进行有效封闭。

（4）现场根据开挖渗水情况适当调整挖土秩序，必要时局部加撑调整桩身变形。

4 结论与建议

（1）通过对实际的工程案例的现场观察，在基坑的SMW 工法桩和地下连续墙两种支护形式的接头段，虽然均和内支撑将结合，但是由于支护墙体本身的结构刚度差异较大，抵抗土压力的能力差异较大，进而在同一基坑中自地面至坑底，两者的墙身变形最大值点（特征点）、最大变形值存在明显差异，最终差异容易造成理中支护结构接头处旋喷桩失效，进而渗水；

（2）由于墙身的位移变形的差别，墙后的地面发生的沉降变形也是不一致，这个不一致造成接头处容易出现沉降台阶和渗水通道，进而造成地下水从这个通道中人向基坑内渗水，给基坑安全带来威胁；

（3）调整支护结构的刚度差异，将接头处两种支护结构的结构体系刚度调整的尽量相近，可以大大降低支护结构体系刚度差而造成地下水入渗的危险；

（4）调整内支撑第一道支撑的轴力，减小工法桩的桩后地面土体的沉降变形值，可以避免或者减小出现沉降台阶和渗水通道，降低地面沉降差而造成地下水入渗的危险；

（5）调整设计的注浆补强方案，将1 次高压旋喷桩堵漏调整为1 次高压旋喷和1 次常压的水玻璃液体常压堵漏，同时调整第二次的堵漏的施工时间，以求有效的对上述两种渗水裂缝进行封闭堵漏；

（6）现场根据开挖渗水情况适当调整挖土秩序，必要时局部加撑调整桩身变形。总体目的是与第（3）条一致，通过调整开挖土体后的桩身的变形时间、施工工况来减小接头处因为刚度差引起的基坑水平向的位移差，减少渗水风险。