深基坑围护结构中SMW工法桩施工工艺研究

高延伟

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100000）

0 引言

SMW 工法桩是我国近年来引进的深基坑围护结构，具有规避深基坑渗水风险、占地面积较小等特点，对不同的地质条件有较强的适应性。SMW 工法桩的抗渗效果优良，可应用在大多数基础工程的施工中。因此，工程单位应对SMW 工法桩施工工艺高度重视，加强对该工艺的研究，为今后的工程建设夯实基础。

1 深基坑围护结构中SMW 工法桩的特征

SMW 工法桩的原理是，在特殊地坪情况下，利用多轴搅拌钻机，开展原地削土工作。向钻机内注入水泥浆液后，便能在混合土体内部构成水泥柱型的挡土墙，最后在挡土墙中插入刚性材料即可。该工艺具有六点特征：其一，在施工作业中，对于周围土体的扰动相对较少。不会造成周围土体下沉、地下建筑物倾斜、道路开裂破坏、设施移位等危害问题。其二，适用于砂砾土、粉土，以及单轴抗压强度不超过60MPa 的岩层。其三，不需要处理泥浆问题。施工中噪声强度低，对周围环境影响较小。整体强度较高，且同其他工法相比，施工工期较短，还能搭配多道支撑灵活应用。其四，搅拌钻机的钻杆具备搅拌、螺旋前进的功能，可以伴随反复搅拌和钻杆钻进，使土和水泥得以充分搅拌，实现墙体无缝衔接，构筑成了性能卓越的防水屏障。其五，成型后的SMW 工法桩还可在特定的条件下作为地下连续墙使用，比地下连续墙的品质和强度更高，节省了原材料和施工成本。其六，成墙的最大深度为65m，成墙的厚度平均为0.55～1.3m[1]。

2 深基坑围护结构中SMW 工法桩的施工工艺分析

2.1 工程概况

工程项目属于新建的珠三角城际轨道交通琶洲支线，全线设有4 个车站，线路全长为17.621km。PZH-2 标三工区内存在疏散井3 座，竖井1 座，盾构隧道全长5897.36m，明挖隧道全长1280m，路基为246.8m，连续刚构桥为93.2m。出口左线明挖隧道的里程范围为DK16+160—DK17+20，长度为850m，DK16+160—DK16+645 段为明挖矩形框架结构，DK16+645—DK17+010 段则为带有钢筋混凝土雨棚的U 型槽结构，DK16+645—DK16+795 段的基坑全长150m，深度为9.1～4.5m；出口右线明挖隧道的里程范围为YDK16+770—YDK17+200，持仓都为430m，YDK16+770—YDK16+880 为明挖矩形框架结构，YDK16+880—YDK17+300 段同样为带有钢筋混凝土雨棚的U 型槽结构，YDK16+880—YDK17+090 段的基坑全长210m，深度为8.625～1.9m。在出口左线和右线位置上，均设置了1～2 道的钢支撑，围护结构选用了三轴水泥搅拌桩，桩径和间距分别为85cm、60cm。

2.2 地质条件

在DK16+645—DK16+795 段和YDK16+880—YDK17+090 段的周围环境中，地上附着物分别为鱼塘、苗圃。施工场地内存在四种类型的不良地质问题和特殊岩土的情况：其一，软土。软土具有压缩性高、孔隙大、含水量较高的特征。软土层主要为冲积—海陆的交互型沉积淤泥，淤泥质为黏土层、粉质黏土，沿线分布在平原地区，在水平、垂直方向上存在分布不均匀，范围较大的特点。淤泥的厚度为0.5～20.6m，平均厚度为4.31m；淤泥质的黏土层厚度为2.2～17.4m，平均厚度为8.19m；粉质黏土层的厚度控制在1.35～7.8m，平均厚度为4.11m。其二，填土。人工填土层的材质主要为颜色较杂的素填土和杂填土，前者包括人工堆填的碎石、中粗砂、粉质黏土，后者包括混凝土块、砖块等建筑垃圾。填土层在水平方上分布范围较大，而在垂直方向上具有不平均、向上分布的特点，厚度为0.5～6.2m，平均厚度为2.1m。其三，风化岩。在混合花岗岩的分布区域内，含量较高的成分具有全风化带黏粒的特征，在浸水后容易发生软化崩解的现象。在中度、强度风化的自然状态下，具备较好的力学性质，但在长期水浸的作用下可软化崩解，且在失水后容易存在干裂的问题。其四，砂土地震效应。部分区域存在冲积—海陆交互型沉积砂层，主要为粗砂、中砂、细砂、粉砂，在7 级地震烈度的情况下，存在饱和粉细砂层液化的可能性。

2.3 施工要点

2.3.1 施工部署

（1）施工场地的围挡封闭。当获得了施工区域土地临时使用权后，需要立即开展测量放线、路基平整回填的工作，统一设置全封闭的正式施工围挡，施工作业要按照珠三角城际轨道交通提出的相应要求和标准，打造一个安全、和谐、文明的优良施工环境。

（2）场地的平整和硬化。由于SMW 工法桩在施工作业中的挖槽、搅拌、打拔H 型钢等环节均需要使用机械设备，对施工现场内的地基应采取加固处理和场地硬化处理措施，采用混凝土路面的方法，控制混凝土的型号为C25，厚度为20cm。

（3）临电临水的布置。按照施工规模和机械设备的实际配置状态，在左线、右线的施工场地内，应配置1 台1250kVA 的变压器，维持用电的平稳性。施工用水采取市政自来水和附近沟渠水2 种类型，抽取沟渠水通过水箱存储增压后，直接送往施工现场。主管道同步连接自来水管，为消防、应急等备用情况提供保障。

（4）施工设备入场。在施工作业中，对于需要的所有施工设备，均使用平板车以托运的方式运输至施工现场。设备入场后，要尽快对设备的完整性进行检验。调试后，经过监理工程师审批同意，才能投入使用或选择退出施工现场。

（5）由于该施工的工程量较大，在场地内可设置6个规格为50t 的水泥罐用于存放水泥，水泥的总存储量为300t，能够充分满足施工用水泥的供应。

（6）因土方施工存在时间限制，计划在夜间运输土方。可在施工现场内，布置一个400m3容量的临时集土坑。

（7）在施工区域附近，需要布置水泥浆设备的放置平台，按照造浆设备、储浆设备、水泥罐的占地面积，水泥浆设备可放置在20m×15m 的平台上[2]。

2.3.2 施工顺序

该工程应用SMW 工法桩主要使用了“两搅两喷”的工艺，按照“定位—预搅下沉—喷浆搅拌上升—完成”的流程进行施工作业。在左线和右线的明挖隧道中，均使用1 台三轴搅拌钻机开展施工工作。始终遵循“从小里程向大里程”推进的原则，依次完成SMW工法桩的施工作业。需要根据设计图纸内容，对桩号加以科学编排，施工人员按照桩号的顺序进行施打处理。在搅拌桩施工顺序上，需要采取单侧跳打的施工方法，适用于N 值小于50 的地基土，还要对水泥混凝土搅拌桩及时进行搭接处理，控制机械设备的垂直度，用以保证重复套钻和止水的实际效果[3]。具体的SMW 工法桩施工工艺流程示意图如图1所示。

图1 SMW 工法桩施工工艺流程示意图

2.3.3 测量放线和开挖沟槽

按照既定的坐标基准点，以及围护结构的施工图纸、总平面布置图纸，放出桩位的控制线，完成临时控制桩的设置任务。在制作技术复核清单，判断复核工作准确无误后，监理工程师负责进行验收。除此之外，在开挖沟槽时，事先将地下位置存在的各类障碍物清理干净，深基坑围护结构的边线使用的挖机规格为0.4m3，控制沟槽的尺寸为1.2m×1.5m，尽快处理好与开挖沟槽相关的土体。

2.3.4 搅拌桩和水泥混凝土配合比参数

搅拌桩的定位偏差需要控制在5cm 以内，且成桩之后，桩径的误差要控制在1cm 左右。经过现场试验之后证明，最适宜的水泥混凝土水灰比为1∶1，需要在设计水泥浆液配合比之时，保证水泥混凝土自身的强度，减少土体的置换率，有利于缓解施工作业对于环境产生的扰动影响。结合工程实际情况，搅拌桩水泥浆液配合比相关参数为：水泥材质为普通硅酸盐水泥，实际施工中的水泥浆液配合比根据试桩后的总结报告确定。要求桩身在28d 以内的无侧限抗压强度至少为1MPa，且水泥的掺入量控制为18%，水泥浆液配合比值为1.5，说明在每套三轴搅拌桩的桩体内，水泥掺量为479kg[4]。

2.3.5 水泥浆液制备和注入

首要任务是在施工现场，及时安装水泥浆专用的自动搅拌设备。在设备周围布置若干水泥罐，在水泥浆液搅制完成后，将水泥浆液倒入水泥罐作为备用。水泥浆液制备之后的停滞时间最多为2h，相邻搅拌桩的施工作业间隔最多为0.5d。在注浆作业中，压力和流量参数应分别控制在1～1.2MPa、100～150L/min。经由2 台注浆泵、2 条管路同Y 型接头，从H 口的位置混合注入。

2.3.6 钻进、提升、搅拌、清洗、移位

除了确保水泥、原状土的均匀搅拌以外，还要在首次提升中采用注浆搅拌的方法，严格控制加固区域的下沉和提升速度，分别不得超过1.67cm/s、0.83cm/s。重复搅拌提升速度在1.33～1.67cm/s，且停浆面要控制在位于桩顶标高以上的0.5m 处。在桩底部分上，则应该停留30s 进行搅拌注浆。之后需要在集料斗内加入清水，对压浆管道和相关设备开展清洗处理工作。移位进行下幅桩的施工作业。

2.3.7 H 型钢的处理

此次工程施工中需要的H 型钢长度为12m，为了保证运输工作有序进行，需要增加现场拼焊的环节。焊缝主要为坡口满焊，焊缝要同两侧的翼板面平齐。

在涂刷减摩剂的环节中，为了使型钢的插入和拔出更加顺畅，减摩剂的制备要始终根据配合比、环境温度等有关参数进行。可将减摩剂均匀涂抹在型钢表面，不得存在锈斑、油污等杂质，控制涂抹的厚度大约为3mm。若发现型钢在调运中存在碰撞、变形较大的问题，要尽快补充涂抹减摩剂。在使用减摩剂时，要采用电热棒进行加热。减摩剂融化后，应该在搅拌棒搅拌厚度均匀的情况下，才可涂抹在型钢上。在遇到降水时，要优先用抹布擦干型钢的表面之后，才能将减摩剂涂抹于型钢上。在型钢表面涂好涂层后，若发现存在开裂、剥落问题，则要立即进行清除，重新涂抹减摩剂。在开展深基坑开挖工作后，混凝土圈梁的制作环节中，需要用发泡纸包裹好型钢，为之后型钢拔出提供更多便利。

在H 型钢插入和固定的环节中，首先，确定型钢的主要平面布置形式和间距；其次，以设计图纸为核心；最后，确定布置方法为密插式。需要做好以下四个方面工作：一是在型钢插入前涂抹减摩剂，使用电热棒加热融化减摩剂后，均匀涂抹在型钢的表面上。二是完成水泥混凝土搅拌桩的施工任务后，要选用25t 级别的吊机对型钢进行起吊处理，插入时间控制在搅拌桩施工流程完成后的2～4h 以内。三是安装好定位型钢卡，将型钢沿着钢卡缓慢插入水泥混凝土搅拌桩。在插入1～2m 之后，需要及时借助线坠的力量，对型钢的垂直度进行精确调整。四是在型钢插入难以满足设计标高的要求时，需要对型钢开展提升、重复下插的操作，直到符合设计标高的要求为止。在施工现场，还应该准备好锤压设备，可在型钢难以凭借自身重量完成插入工作时加以应用。SMW 工法桩型钢密插式布置方法示意图如图2所示。

图2 SMW 工法桩型钢密插式布置方法示意图

在H 型钢的拔除环节中，需要做好以下四个方面工作：一是在施工现场，要准备好液压顶升设备，可在环境较为复杂、场地较小的情况下及时投用。二是在围护结构使用完成后，应及时按照基坑的标高和周围的基础形式，科学划分型钢拔除的区域和顺序。优先拔除较远位置、短边的型钢，再拔除距离基础较近、长边的型钢，始终维持拔除的对称性。三是使用振动拔桩机，夹住型钢顶部后振动处理，待到同搅拌桩体脱离后，继续振动和向上提起，直到完全拔出型钢。四是在拔除型钢之时，不得倾斜拔起或侧向撞击，要始终以垂直的方向施加力，且型钢露出地面的部分不得出现串联的问题。

3 结语

综上所述，SMW 工法桩施工工艺，在深基坑围护结构的投用中具有现实意义。因此，工程单位要继续通过施工实践，积累更多的施工经验，不断完善有关理论，让SMW 工法桩施工工艺得到推广和应用。通过精准把握施工部署、施工顺序、测量放线和开挖沟槽、搅拌桩和水泥混凝土配合比参数、水泥浆液制备和注入、H 型钢的处理，以及钻进、提升、搅拌、清洗、移位等施工要点，带动我国深基坑围护工程事业的长远发展。