SMW搅拌桩联合灌注桩在基坑支护中的应用

张西林李程

摘要：结合某基坑工程施工，详细介绍了SMW搅拌桩施工工艺，对SMW搅拌桩、灌注桩和混凝土内支撑联合支护进行了计算分析，表明了这种施工形式可满足基坑小变形和止水施工的要求。

关键词：SMW工法；内支撑；变形；止水

1工程概况

某地下通道工程西起梅林西路东至梅林东路。其中四新北路地下通道位于汉阳四新北路与江城大道交汇处，通道基坑总长约为380m，宽度约为18.0~45.0m，基坑深度1.0~13.6m。通道基坑西北侧建筑物距基坑边线最近距离17m；基坑西南侧建筑物距基坑边线最近距离12m。根据《湖北省基坑工程技术规程》，通道基坑重要性等级定为一级，设计使用年限不超过12个月。

2水文、地质概况

2.1水文概况

勘查报告揭露沿线场区的地下水有上层滞水和孔隙承压水两种类型：

上层滞水主要赋存于填土层中，受大气降水、地表水下渗及人类生产、生活用水排放影响，无统一自由水面。详勘外业施工期间实测沿线场区内上层滞水稳定水位埋深在0.80m~1.50m之间，相当于绝对标高18.95~20.05m。

孔隙承压水主要赋存于4层含粉质粘土中细沙层中，6层含碎石粉质黏土以粉质黏土为主，碎石含量约35%，连通性差，水量匮乏，为弱承压水含水层。拟建通道离长江最近约3.0km，承压水与长江水力联系密切，互补关系及季节性变化规律明显，勘探期间将钻孔中上层滞水隔开后，测得场区内的承压水位埋深在地面以下4.50m，相当于绝对标高15.86m。

2.2地质资料

根据钻探资料、原位测试和土工试验成果分析，场地属原始地貌单元主要属长江一级阶地。场区土层除上部为填土层外，其下主要为第四系全新统湖积的淤泥、冲洪积的黏性土，第四系上更新统冲洪积的黏性土、含黏性土的砂及含碎石的黏性土，下伏基岩为白垩纪东湖群的泥质砂岩。根据沿线场区地层年代成因、土的特性、结构特征及强度上的差异，场地土自上而下可分为7层，其中②层分为5个亚层，③层分为2个亚层，⑦层分为2个亚层沿线。本工程沿线各地层土的物理力学参数如表1所示。

1层压实填土：为江城大道的路基土，地表约有0.6~1.0cm的混凝土，其下由粉质黏土、碎砾石及少量上沙性土组成，土质较为均匀；

2-1层淤泥：褐灰色，流塑状，力学强度很低；

2-2层黏土：褐灰色，可塑状，力学强度一般；

2-3层黏土：褐灰色，软塑状，力学强度差；

2-4层黏土：褐灰色，可塑状，局部少量呈软塑状，力学强度较差；

2-5层粉质黏土：褐灰色，可塑状，局部夹有少量粉土，力学强度较好；

3-1层粉质黏土：黄褐色，硬塑状，局部夹少量粉土，力学强度高；

3-1a层粉质黏土：黄褐色，可塑状，力学强度较好；

4层含粉质黏土中细砂：褐黄色，密实状态，局部夹有少量粉土，力学强度高；

5层粉质黏土：黄褐色~褐黄色，硬塑状，力学强度高；

6层含碎石粉质黏土：黄褐色~褐黄色，硬塑状，碎石含量约35%，粒径0.1~5.0cm，磨圆一般，呈亚圆状~次菱角状，力学强度高；

7-1层强风化砂岩：岩芯基本呈砂土状，力学强度好；

7-2层中风化砂岩：主要成分为石英、长石，裂隙稍发育，属于极软岩，力学强度高。

型钢密插

4SMW搅拌桩施工工艺

SMW型钢水泥土搅拌桩施工技术主要有桩位放线、开挖导沟、桩机就位、泥浆制备、搅拌施工、定位型钢的放置等流程组成，具体的流程图如图2。

(1)桩位放线

围护桩的测量控制要点是围护桩的轴线、桩的间距及桩的长度控制。施工前对测量仪器进行校核、对原点坐标进行复核。根据施工图提供的轴线坐标计算出围护桩内边轴线起、止点坐标，根据起、止点坐标用全站仪现场放样。钢尺量距确定每根桩的位置，用油漆将桩的点位标记在定位型钢上。本工程搅拌桩桩中心间距为600mm，咬合150mm，呈线形布置。

(2)桩机就位

水泥搅拌桩桩机安装完毕后，应进行全面的检查调整，成桩设备安装就位平整和稳固，以确保施工中不发生倾斜、移动，在桩架上应设置用于施工中观测深度和斜度的装置。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要做到平稳、安全、桩机定位后，由测量员负责对桩位进行复核，偏差不得大于30mm。

(3)导沟开挖

开挖过程中，根据基坑围护内边控制线，采用小挖机开挖沟槽，并清除地下障碍物，及时处理沟槽余土，以保证SMW工法正常施工。

(4)定位型钢的放置

垂直沟槽（导沟）方向放置两根定位型钢，规格为200×200，长约2.5m，再在平行沟槽方向放置两根规格为500×300，长约12m的定位型钢，在型钢上每隔1.2m作标记，便于施工中查找桩位。定位型钢必须固定好，必要时用电焊进行相互连接；转角处型钢采取腹板在角平分线上插入，型钢定位采用型钢定位卡。

(5)桩基垂直度校正

在桩架上焊接半径为5cm铁圈、3m高处悬挂铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，把钻杆垂直度误差控制在0.5%范围内。

(6)桩长控制标记

施工前在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长，必要时利用水准仪器进行桩顶标高的控制，严格按设计图纸的要求施工。

(7)制备泥浆

根据设计水泥用量360kg/m3和试桩参数确定，试桩位置根据现场情况进行确定。水泥土搅拌桩实桩和空桩数量为9根，钻芯试验合格后方可正式施工。实桩现场28d桩体取芯抗压强度加权平均值不小于0.6MPa，空桩现场28d桩体取芯抗压强度加权平均值不小于0.2MPa。

水泥搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥砂浆水灰比为1.0～1.5左右，水泥掺入比20%。拌浆及注浆量以每钻的加固土体体积换算，浆液输送能力结合成桩钻进速度综合控制。土体加固后搅拌土体28天抗压强度不小于设计强度。

(8)搅拌喷浆下沉

桩位定好后，启动电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架边搅拌、边切土下沉，防止出料口在下沉过程中被土团堵塞。下沉速度由电机监测表控制。施工时一般不得冲水下沉，钻头提升速度不得大于1.0m/min，其垂直偏差不得超过0.5%。

(9)喷浆、搅拌提升

1.搅拌机下沉速度和提升速度应控制在0.5~1.0m/min，并保持匀速下沉和提升，同时要避免提升时孔内产生负压造成周围地基沉降。具体的速度值应根据成桩工艺、水泥浆液配合比、注浆泵的工作流量计算确定，搅拌次数或时间应确保搅拌桩的成桩质量。

2.搅拌机下沉到设计标高后，开启灰浆泵，将已拌制好的水泥浆压入地基土中，并边喷浆边搅拌约1-2min。

3.相邻桩的施工间隔时间不能超过12h，否则要适当多喷一些水泥浆，保证搅拌桩的搭接强度。

4.深层搅拌机下沉到设计深度后，边喷浆、边旋转搅拌钻头，同时严格按设计提升速度提升水泥搅拌机。为使软土与水泥浆搅拌均匀，应再次将搅拌机边旋转边沉入土中。

5.清洗：向集料斗中注入适量的水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残余的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。

(10)型钢减摩措施

1.清除型钢表面的污垢和铁锈。

2.使用电热棒将减摩剂加热至完全熔化，感觉厚薄均匀时，方可涂敷于型钢表面，否则减摩剂涂层不均匀容易产生剥落。

3.如遇雨雪天，型钢表面潮湿，用抹布擦去型钢表面积水，再使用氧气加热或喷灯加热，待型钢干燥后方可涂刷减摩剂。

4.型钢表面涂刷完成减摩剂后若出现剥落现象，应及时重新涂刷。

(11)插入型钢

型钢起吊前在型钢顶端15cm处开一孔径约100mm的圆孔，装好吊具和固定钩，根据甲方提供的高程控制点及现场定位型钢标高选择合理的吊筋长度及焊接点，控制型钢顶标高误差±50mm，桩体和内插型钢的垂直度都不应该大于1/200。

在导墙上设置H型钢定位卡，固定型钢的平面位置。型钢定位卡牢固、水平后，将H型钢底部中心对准桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥搅拌桩内。

型钢插入过程中应随时调整型钢的水平误差和垂直误差。

若型钢插放不到设计标高，可慢慢提升型钢至适当高度，重复下插至设计标高。

(12）移位

将深层搅拌机移位，进行下根桩的施工。

（13）压顶冠梁制作

作为挡土的支护结构，每根桩必须通过桩顶连接共同作用。在SMW搅拌桩养护达到设计强度后，制作1200*800混凝土冠梁，混凝土等级为C30。施工时，严禁挖掘机碰撞搅拌墙内的型钢，以免造成搅拌体产生竖向裂缝，破坏围护桩的止水效果。

（14）拔出型钢及注水泥浆填实

待结构施工达到设计强度后，用顶拔装置将型钢从搅拌桩中顶拔出来，回收后经过整形保养，可重复使用。拔出型钢后，立即用1：1水泥浆砂浆填充型钢拔除后的空隙。

5施工检验

本工程对搅拌桩成桩后其桩身强度和均匀性检测。质量检验方法主要采用钻孔取芯检查和标准贯入试验。两种桩型抽检数量分别为总桩数的3％，且不少于6根，两种检测方法各占一半。

（1）钻孔取芯检查：施工28天后，采用钻机取芯样描述芯样的完成性、均匀性（测量、拍照），检验水泥土的单轴抗压强度。沿轴线每300m取芯抽检一孔，不足300m也应布设一孔，每孔取样3组，取样部位为3个孔的上部、中部和底部。钻孔必须用水泥砂浆回填密实。检测不合格时，检查部位应加倍。

（2）标准贯入试验：利用标准贯入器以每分钟15-30击的贯入速率，先打15cm不计击数，继续贯入土中30cm，记录锤击数，测定土中的阻力大小。拔出后，取出贯入器中的土样进行鉴别描述。

6基坑支护结构验算

借助天汉V2005.1系列基坑工程辅助设计软件对本工程基坑支护进行计算，得到的结果如表3所示。

根据《湖北省基坑工程技术规程》，重要性等级为一级的基坑的控制标准为：基坑支护体最大水平位移不大于50mm，被动区最小抗力安全系数一道撑不小于1.2，二道撑不小于1.05，坑底抗隆起安全系数不小于1.8。通过计算得到的数据分析，采用SMW搅拌桩和内支撑的支护形式，能保证通道基坑的安全；在泵房基坑开挖期间，第三道支撑需及时，在泵房墙身强度未达到之前，严禁扰动。

7结论

SMW搅拌桩兼具结构和防水的特性，有着其它支护方式无可比拟的优点，如成桩速度快、防渗效果好、造价低、环境污染小，是近年来基坑支护形式中使用频率较高的一种工艺。结合钻孔灌注桩、内支撑施工，可以很好的控制基坑的变形，达到使用安全的施工要求。

参考文献：

[1]DB42/T159-2012基坑工程技术规程[S].湖北省地方标准.

[2]简明施工手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]实庆熙，张健二，吕艳娥.SMW工法在某工程基坑支护中的应用[J].施工技术，2012[7].

[4]魏仁杰，马骏，钻孔灌注桩和SMW工法桩在软土地区基坑工程中的应用[J].岩土工程技术，2014[4].No.2.

[5]王韵，SMW工法与混凝土支撑在深基坑支护中的应用[J].福建建设科技，2012.No.2.