SMW工法在佛山地区深基坑支护工程中的应用

SMW工法在佛山地区深基坑支护工程中的应用

姚守国1尹平2岑卫红3王嘉聪4

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广东省六建集团有限公司广东省佛山市528000

摘要：SMW工法是一种新深基坑围护形式。本文结合具体工程，介绍了SMW工法在佛山地区某深基坑工程中的应用，并探讨了其关键技术；现场监测数据表明，该工法是切实可行的，与传统支护体系相比有很强的优越性，值得进一步推广。

关键词：深基坑支护SMW工法关键技术

0引言

近年来，随着城市规模不断发展、升级，人们已逐步将目光转移到地下空间。沿海发达城市，地质条件复杂，而基坑工程规模越来越大、越挖越深，给基坑施工技术提出了新的挑战。

在佛山地区往往分布有淤泥、粉砂、中砂、粗砂等交互的复杂地层，且地下水丰富，深大基坑开挖时需考虑软土的土质特征。对于超过9m的软土深基坑，多采用灌注支护桩+内支撑、地下连续墙+内支撑的支护形式，此两种支护结构刚度大，能有效的控制基坑变形，保证安全。但是，诸多工程实例表明，上述两种支护体系造价高、噪音大、不利于土方大面积开挖，工期长，严重影响工程建设。笔者在设计昇平安置房深基坑工程时，综合考虑基坑本身特点、工期、造价等因素，在佛山禅城区首次将SMW工法应用到深基坑支护中，取得了良好的效益。

1工程概况

图1基坑总平面图

昇平安置房工程位于佛山市禅城区季华路北侧，朝安路西侧，场地北侧为一层厂房及三层建筑，南侧为河涌，西临忠义路，东侧紧挨主干道朝安路。根据岩土工程勘察报告，上覆第四系土层由人工填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、粉细砂、中粗砂和残积土等组成。

根据项目总规划图（见图1），拟建24～30层住宅楼6座，39层办公楼1栋，设3层地下室，面积约19177㎡，周长约676m，开挖深度为11.9m。

综上所述，该工程特点如下：

1）地质条件复杂，基坑开挖影响范围内有填土、淤泥、砂层，各层厚度分布不均，属软土基坑；

2）开挖深度内砂层厚，层厚12～18m，地下水丰富，稳定水位埋深1.5m，具有微承压性，且南边紧邻河涌；

3）基坑开挖规模大且深，平面尺寸约78m×266m，整体深11.9m，属一级基坑；

4）周边环境复杂，北侧为陈旧厂房，距基坑开挖边线约6m，且均为浅基础，对变形极为敏感。

2SMW工法

2.1基坑支护方案比选

本基坑工程开挖深度大，属软土地区，极易产生边坡失稳，支护设计必须结合基坑本身特点，采取有效的围护及止水措施，严格控制基坑变形及周边地表沉降，确保基坑顺利开挖。综合上述因素，几种可选的支护方案见基坑方案选型表1：

表1基坑方案选型

注：西侧由于淤泥较厚，支护措施单独列出。

从表1可见，SMW工法具有明显优势，最终选定SMW工法+两道内支撑/三道锚索方案，该法技术满足要求，施工空间大，整体工期短，且造价低，与传统支护桩+两道内支撑方案相比节省15%～20%。方案投标时，甲方对整体工期要求很严，在方案竞标时此方案倍受业主青睐。

图2为基坑典型剖面图。昇平安置房基坑工程四个角采用桩撑支护，支护桩采用SMW工法成桩，三轴搅拌桩φ850@600，桩长24～27m，底端比型钢深0.5m，内插700×300H型钢，布置方式为密插、插二跳一和插一挑一。设两道钢筋混凝土内支撑，第一道700×900mm，第二道800×900mm，详见图2剖面a。

南侧及北侧中部采用桩锚支护，为减少支护体系承受的侧向土压力，顶部设1.5m放坡，支护桩同上，设三道预应力锚索，抗拔力设计值550～800KN。详见图2剖面b。

2.2关键技术

2.2.1嵌固深度确定

1）H钢嵌固深度

在我国，型钢与水泥土共同作用机理研究不充分，设计时，通常认为型钢承受全部侧向水土压力。而事实上水泥土对型钢的包裹作用，可有效提高整体抗弯刚度，抑制基坑变形，作为一个安全储备。

为节约成本及H钢能顺利回收，H钢嵌固深度一般小于水泥土桩嵌固深度，至少0.5m。H钢嵌固深度由基坑抗倾覆、抗滑移、抗隆起、整体稳定性及内力变形不超过容许值决定。基坑稳定性分析时，嵌固深度按型钢嵌固深度考虑，不应把型钢底面以下那部分水泥土桩考虑进来。

图2基坑典型剖面图

2）三轴搅拌桩嵌固深度

三轴搅拌桩入土深度要求：a满足基坑抗渗流稳定，防止管涌发生;b形成封闭止水帷幕，确保坑内降水不影响周边环境。

2.2.2型钢布置及型号

地质条件不同，侧向水土不同，对型钢产生的弯矩大小不一，为节约成本，设计时可选择合理的型钢布置形式，主要有：密插、插二跳一和插一跳一三种形式。

同样可根据各剖面弯矩大小，选择不同的型钢截面，通常截面尺寸700×300×13×24H型钢，Q235钢。对于局部弯矩较大处，可采用Q345钢，避免抗弯强度不够而布置双排型钢，可大量节省型钢，产生明显经济效益。

2.2.3支撑体系选定及优化

基坑支撑体系选定应综合考虑各方面因素，合理的选择支撑形式，不仅可以节约造价，还能缩短工期，达到良好效果。

本工程支撑选型时，初步设计时为两道钢筋混泥土内支撑。内支撑体系刚度大，可靠性高，但是影响土方开挖及阻碍后期土建施工。业主一再要求缩短工期，需优化支撑体系，最终选择钢筋混凝土内支撑+三道预应力锚索的混合支撑形式。考虑到东侧、西侧管线较多，其中东侧有军用电缆距基坑开挖边线仅1m，在基坑四个角设两道钢筋混泥土内支撑，南北侧长边部位采用3道预应力锚索。这类混合支撑形式，满足技术要求，施工空间大，缩短了工期。

不同支撑体系交界处，由于两种不同支撑体系刚度不同，往往是薄弱面，局部应采取加强措施。内支撑腰梁与锚索腰梁尽量控制在同一标高上，形成一个封闭体；另交界面处锚索可加长，增加一束，适当提高预应力锁定值。

2.2.4施工冷缝处理

施工过程中，由于机械故障、停水、停电等不可预计因素，难免出现冷缝。相邻桩施工间隔时间长，一般超过24小时。先施工桩水泥浆液与土体中水反应，生成水化生成物,再与土体矿物反应,水泥作为胶结体，形成强度较高的水泥土。在不同地层中，水泥土强度不均匀，下一套搅拌桩施工，套打时极易偏钻，在基坑底部位置形成：“倒V”形缺陷，造成止水帷幕不连续，基坑开挖时漏水，造成不可预估的损失。

故施工过程中一旦出现冷缝,则应采取相应的处理措施，可在冷缝处围护桩外侧补素桩方案。在水泥土桩达到一定强度后进行补桩，防止偏桩，确保补桩效果，如图4。

施工过程中一旦出现冷缝，则采取在冷缝处围护桩外侧补素桩方案。在围护桩达到一定强度后进行补桩，以防偏桩，保证补桩效果。如图5。

图5施工冷缝处理

2.2.5H型钢的回收

SMW工法最大的特点之一就是型钢能拔起回收利用,大大降低了围护工程的造价,因此型钢回收效率是决定工程成本的关键,也是评价工程成功与否的重要标准。型钢起拔阻力主要由静摩擦阻力、变形阻力、型钢自重等3部分组成,施工中应重点考虑如何减少静摩擦阻力和变形阻力。这就要求施工中严格控制，如型钢表面隔离剂涂刷时应严禁漏涂、少涂；型钢加工制作或焊接时要确保垂直度和平整度,不允许出现扭曲现象；型钢应尽可能靠自重插入；型钢起拔时选择合适的千斤顶及夹具，要垂直用力,不允许倾斜起拔；同时周边有4～6m的空间，适合吊车行走。

从现场回收情况来看，除基坑转角处约16根型钢由于插入中倾斜度过大无法拔出外，其余均能拔出，回收率达97%，对整体造价影响甚微。

3实测成果分析

昇平安置房属一级基坑，根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009及设计要求，本项目监测项目主要有坡顶水平位移、竖向位移、深层水平位移、锚索内力、内支撑内力、立柱沉降、周边建筑物沉降、地下水位等；通过监测数据，指导开挖，掌握周边环境的变化，为动态设计及信息化施工提供依据。目前基坑已基本开挖到底。

3.1深层水平位移

沿基坑周边，间距约50m，在支护桩后0.5m位置共埋设12个深层水平位移监测点，深24m，其中10根正常工作。选取有代表性一根（CX09）进行分析，此测斜管位移北侧内支撑与锚索交界面处，形成的基坑深层水平位移曲线如图5所示。

由图6可知，水平位移呈现坡顶小，中间大的鼓胀模式。坡顶位移约15mm，最大水平位移出现在-9m处，即基坑中下部，其值约37.5mm。从位移曲线形状看，曲线并不平滑，出现多个拐点，这主要是由于锚索在砂层中施工，局部塌孔，致使测斜管周边形成小空洞，基坑开挖卸荷后，变形不均造成。

图6深层水平位移（CX09）

从时空上分析，2013-12-3日之前最大位移约20mm，此时基坑已开挖至第三道锚索底（-8.85m），而自2013-12-3日到2013-12-13日，基坑开挖到底板底，位移急剧增长至35mm，原因主要有两点：（1）开挖阶段，由于受开挖卸荷影响，水平位移急剧增大，特别是基坑中下部土方的开挖阶段；（2）由于场地砂层较厚，地下水丰富，土方开挖至第三道锚索底（-8.85m），地层已进入砂层1～2m，锚索施工遇到困难，钻进中出现轻微涌水、涌砂现象，致使测斜管周边土体松动，位移增大。而至开挖完成三个月（至2014-3.15），位移基本无变化，其值基本稳定于37.5mm。这说明，基坑基本趋于稳定，同时，从现场实际情况可知，迄今为止基坑周边并未出现明显的变形。故基坑开挖过程中应加强监测，特别是中下部土方的开挖阶段，做到信息化施工；砂层较厚场地，慎用锚索。

对比其它9个测斜孔，水平位移均呈现坡顶小，中间大的鼓胀模式，最大位移出现在-8.0m～10.0m之间。其中CX10号测斜孔，最大位移达45mm，接近报警值，主要由于前期施工经验不足，三轴搅拌桩施工冷缝处理不当，在基坑底部位置形成“倒V”形缺陷，造成止水帷幕不连续，此部位基坑开挖时出现涌水、涌砂现象。

3.2其它

监测结果表明，坡顶水平位移基本在15mm～25mm之间；北侧房屋沉降20～25mm，沉降较均匀，唯有一个点达到35mm，主要是由于局部漏水、漏砂所致。北侧地表道路有裂纹出现，宽5～8mm；北侧房屋主体结构柱、墙、梁未见明显裂纹，而房屋屋角与地面之间有裂纹，宽3～5mm，基本在控制范围之内。其余锚索内力、内支撑内力、立柱沉降均未超警戒值，满足设计要求。

总之，基坑最大深层水平位移37.5mm，相比灌注桩及地下连续墙，变形值略偏大，且周边道路出现轻微的裂缝，但仍然在控制范围之内，故SMW工法+内支撑/锚索的方案是安全的、可行的。

4结论

综上所述，在昇平安置房基坑工程中采用SMW工法支护是成功的。目前基坑已基本开挖到底，各项监测值均在容许范围之内，对同类型工程有积极的借鉴作用。通过分析，主要结论如下：

1）相比灌注支护桩和地下连续墙，SMW工法具有止水性能好、施工噪音小、无泥浆污染、施工占地小等优点，且造价低，比灌注支护桩节省15%～20%，值得推广；

2）合理的选择支撑体系，不仅可以节约造价，还能缩短工期，本工程采用角部两道钢筋混凝土内支撑、南北侧长边部位3道预应力锚索的混合支撑体系，达到了良好效果。

3）SMW工法应视地质条件不同，灵活确定型钢及水泥土桩长度，选择型钢布置形式及型号，达到安全与经济双赢。

参考文献

[1]张璞,柳荣华.SMW工法在深基坑工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2000,19(增刊1):280-283.

[2]李凤明，倪西民.SMW工法的设计与应用[J].市政技术,2007,1(25卷1期):22–28.

[3]陈琦.SMW工法桩施工工艺及技术要点[J].福建建筑,2011,07(5):75-77.