抗滑、止水水泥土搅拌桩及SMW工法在深基坑中的应用

任敬华

厦门市捷安建设集团有限公司（361000）

抗滑、止水水泥土搅拌桩及SMW工法在深基坑中的应用

任敬华

厦门市捷安建设集团有限公司（361000）

随着建筑业的迅速发展，高层建筑的风靡兴盛，深基坑支护施工技术也被广泛应用于现代建筑领域，同时对深基坑技术的要求也提上了日程，这里结合某高层建筑深基坑支护特点进行阐述，分析了该工程采用的支护体系及施工方案，希望能给同行参考借鉴，进一步深化了该技术的发展及改进。

深基坑；止水帷幕；水泥土搅拌桩；控制要点

福建泉州市某工程为深基坑,为保证安全施工，根据设计要求、地质勘察、环境等因素，基坑支护体系最终采用基坑支护结构放坡喷混凝土护面+单轴水泥土搅拌桩抗滑+SMW工法+三轴水泥土搅拌桩止水+基坑内疏干井降水。施工前组织专家组对专项施工方案进行论证，并委托专业公司对基坑的坡顶水平位移和竖向位移、深层水平位移、地下水位、周边地表竖向位移以及周边管线变形进行监测，以确保基坑支护工程及周边建筑环境和管线的安全。

1 工程概况

某工程位于福建泉州市区，总建筑面积25.6万m2，上部为7～39层商住楼，地下室2层，单层地下室建筑面积3.2 m2,基坑开挖深度约4.6～6.4 m,属深基坑，安全等级二级。基坑东侧、北侧为项目二期场地用地，南侧为晋江滨江北路，西侧为幼儿园用地。根据钻探揭露，场地原始地貌为海岸平原地貌，现已回填整平。

2 工程地质概况

场地岩土层主要为L素填土①、粉质黏土②、淤泥③、粗砂④、淤泥质黏土⑤、中粗砂⑥、卵石⑦。

场地主要含水层地下水属承压水，主要赋存于粗砂④、中粗砂⑥和卵石⑦中，含水层上游侧向补给为其主要补给来源，其次为大气降水，水位随季节气候的变化而变化，波动幅度不大，变幅约2.00 m。

3 基坑支护、止排水设计方案

根据该工程场地工程地质、水文地质、周边环境、基坑开挖深度等客观条件，基坑支护结构总体采用放坡开挖+Φ850@600三轴水泥土搅拌桩止水和自然放坡+SMW工法相结合的支护方案，在沿晋江滨江北路（基坑东南侧）在基坑底每间隔4 000增加4×8排Φ600@500单轴水泥土搅拌桩墙抗滑，在和二期规划路侧（基坑东侧、东北侧）在基坑边坡中增加4排Φ600@500单轴水泥土搅拌桩墙抗滑。基坑围护平面布置图见图1。

表1 基坑支护范围内岩土体物理力学指标

图1 基坑围护平面布置图

基坑工程典型的支护结构剖面图见图2、图3。

图2 基坑工程沿晋江滨江北路支护结构剖面图

图3 基坑工程沿二期规划路侧支护结构剖面图

4 水泥土搅拌桩施工

4.1 水泥土搅拌桩设计参数

1）单轴水泥土搅拌桩设计参数:单轴水泥土搅拌桩主要用在放坡开挖的边坡中和排桩支护基坑坑底，分别为4排Φ600@500桩长9 000 mm,8排Φ600@500桩长6 000 mm，单轴水泥土搅拌桩形成重力式水泥土墙，水泥采用P.C32.5复合硅酸盐水泥，水灰比0.55～0.6:1，水泥土搅拌桩的水泥掺合量为15%。

2）三轴水泥土搅拌桩设计参数:止水帷幕采用套打三轴水泥土搅拌桩，在SMW工法处兼作H型钢桩插入桩孔，桩径为Φ850@600桩长19 000和18 000，水泥采用P.C32.5复合硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0:1,水泥土搅拌桩的水泥掺合量不小于20%，水泥土28 d无侧限抗压强度≥1.2 MPa。

4.2 水泥土搅拌桩抗滑机理

水泥土搅拌桩以水泥作为固化剂，将水泥和土体强制搅拌，水泥和土体产生一系列物理、化学反应，使软土改性硬结，成为具有一定压缩性的半刚性桩。水泥土强度随着龄期逐渐增加，7 d达到标准强度的30%，28 d达到标准强度的60%以上。水泥土的抗剪强度随着抗压强度的增加而提高，黏聚力C一般为无侧限抗压强的20%～30%，内摩擦角20° ～30°,从而提高了加固区基坑边坡或坡脚整体稳定安全系数。

4.3 单轴水泥土搅拌桩施工控制要点

1）水泥土搅拌桩成桩过程中，搅拌头的钻进和提升速度不得大于60 cm/min,钻进到设计标高后应在原位搅拌30～60 s，以保证桩端的成桩质量。

2）搅拌桩的搅拌叶片直径不得小于600 mm，在成桩过程中应经常检查，及时更换不足的搅拌叶片。

3）水泥浆液应按照设计配合比拌制，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，不得中断。因为本工程为水泥搅拌咬合桩，相邻桩喷浆工艺的施工时间间隔不大于24 h。

4）应控制施工机械的平整度和机架的垂直度，以保证搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%，桩位偏差不大于50 mm。

4.4 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕施工控制要点

1）保证定位放线准确，采用套打方式确保每幅成桩后有效搭接。

2）严格控制施工机械的平整度和机架的垂直度，防止成桩时与相邻幅出现“开叉”，通过机身悬吊铅垂与2台经纬仪组合校正及桩机自身仪表盘显示确保垂直度,当搅拌头下沉到设计深度时，应再次检查并调整机械垂直度。

3）严格控制自动拌浆系统的各项参数，包括水泥浆配合比、气压和浆压等，各项参数输入控制系统后不得随意更改。

4）施工时泵送必须连续，不得中断，避免堵管，相邻桩喷浆工艺的施工时间间隔不大于10 h，避免出现冷缝，如确实需要中断施工，则冷缝处需叠合一幅，并保证有效搭接。

5）搅拌桩的搅拌叶片直径不得小于850 mm，在成桩过程中应经常检查，保证桩身有效搭接。

5 型钢水泥土搅拌墙施工及SMW工法

5.1 型钢水泥土搅拌墙设计参数

本工程采用密插HN700×300×13×24型钢，长度18 000 mm,在场地整平到设计标高后,按照SMW工法进行施工，型钢水泥搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩为Φ850@600桩长18 000 mm，三轴水泥土搅拌桩采用套接一孔法施工。

5.2 SMW工法的特点及适用条件

SMW工法是一种利用搅拌设备就地切削土体，在地中连续造成水泥土墙，并在墙内插入芯材（通常为H型钢）形成刚度大、防渗性能好的劲性复合围护结构的施工方法。该方法可使各幅钻孔安全搭接，形成连成一片的墙体，使得排柱式水泥土的连续墙，在构造上（连续性）和质量上（墙的均匀性）大幅度提高。该工法的特点主要表现在止水性能好，构造简单，施工速度快，排土量少，型钢可回收重复使用，成本低，对周围地层的影响小，特别适合于以黏土、淤泥和粉细砂为主的松软地层。

5.3 SMW工法施工控制要点

1）严格控制SMW工法施工顺序：清除地下障碍物→开挖导沟→设置导梁→设置各桩体标记→桩体施工→H型钢芯材插入→H型钢芯材固定→挖出置换泥土→浇筑混凝土压梁。

2）施工前必须对施工区域地下障碍物进行探测，有影响施工的建筑垃圾、石块必须清除，水泥土搅拌桩在大面积施工前应进行试桩,确定施工参数。

3）型钢插入应在搅拌桩施工结束后30 min内进行，插入前检查型钢直线度、焊接质量。

4）单根型钢接头不宜大于2个，焊接位置应避开支撑位置和开挖面附近等受力较大处，相邻焊接接头应错开不小于1 m，型钢接头距离基坑底面不小于2 m。

5）型钢需回收的，插入前应在型钢表面涂抹减摩剂，涂层宜为1～3 mm，减摩剂必须用电热棒加热至完全融化，用搅棒搅时感觉厚薄均匀，才能涂敷于H型钢上，否则涂层不均匀，易剥落。

6）型钢吊装应用较大吨位吊机起吊，放置H型钢定位卡，型钢定位卡必须牢固、水平、位置准确，将H型钢底部中心对正桩位中心，并沿定位卡靠型钢自重徐徐插入水泥土搅拌桩体内，若H型钢插放达不到设计标高时，则采用提升H型钢，重复下插使其插到设计标高，下插过程中始终用经纬仪跟踪控制H型钢垂直度，偏差小于0.5%。待型钢插入至设计标高后，将其固定在定位型钢上，直到孔内的水泥土桩体凝固。

7）沟槽内泥浆清理，水泥浆液定量注入搅拌孔内，因H型钢的插入,有部分水泥土被置换出到沟槽内,沟槽内的水泥土必须清理,并保持沟槽沿边的整洁,以确保下道工序的施工。

6 基坑降、排水措施

6.1 坑内降水措施

基坑降排水直接关系到深基坑施工安全及周边环境的安全。根据地勘报告本工程地下水丰富，地下水补给水源充足。为确保施工安全和地下室结构施工需要，基坑支护采用三轴水泥土搅拌桩作止水帷幕，基坑开挖范围内场地地下水主要采用坑内集水明排及疏干井降水相结合的方式。在支护结构内侧布置28口疏干井，疏干井采用Φ219井管形成深井降水系统，成孔直径Φ≥500，成井深度自基坑底不少于6 m。基坑内的排水在基坑底四周设置排水沟，每隔20～40 m设置一个集水坑，积水采用水泵将坑内水送入市政管网。

6.2 坑外排水措施

支护结构外围基坑上口地表水排除，采用砖砌截水明沟，引入沉淀汇集井抽排。每隔30 m设一个集水井。集水井截面尺寸800 mm×800 mm×800 mm，截水沟截面尺寸300 mm×300 mm，沟内侧紧贴坑顶冠梁外侧或三轴水泥土搅拌桩，沟外侧土体面采用素混凝土硬化，坡向排水沟。

7 土方开挖施工控制要点

1）土方开挖必须按照施工专项方案进行分层、分段开挖,在淤泥及砂层阶段分层开挖深度为1.0 m,分段开挖长度20 m左右，以确保开挖过程中土体自身的稳定，避免造成已施工围护结构的位移。支护结构强度达到80%方可进行下道土方开挖。

2）土方开挖过程中采用信息化施工，时刻掌握基坑支护结构变形情况，依据监测信息对土方开挖方案进行调整，异常情况应立即停止开挖，及时按照应急预案进行处理，并通知设计单位。

3）土方开挖过程中发现止水帷幕漏水、流砂等问题应立即停止开挖，并采用注浆方法进行封堵。

8 基坑支护监测、检测结果与信息化施工

为确保基坑支护结构及周围设施的安全，对基坑支护结构进行监测，实现信息化施工是十分必要的,该基坑监测内容包括坡顶水平位移和竖向位移、深层水平位移、地下水位、周边地表竖向位移以及周边管线变形,监测工作自2012年11月20日开始,至2013年7月30日基坑回填结束，共持续8个月，其主要结果如下:

8.1 基坑支护水平位移监测

基坑支护水平位移布设点沿基坑坡顶每20 m左右布设，共布置47个观测点，共进行40次观测，从各期水平位移量成果表中显示水平位移在基坑开挖时随施工日期延续增加，后期随基坑内水位降低逐渐趋于稳定,其中W28最大位移量接近了设计监测预警值（-30 mm）为-26 mm，其余各点位移量较小。

8.2 基坑支护沉降监测

基坑支护沉降监测共布置47个观测点,共进行40次观测,从各期沉降量成果表中显示:C28、C29、C27的沉降量分别为-26 mm、-30 mm、-23 mm，C29竖向位移达到了设计监测预警值，其余各点沉降量较小。

监测结果显示，在复杂地质条件下，在整个地下室施工期间，基坑底部、侧壁未出现管涌、流砂现象，周边地面未发生突发较大沉降或出现严重开裂，晋江滨江北路未因边坡沉降或位移而发生路面及管道裂缝、破损，达到设计预期效果，保证基坑围护及建筑物的结构安全。基坑支护结构的设计与施工是成功的。

9 结语

工程实践充分证明，基坑支护结构在设计和施工中必须充分考虑工程地质及水文地质条件、周边环境以及工程要求,严格遵守设计图纸进行施工，委托有资质的基坑监测单位严格按照设计要求、监测方案进行基坑监测。确保基坑围护施工取得良好的社会及经济效益。这里通过工程案例阐述了在深基坑施工中，该深基坑支护方案是可行的，为同类基坑支护工程，提供可靠的借鉴依据。

[1]JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规范[S].国家建设部.中国建筑工业出版社,2012,4.

[2]JGJ/T 199-2010,型钢水泥搅拌墙技术规程[S].国家建设部.中国建筑工业出版社,2010,4.

[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社,1998,7(第一版).

[4]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社, 2009,12(第二版).

[5]徐维钧.桩基施工手册[M].人民交通出版社,2007,12.

[6]杨春栋.高层建筑深基坑工程中施工技术及控制措施的探讨[J].中国住宅设施,2010(3).

[7]赵伟,刘玉波,王云宝.深基坑支护方案选择与施工技术[J].黑龙江水利科技,2006(3).