smw工法加钢支撑在基坑支护中的应用

SMW工法及钢支撑在基坑支护中的应用摘要：SMW（soilmixingwall）工法（又称加筋水泥土墙）该项技术起源于日本，主要原理是利用水泥浆作为固化剂，利用深搅拌桩机将水泥浆与地基土进行强制性搅拌而形成水泥土，固化后形成地下连续水泥土墙，而在墙体中插入的H型钢弥补了水泥土墙刚度不足的缺点，两者共同作用而形成具有一定强度和刚度的连续无接缝的地下墙体结构，具有刚度大、抗渗性好、施工简便、无环境污染、工期短等优点，特别适合于软土地基、建筑物密集的场所施工。由于插入水泥土墙中的H型钢可在基坑支撑完成后拔出，重复利用，故支护成本低，节约钢材资源，我国目前多用于10m以下的基坑支护。关键词：SMW工法；钢管水平支撑；基坑监测；经济技术效果评价工程概况XX某工程主楼高19层，地下一层，占地面积约3200m2，整个场地建筑红线范围内设置地下室，基坑深5.65米，局部电梯井开挖基坑东侧为交通要道，南侧1米左右商业街，靠基坑南侧埋有一根污水管道，西侧和北侧为现有建筑物，西侧建筑物离基坑边8米左右，砖混结构住宅，老化严重，住宅为浅基础；基坑北侧多层建筑距离基坑围护最近距离只有4~5米。本工程基坑围护的重点主要体现在：保证基坑西侧、北侧现有房屋的安全和正常使用。满足场地堆场使用要求和施工临时设施的安全。控制基坑周边管道的沉降和变形。工程地质和水文地质条件依据本工程地质勘察报告，基坑开挖影响深度范围内土层从上到下分别为①杂填土层，平均厚度约为0.8米；②淤泥土层，平均厚度约为3.5米；③粉质粘土层，平均厚度约为2.5米；④粉土层，平均厚度约为2.5米；⑤粉砂层，平均厚度7米。在基坑开挖深度范围内的土层为淤泥层和粉质粘土层，渗透系数均较大。地下室底板位于该土层的中部，其下部④粉土层和⑤粉砂层中的微承压力是影响本工程基坑施工的主要含水层。SMW工法+钢支撑方案设计本工程基坑支护采用SMW工法桩加水平钢管支撑，再用格构柱桩支撑水平支撑钢管。如下图1所示：围护结构计算过程主要包括：边坡整体稳定计算，边坡顶已考虑了施工荷载20Kn/m2。SMW工法位移和内力计算，工法桩墙底抗隆起计算。墙体抗倾覆计算。抗管涌计算。基坑开挖至③粉质粘土层中下部，受到微承压含水④粉土层和⑤粉砂层中承压水的影响，该含水层承压水头较高，水量中等，渗透性较强，直接开挖将引起基坑涌水和流砂，故进行抗管涌计算。由SMW工法位移和内力计算，再结合抗管涌计算，得到H型钢间距和入土深度，如“图1”所示：“区域1”离北侧已建多层建筑最近距离只有4~5米，故该区域H钢密排，H500×300×11×18@600，H型钢长13米；同样，“区域2”离北侧已建多层房屋较近，故该区域H钢采用“插二隔一”的打法如下图2，H型钢长13米；“区域3”工况较好，故选择“隔一插一”的做法，H500×300×11×18@900，H型钢长12米。“区域4”在地下室电梯井一侧，基坑局部开挖深度8米，而且基坑底部有流砂层，故选择H500×300×11×18@450，H型钢长16米。“区域5”西侧8米左右为砖混结构住宅，故该区域采用插二隔一打做法，H500×300×11×18，见上图2，H型钢长14米。所有水泥土墙深度均为18.85米。构造措施暗墩本工程地下室顶面高于钢支撑水平面，故在施工地下室顶板前，需拆除钢管支撑，折除支撑至地下室外围回填土这间有一时间间隔，为了能免保证在此期间，围护结构能有效的工作，地下室底部沿着围护结构内设置不连续的暗墩，本工程采用高压旋喷将水泥浆送地下预定位置。传力带在浇筑地下室底板时，在底板四周浇筑连续的传力带，在钢管支撑拆除后，基坑被动土压力部分传递给地下室基础，更有效的保证基坑安全，传力带须与底板一起施工。SMW工法桩施工施工顺序场地平整（如局部土质较差，回填道碴铺设10厚钢板）→导沟开挖（同时配制水泥浆）→定位放线→预搅切土下沉→送浆→搅拌提升→重复搅拌下沉→重复送浆→重复搅拌提升→桩架移位→清洗→下插已涂满减摩剂的H型钢→固定H型钢→围护圈梁施工→第一次土方开挖→安装钢管支撑→第二次土方开挖。施工要点：采用Ф650三头搅拌机施工，用P32.5普通硅酸盐水泥，水灰比1.6，水泥掺量20%，要求28天无侧限抗压强度不小于1.0Mpa。桩与桩之间的搭接长度为200mm，相互搭接的相邻桩施工间隔不宜超过10小时。施工时，搅拌机提升速度不大于50cm/min。预搅下沉时不得采用冲水下沉，施工采用三次搅拌、二次喷浆工艺，第一次搅拌提升和第二次搅拌提升时进行喷浆，第三次搅拌为复拌，以提高桩身的均匀度，第一次喷浆量控制在60%，第二次喷浆控制在40%。施工时应保证起吊设备水平和导向架的垂直度，桩垂直偏差不得超过1/200。桩位与设计图的偏差不得大于50mm。H型钢插入深层搅拌桩前表面涂减摩剂，减摩剂加热至完全溶化后即可施涂，施涂前H型钢表面必须干燥清洁，该步骤施工质量的好坏关系到型钢能否顺利拔出。基坑开挖前首先进行基坑围护圈梁施工，按图纸要求放好预埋铁，圈梁砼浇筑前，型钢与圈梁接触面用油毛毡隔离。在安装钢管支撑时，注意控制对钢管支撑施加的预应力，本工程预应力分两次施加，第一次施加400KN，第二次施加500KN，单根钢管施加预应力900KN。按时空效应原理，基坑开挖分层进行，特别是基坑四周的土方严格按此要求进行施工。地下室回填土结束，开始拔出H型钢，边拔边注浆充填，保证地下土体密实，防止变形。降排水地表水主要是在基坑四周设置挡墙和排水沟，使雨水或地表水不流入坑内或从基坑边缘渗入坑内即可。地下水为防止管涌，在土方开挖前先进行预降水，本工程设置深井降水，等下部承压水位降至安全水位线以下才能进行基坑开挖的施工，见下图3。监测成果分析基坑围护墙水平位移如下图4所示，在基坑北侧和南侧选择有代表性的位置点CX1和点CX2两只测斜孔，墙体位移曲线见图5。1：本工程土方为分层分段开挖，即止11月2日地下室土方开挖至-4米左右，CX1孔测得在-4米左右位移达到1.54mm，从开挖面往下一定范围内，位移逐渐减少，未有突变现象，说明围护结构在开挖面处存在较大被动土压力，因底板混凝土还未施工，开挖面土质较差，开挖面刚度小，存在较大塑性变形。开挖面以下被动土压力渐渐减小，变形逐渐减小。2：历时17天。土方开挖至设计标高，垫层施工结束,由于钢管水平支撑的约束，围护顶位移很小，这期间由于坑底土方进一步开挖，围护侧向位移进一步增大，变形最大值逐渐下移，始终保持在开挖面附近，沿深度方向各点侧向位移的速率所有增大，侧向位移最大速率0.85mm/天，累计位移达到7.73mm。说明基坑围护结构在开挖面处没有刚性支点，导致侧向变形较大，故传力带混凝土应尽早施工，以免基坑护壁产生较大的变形。3：传力带混凝土浇筑完毕。与工况2相隔12天。图5从左向右第三条曲线，侧向位移最大速率0.67mm/天，累计最大位移最大位移点没有下移，说明土方开挖后，最大位移点一直在开挖面上。基坑侧向位移速率基本保持不变。4：与工况3相隔7天，即拆除支撑前一天，传力带同条件混凝土试件抗压强度22.1MPa，满足了设计要求，故第二天准备拆除支撑。这段时间基坑护壁侧向位移变化较小，基坑部分被动土压力通过传力带混凝土传递给地下室基础，故侧向位移较小。水平支撑处侧向位移很小，基本没有变形。5：与工况4相隔6天，即水平支撑拆除后第二天，基坑围护沿深度方向均有不同程度的变形，从图中可以看出，变形速率较大，变形最大点达到0.31mm/天。说明水平钢管支撑拆除后，被动土压力全部由基坑护壁承受，基坑在短时间内不能完全吸收土压力，而产生较大变形。6:钢管水平支撑拆除后15天，基坑围护沿深度方向仍然存在不同程度的变形，速率有所减小，变形最大点为0.25mm/天。与前期测量数据相比，基坑上口有明显的侧向位移，主要原因还是由于水平支撑拆除导致上口较大的侧向位移。7：与工况6相隔12天，从图中可以看到，基坑变形速率进一步减小，最大点变形速率平均为0.2mm/天，基坑变形基本趋于稳定。在整个基坑土方开挖过程中，SMW工法围护结构侧向位移较小，最大值不超过2cm，水泥墙表面基本干燥，未发现有渗水现象。周边建筑物沉降监测本工程2007年10月16日正式开始第一次挖土，10月20日开始深井降水，10月26日开始第二次挖土，，只留后浇带两侧共四口深井降水，结构三层结束，封深井。沉降观测点见上图4。四幢建筑物沉降历时变化曲线见下图5。注：左侧数值表示历时累计沉降量，上部数值为历时时间。10-1日第一次沉降观测，10-6日第一次土方开挖（安装钢支撑），10-16日开始第二次挖土，到11月9日挖至基底标高。各监测点的初始值取三次观测平均值，测量闭合差控制在±0.5mm(N为测站数)。至10-31日，共进行六次沉降观测，从图中可以看到，该段工况各点沉降很小，不到1mm，原因是土方开挖3米深左右，基坑侧向位移较小，深井降水对坑边建筑物沉降影响很小。从11月2日开始，各观测点有明显的沉降量，同期基坑侧向位移速率也在增大，从11月2日到11月30日，各点沉降量占总的沉降量的比例很大，正好是在传力带混凝土施工之前，传力带混凝土施工完毕后，从沉降曲线图来看，各点沉降曲线趋于平缓，沉降基本稳定，虽然之后的支撑拆除对基坑侧向位移产生较大影响，但在传力带以下部分墙体侧向位移较小，由此说明，-6米以上水泥土墙侧向位移对坑边建筑物影响较小，原因是坑边建筑物与基坑边的水平距离平均值约5.5米，坑北侧建筑物为浅基础，基础应力扩散范围在已浇的地下室基础底板以下。因水泥土墙止水效果较好，墙壁未出现渗漏现象，墙底埋深18.85米，故坑内降水对坑外水位影响较小，经监测，坑外水位降低最大值为1.3米，坑外水位降低对坑边建筑物沉降影响很小。本工程地下室四周设计有抗拔桩，为节约地下水资源，经与设计院协商，只保留后浇带两侧四只深井，即深井2、深井3、深井7和深井8，保持地下水不从后浇带后渗出即可。结束语SMW工法是2005年度建设部推广的10项新技术之一，该工法结合钢管水平支撑支护在本工程基坑围护中得到成功的运用，实践证明，该工法具有施工快、无污染、刚度大、