王嘉聪
广东省六建集团有限公司 广东 佛山 528000
摘要：SMW工法是一项逐步新兴起来的基坑围护工艺。本文实际工程为例，介绍了SMW工法结合组合支撑体系在基坑支护中的应用，并分析了现场监测数据，实践表明，该支护形式切实可行。同时对关键技术问题进行了探讨，为今后类似工程提供参考。
关键词：深基坑；SMW工法；组合支撑；监测；关键问题；
1.引言
基坑作为临时性支护结构，虽其有效使用期短，但其造价占整个项目的比例不断上升。为减少基坑开挖对周边环境的影响，保证基坑安全，对于深基坑一般采用灌注桩或地下连续墙结合锚索、内支撑的支护形式，此类支护结构技术成熟、刚度大，变形小、安全性高。而SMW 工法桩作为一种劲性复合支护体系，较前者具有经济、工期短、污染少等特点。本文综合考虑场地、地质条件等因素，介绍了SMW工法结合锚索、内支撑组合支撑体系在某安置房基坑中的成功应用。
2.工程概况
本工程位于市中心，设3层地下室，基坑长约260m，宽约80m，开挖面积约20800m2，开挖深度11.9m。场地北侧11.0m为一至三层厂房，浅基础；南侧10.0m为小河涌；东西侧紧邻市政道路，距地下室边线最近3.0m；周边分布煤气、自来水、高压电缆等管线，埋深1～2m。具体如图1所示。
场地地质条件差，根据岩土地勘资料，基坑开挖影响范围内主要分布填土、淤泥、淤泥质土、粉砂、中粗砂等，各土层物理力学参数如表1所示。
图1 基坑周边环境图
3.基坑总体方案选型
3.1选型原则
①安全可靠，确保周边建筑、管线的正常使用；②经济合理，基坑作为临时结构，在确保基坑本体及周边环境安全的前提下，尽可能降低成本；③技术可行，设计方案与施工机械设备相匹配；④施工便利，为地下结构施工最大限度的提供施工便利要求，减少总工期； ⑤可持续发展，考虑节能降耗，减少对环境的污染。
3.2选型优化
本基坑周边环境复杂，开挖深度大，属一级基坑。初步设计阶段，根据场地特点，采用常规方案：φ1000灌注桩+φ850三轴搅拌桩止水+两道内支撑，该结构刚度大，止水效果好，整体稳定，技术上满足要求，总造价约3600万元。与业主交谈中，业主提出，造价太高，同时西侧地下室边线外3.0米有一条军用光缆，且不可移动，西侧支护施工空间不足。针对此种情况，设计人员优化基坑支护设计方案，考虑到SMW工法桩具有支护兼做止水双重功效，且占用空间小，故选用SMW 工法桩+两道内支撑，总造价约3100万元，成本降低13.9%，同时解决了西侧支护施工场地不足问题。方案基本确定后，业主再次提出，本项目为安置房工程，对总体工期要求严格，现有方案支撑体系全部采用混凝土内支撑，影响土方开挖及地下结构施工，工期不能满足要求。根据业主意见及场地特点，再次优化基坑支护设计方案，采用SMW工法结合锚索、内支撑组合支撑体系，具体如下：南北侧长边部分采用SMW 工法桩+三道锚索，四个角加设两道角撑，总造价约3000万元，成本降低16.7%，同时为地下结构施工最大限度的提供了施工便利要求，减少了总工期。典型支护剖面见图2。
4.监测结果分析
根据本工程实际情况，选取关键施工节点，分为七个工况：工况一，基坑开挖至冠梁底（-2.3m）；工况二，土方开挖至第二道锚索底（-5.5m）；工况三，土方开挖至第三道锚索底（-9.0m）；工况四，土方开挖至设计标高（-11.9）；工况五，基坑底板浇筑完成；工况六，底板浇筑完成14d；工况七，底板浇筑完成28d。
图2 基坑典型剖面图
4.1深层水平位移
图2为基坑土体深层水平位移变化深度变化曲线。由图可见，工况一基坑变形较小，随着基坑的开挖深度的增加，水平位移变化加剧。工况四，基坑累积水平位移达到最大值，出现在基坑中下部约-8m处，其值约45mm。工况五开始，变形速率变缓趋于稳定。变形曲线并不平滑，有明显凹点，主要是由于锚索预加力的作用，竖向位置与锚索竖向位置基本重合，说明锚索施加预应力对控制基坑变形起到明显效果。
图3 深层水平位移变化曲线
4.2地表沉降
图4 地表沉降变化曲线
图4为基坑地表沉降随开挖深度变化曲线。由图可见工况二至工况四期间，地面沉降变化明显，工况五开始，变形速率变缓趋于稳定。地表沉降最大值约15mm。
综上所述，基坑最大深层水平位移约45mm，地表沉降最大值约15mm，均在容许范围内。SMW工法结合锚索、内支撑的组合支撑体系的方案是安全的、可行的。
5.关键技术问题及注意事项
5.1 SMW工法适用性
5.1.1场地适用性
SMW工法是一种在连续套接的三轴搅拌桩内插入型钢形成复合墙体，地下室回填完成后拔出型钢，型钢可重复利用，场地必须具备型钢拔出的必要条件。大量实践工程表明：基坑开挖边线外需具备6m以上空旷空间，以便型钢拔出期间吊车等设备可驶入，设计时应充分考虑技术的可行性。本工程南北侧具备10m空旷空间，东西侧为市政道路，型钢拔出大型设备驶入便捷。
5.1.2地层适用性
SMW工法地层适用性主要由三轴搅拌桩机控制，适用于填土、砂层、黏土层。设计时应综合考虑三轴搅拌桩的有效入土深度。三轴搅拌桩机主要靠钻杆自重钻入，不能加压，绝大部分填土、砂层、黏土层能钻入，而对于强风化岩层一般不大于1.0m。设计时桩的入岩深度不宜大于1.0m，避免实际施工时有效桩长不足导致嵌固深度不满足要求。
5.2水泥土局部抗剪验算
水平土压力直接作用于水泥土，通过水泥土传递给型钢。水泥土的剪强度必须满足型钢间水泥土错动剪切承载力要求。水泥土的抗剪强度一般无法直接获取，实际工程中一般可取水泥土28d无侧限抗压强度的1/3。水泥土28d无侧限抗压强度，不同的土层强度有所差异，根据当地大量水泥土抽芯检测结果发现，淤泥中水泥土28d无侧限抗压强度一般能达到0.5MPa，而砂层、黏土层中普遍能达到0.8～1.0 MPa。
通常砂层、黏土层中，开挖深度小于10m时，水泥土局部剪切基本能满足要求。而基坑开挖中下部位置为淤泥时，当基坑开挖深度较大、型钢间距大、周边有重要建筑物等大面积超载时，水泥土局部剪切验算不容忽视。
5.3型钢、水泥土长度的确定
5.3.1型钢长度的确定
型钢长度需满足整体稳定性、抗滑稳定性、抗隆起稳定性要求，当坑底以下为软土时，型钢长度设计应满足以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性要求。上述各项稳定性计算及墙体内力变形分析时，以型钢的长度为准，不能考虑型钢底部以下水泥土的长度。
5.3.2水泥土搅拌桩长度的确定
水泥土与型钢作用共同承担土压力的作用，同时兼做止水帷幕。水泥土搅拌桩长度需满足流土、抗突涌稳定要求。对于地下水位高、地下水丰富、周边环境复杂地区，水泥土搅拌桩长度除满足上述要求外，还需进入不透水层不小于1.0m。同时为保证型钢顺利插入，水泥土搅拌桩底部低于型钢底部不小于0.5m。
5.4型钢桩顶标高的确定
水泥土搅拌桩施工前，先放线定位开挖沟槽，搅拌桩施工完成后，插入型钢。型钢不同于灌注桩，可以设置较长的空桩。本项目设计时，为节约成本，根据周边放坡条件，型钢桩顶设定为0.0m、-1.0m两种形式。实际施工中发现，标高0.0m剖面，型钢水平向基本成直线；而标高-1.0m剖面，部分型钢偏差偏大，导致后期冠梁施工时钢筋布置困难，局部加大冠梁尺寸，整体不美观。故型钢顶标高不宜低于-1.0m，宜设置为0.5m～-0.5m。
5.5型钢型号及布置的选择
5.5.1型钢型号的选择
型钢应根据基坑开挖深度、地质条件、弯矩的大小、水泥土搅拌桩直径、市场常用材料情况合理选择型号。通常三轴搅拌桩的常用直径为850mm、650mm，分别选用500×300×11×18 H型钢、700×300×13×24 H型钢。通常采用Q235钢，对于局部弯矩较大处，可根据当地材料供应情况采用Q345钢。本项目大部分选用Q235钢，局部淤泥较厚处，采用Q345钢，避免抗弯强度不足而使用双排桩，在节约成本的同时保证了安全。
5.5.2型钢布置的选择
水泥土搅拌桩中内插型钢，可采用插一跳一、插二跳一和密插三种，主要根据抗弯强度要求而定。本项目由于基坑开挖深度较大，土层较差，主要采用插二跳一、密插两种形式，如图5所示：
图5 型钢平面布置图
5.6组合支撑体系
组合支撑体系有多种样式，同一剖面可采用锚索，混凝土内支撑、钢管撑等形式，也可不同剖面采用不同支撑形式。基坑支护工程采用锚索、内支撑等多种支撑形式相结合的组合支撑体系，主要可为土方开挖及土建施工提供更多的空间，缩短整体工期，在一定程度上降低造价。而组合支撑相比单一支撑有一定不足，主要为:(1)两种支撑刚度不一致，交界面处变形不同，形成薄弱面；（2）内支撑竖向间距往往大于锚索竖向间距，造成两种腰梁标高不统一，整体性较单一支撑降低。
为解决上述情况，本工程设计时特别注意，通过理正深基坑单元计算结合整体计算，调整交界面处一定长度范围内桩锚段锚索预应力锁定值及长度，同时腰梁设置合理的过渡段，使内支撑与锚索腰梁形成一个封闭体，取得良好效果。
6.结论
1）SMW工法能满足基坑支护兼做止水帷幕的双重效果，解决施工工作面不足问题，同时与常规支护方式相比，经济效益明显。
2）采用组合支撑体系，能为土方开挖及土建施工提供足够的施工空间，缩短总工期。
3）通过SMW工法结合组合支撑体系在基坑支护工程中的成功应用，讨论了关键技术问题及注意事项，为今后类似工程提供参考。
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论文作者:王嘉聪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/9
标签：基坑论文; 型钢论文; 工况论文; 组合论文; 工法论文; 水泥论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第18期论文;