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SMW工法在復(fù)雜環(huán)境深基坑圍護(hù)工程中的應(yīng)用

方崎琦1，祝銀祥2，紀(jì)芳1

(1．浙江省建設(shè)廳干部學(xué)校，浙江杭州310012；2．杭州浙大網(wǎng)新科技實(shí)業(yè)投資有限公司，浙江杭州310027)

1.工程概況

    擬建的余杭臨平南苑發(fā)展大廈工程為l5層框架結(jié)構(gòu)，設(shè)1層地下室。基礎(chǔ)采用樁基，部分為鉆孔灌注樁，大部分為預(yù)制管樁。該工程設(shè)計(jì)±0.000標(biāo)高相當(dāng)于黃海高程5.950 m，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)取自然地坪相對(duì)標(biāo)高為-0.900 m。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，基底標(biāo)高分別為-8.600、-7.000、-6.700 m和-6.000 m，因此基坑設(shè)計(jì)開挖深度分別為7.700、6.900、5.800 m和5.100 m。

2.周圍環(huán)境及工程地質(zhì)條件

    該項(xiàng)目位于余杭區(qū)南苑街道，北臨世紀(jì)大道，東臨南大街。基坑?xùn)|側(cè)距離用地紅線最近處約3.2 m，紅線外為南大街；南側(cè)圍護(hù)體已經(jīng)在用地紅線上，同時(shí)該側(cè)還有一幢21層的高層建筑距離基坑邊約7 m；西側(cè)距離用地紅線最近處約2.6 m，紅線外為一變電所。該變電所周邊有2 m高的漿砌塊石圍墻，該圍墻距離基坑邊最近處約3.5 m；基坑北側(cè)距離用地紅線最近處約1.7 m，紅線外為世紀(jì)大道。

該大道下埋設(shè)有大量的重要市政管線，其中靠近基坑一側(cè)的7 m寬人行道下依次埋設(shè)有l2孔電纜管、 DN300供水管、煤氣管和DN800給水管，其中最近的電纜管距基坑邊約4.2 m，煤氣管距基坑邊約8.2 m(以上所指的距離均是從圍護(hù)體內(nèi)邊算起)。綜合來看，本基坑周圍環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)基坑圍護(hù)的要求較高。

    根據(jù)工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地開挖影響范圍內(nèi)的土層分布及各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

    該場(chǎng)地地下水屬孔隙潛水，勘察期間測(cè)得地下水位為地表下0.50～0.90 m，屬于弱透水層中的水，地層透水性較差。年水位變化幅度為0.50～1.50 um。3基坑圍護(hù)體系設(shè)計(jì)

    3.1圍護(hù)方案選擇

    綜合分析本工程的基坑形狀、面積、開挖深度、地質(zhì)條件及周圍環(huán)境，該基坑具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①開挖深，挖深達(dá)7．7 Ill，故基坑開挖的影響范圍相應(yīng)較大；②用地緊張，基坑周圍距用地紅線距離較近；③周邊環(huán)境比較復(fù)雜。東側(cè)和北側(cè)有道路和重要管線，西側(cè)有變電所及其圍墻均需要保護(hù)；④工程樁大部分為預(yù)制管樁，管樁有擠土效應(yīng)且對(duì)變形比較敏感；⑤基坑平面尺寸較小，基坑的空間效應(yīng)相對(duì)較好。

    綜上所述，采用帶撐式排樁墻結(jié)合止水帷幕可以較好的控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，保證圍護(hù)體系的穩(wěn)定，是比較適合本工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方式。但常用的鉆孔灌注樁加一排混凝土支撐，樁后采用水泥攪拌樁形成止水帷幕的圍護(hù)方式造價(jià)偏高，工期較長，且本工程施工面狹小，不利于樁基施工。因此考慮采用 SMW工法結(jié)合一道鋼支撐的圍護(hù)體系。在確保基礎(chǔ)和地下室施工安全的前提下，可方便施工，加快工程進(jìn)度，降低工程造價(jià)

    SMW工法采用3Φ850@600三軸水泥攪拌樁，采用套接一孔法施工。相對(duì)普通的水泥攪拌樁，可以更好的保證搭接，止水擋淤的效果更好。攪拌樁內(nèi)插H700×30×13×24型鋼作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)基坑開挖的實(shí)際深度，型鋼采用插一跳一的形式。型鋼可在地下室結(jié)構(gòu)施工至±0.000標(biāo)高后拔出。因此SMW工法在保證安全的前提下具有較明顯的經(jīng)濟(jì)性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面圖(見圖l)。

    3.2鋼支撐設(shè)計(jì)

    對(duì)比鋼筋混凝土支撐與鋼管支撐，由于本工程平面尺寸相對(duì)較小，在保證圍護(hù)體系穩(wěn)定和變形的前提下，鋼支撐具有施工速度快、拆撐方便、可施加預(yù)應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。因此鋼支撐更適合本工程。

在支撐的平面布置方面，設(shè)計(jì)對(duì)工程中常用的幾種支撐形式進(jìn)行了分析比較。最后確定采用對(duì)撐結(jié)合角撐的形式。這樣布置具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)撐桿件受力明確，易于控制基坑變形；②由于本工程基坑平面尺寸小，采用鋼管支撐豎向立柱數(shù)量小；③基坑內(nèi)的挖土空間較大，挖土施工方便。

    3.3基坑降排水措施 

    本工程采用3 q)850@600三軸水泥攪拌樁可以充分保證搭接，能夠有效地截?cái)嗷�坑�?nèi)外的水力連接。在基坑內(nèi)采用自流深井降水，可以有效降低基坑內(nèi)地下水位，為地下室施工創(chuàng)造干燥的施工環(huán)境。若局部范圍難以降至設(shè)計(jì)標(biāo)高，可以采用增設(shè)深井或輔以明溝、集水坑方式排水。

    對(duì)于地表處的雨水和施工用水，采用地面排水溝截流，排入城市地下水管道的方法解決。具體做法是，在基坑周邊地面處設(shè)置貫通的地面排水溝，并在沿排水溝一定距離處設(shè)置集水井。將地面雨水、污水集中后，排入下水管網(wǎng)。

4.施工順序及主要施工技術(shù)

    4.1施工順序

    本工程基坑的施工應(yīng)按如下順序進(jìn)行：①場(chǎng)地普查及修整。查明地基淺層障礙物的種類、分布及深度，鄰近構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)類型及基礎(chǔ)形式等等，并對(duì)淺層障礙物進(jìn)行清理以保證圍護(hù)樁成樁質(zhì)量。場(chǎng)地地坪平整至-0.900標(biāo)高。②施工圍護(hù)樁，包括打設(shè)水泥攪拌樁和插H型鋼。③當(dāng)水泥攪拌樁達(dá)到強(qiáng)度后，進(jìn)行第一階段土方開挖，挖土至壓頂梁底標(biāo)高處。④施工壓頂梁，待壓頂梁達(dá)到80％強(qiáng)度后，挖土至鋼支撐底標(biāo)高。⑤安裝鋼支撐并加預(yù)應(yīng)力。⑥進(jìn)行第三階段土方開挖，直至挖土坑底標(biāo)高處。⑦施工地下室基礎(chǔ)底板，采用素混凝土或毛石混凝土填實(shí)基礎(chǔ)底板與圍護(hù)樁之間的空隙。⑧基礎(chǔ)底板施工結(jié)束并具有100％強(qiáng)度后，拆除水平內(nèi)支撐，并繼續(xù)往上施工。⑨在外墻與圍護(hù)樁間素土回填密實(shí)后方可拔除H型鋼，型鋼拔除后應(yīng)采用灌漿的方式及時(shí)回填空隙以保證基坑周邊環(huán)境的安全。

    4.2施工技術(shù)要求

    基坑土方開挖應(yīng)嚴(yán)格按以下要求進(jìn)行：①施工過程中嚴(yán)格控制基坑邊超載，基坑四周lo m范圍內(nèi)施工堆載不超過l5 kPa，施工車輛按照指定的路線和位置行駛、停放。②挖土過程中嚴(yán)格保護(hù)壓頂梁、支撐及立柱，嚴(yán)格控制超挖。③基坑先開挖至底板底標(biāo)高后，再分批開挖出承臺(tái)及地梁位置。距基坑底30 cm土方以及承臺(tái)采用人工開挖。④基坑底挖出后，盡快施工基礎(chǔ)墊層，確保坑底無墊層時(shí)間不超過48 h；并盡早施工地下室底板，縮短基坑暴露時(shí)間。⑤結(jié)合后澆帶位置分塊分層進(jìn)行土方開挖，縮短基坑全面暴露時(shí)間。⑥土方開挖過程中注意控制土坡的高差(不宜大于2.0 m)和坡度，防止坑內(nèi)土體滑坡。⑦在基坑開挖過程中注意觀察止水帷幕滲漏情況。

    降水工作應(yīng)在開挖前兩周啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保證雙路供電或備有發(fā)電機(jī)。基坑降水一旦啟動(dòng)，不得中斷，保證土方開挖面在地下水位0.5 m以上。降水應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行，做到出水常清。

    4.3應(yīng)急措施

    基坑開挖前應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的應(yīng)急鋼管、型鋼等，發(fā)現(xiàn)異情后可采取卸土、回填、設(shè)臨時(shí)支撐等應(yīng)急措施。

    若發(fā)現(xiàn)開挖土方后圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移超過警戒值，或支撐局部出現(xiàn)險(xiǎn)情，應(yīng)立即增加臨時(shí)鋼支撐，條件許可的情況下可采取坑外卸土，必要時(shí)采取回填采用坑內(nèi)砂包反壓措施。

    如基坑降水困難，可采用增加輕型井點(diǎn)或增設(shè)深井等方法處理。

5.基坑監(jiān)測(cè)及成果分析

    5.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

    為確保基坑施工的安全和順利進(jìn)行，在整個(gè)施工過程中應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，做到動(dòng)態(tài)管理和信息化施工。根據(jù)眾多深基坑施工的工程經(jīng)驗(yàn)，只有通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，才能及時(shí)獲得基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍土體的受力和變形情況，掌握基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響，并據(jù)此調(diào)整施工措施，保證周邊環(huán)境絕對(duì)安全。

    本基坑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：①周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)：周圍建筑物和道路的路面沉降、裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展等；②基坑開挖過程中圍護(hù)體周邊深層土體的水平位移監(jiān)測(cè)(測(cè)斜管監(jiān)測(cè))。圍護(hù)體最大水平位移警戒值為50 mm，位移變化速率警戒值為3 mm／d。③地下水位變化監(jiān)測(cè)(水位管監(jiān)測(cè))。地下水位變化警戒值為800 mm／d。④支撐軸力監(jiān)測(cè)，支撐軸力最大控制值為4000 kN。

    基坑工程監(jiān)測(cè)須交由專業(yè)的監(jiān)測(cè)隊(duì)伍進(jìn)行。在基坑開挖期間應(yīng)每天進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)整理、反饋，以便及時(shí)分析處理。

    5.2監(jiān)測(cè)結(jié)果

    5.2.1水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)方案，在靠近基坑圍護(hù)體的四周共設(shè)置5只深層土體水平位移監(jiān)測(cè)孔，孔深241T1，各監(jiān)測(cè)孑L的最大深層土體水平位移(見表2)。根據(jù)表2可知，SMW工法結(jié)合一道鋼支撐可以有效地控制圍護(hù)體的水平位移，保證周邊環(huán)境的安全。

    5.2.2地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)方案，在靠近基坑圍護(hù)體的四周共設(shè)置5只水位監(jiān)測(cè)孔，孔深15 m。開挖期間坑外各水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水位變化范圍在0.90～2.5 m，日水位變化幅度在0.01～0.20 m，滿足設(shè)計(jì)要求，證明兼作止水帷幕的三軸攪拌樁具有比普通水泥攪拌樁更好的搭接性，能夠有效切斷基坑內(nèi)外水力連接，在坑內(nèi)降水的同時(shí)維持坑外地下水位，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，可充分保證基坑周圍的建筑物、道路及地下管線的安全和正常使用。

    5.2.3支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)方案，在水平對(duì)撐上各布置一組支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)兩組。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在開挖期間支撐軸力最大值分別為660 kN和754 kN，均小于設(shè)計(jì)方案的警戒值，說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐體系處于安全狀態(tài)。

6.結(jié)  語

    施工過程及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：本基坑采用SMW工法結(jié)合一道鋼支撐相結(jié)合的圍護(hù)方案是比較經(jīng)濟(jì)合理的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工是成功的。該工法既保證了地下室的順利施工，又保證了周圍建筑物、道路及地下管線的安全和正常使用，可供相似工程借鑒。   

參考文獻(xiàn)：

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[3]DGJ08—116-2005，型鋼水泥土攪拌樁技術(shù)規(guī)程[S]．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)