SMW工法在天津软土基坑中的应用

SMW工法在天津软土基坑中的应用

廖春华,江冲

天津市政工程设计研究总院有限公司，天津，300000

摘要：SMW工法是一种新型的基坑支护形式，具有施工方便，安全性高，工期短，节约支护空间及工程造价低等优点。本文介绍了SMW工法的原理及特点，通过SMW工法在天津某深基坑的工程实例，结合对基坑变形监测结果和围护效果进行分析，为SMW工法在天津软土地区的推广应用提供了工程借鉴。

关键词：基坑支护；天津软土地区; SMW工法；H型钢

0 引言

随着我国城市建设的快速发展, 开发地下空间已成为一种趋势, 对深基坑支护技术的需求增加[1]。

本文结合天津某已施工完成的ＳＭＷ工法支护的软土基坑为例，详细介绍了SMW工法的设计与施工，并通过基坑变形监测数据，对基坑的变形控制和围护效果进行分析评价，证明ＳＭＷ工法在天津软土基坑工程中的适用性、经济性、环保性和可行性[2]，为类似工程提供借鉴。

1 SMW工法概述

SMW(Soil Mixing Wall)工法是一种新型的基坑支护技术[3],其作用机理是利用三轴搅拌设备切削土体,同时在钻头处喷出一定比例的水泥浆与地基土反复混合搅拌,采用套孔搭接法施工，形成水泥土搅拌桩, 并在搅拌桩内按一定间距插入H型钢, 形成挡土止水一体的复合支护结构,完成支护功能后H型钢可回拔重复利用[4]。SMW工法最早在日本使用，1997年建设部将SMW工法作为重点科技项目进行鉴定并推广引进。

SMW工法具有以下特点：①施工速度快,可缩短工期；②抗渗性好，止水效果好；③节约支护空间，解决场地狭窄的难题，实用性强；④施工振动小、噪音低；⑤搅拌桩内插Ｈ型钢，具备较大的抗弯、抗压能力，挡土止水一体化，支护体系安全可靠；⑥Ｈ型钢可回收利用、无污染、造价低等特点。SMW工法已在全国得到了广泛应用[5]。SMW工法的相关理论研究与工程实践，各地区发展程度不一样，以天津、上海、广州和深圳等沿海地区应用相对较广泛，也产生了一些相应的地方规程和国家标准。

2 SMW工法工程实例

2.1工程概况及周边环境

天津市某基坑项目位于滨海新区海洋高新区，拟建物为1栋20层商业办公楼，设2层地下车库，基坑面积约为6670m2，基坑周长约为350m，基坑挖11.70m。

基坑地下轮廓距离用地红线约2.25～2.7m，四周紧邻已建市政道路，用地红线外道路存在多条污水、雨水及供电等重要市政管线，对变形有严格的要求。现场环形施工道路，过重车，施工荷载超过20kPa，场地较平坦，场地紧张，无放坡空间。本基坑安全等级为二级。

2.2工程地质与水文地质条件

勘察场地位于天津市滨海新区，华北平原东部滨海平原地貌，属海相与陆相交互沉积地层。本基坑开挖影响范围内的各层土的土质特征及分布规律描述如下：

①2素填土：层厚1.8～3.2m，黄褐色，黄褐色，以粉质粘土为主，夹贝壳碎片、植物根茎，场地均有分布。填垫年限小于十年。

⑥1淤泥质粘土：层厚2.3～3.9m，灰色，呈流塑状态，夹粘土薄层，属高压缩性土。

⑥2粉土：层厚1.4～2.4m，灰色，稍密，湿，夹粉砂团，具层理，属中压缩性土。

⑥3淤泥质粉质粘土:层厚5.9～6.6m，灰色，呈流塑状态，夹粉质粘土薄层，含贝壳碎片，属高压缩性土。

⑥4粉质粘土: 层厚3.4～4.3m，灰色，呈软塑状态，夹粉土薄层，具层理，属中压缩性土，场地内均有分布。

⑧粉质粘土：层厚3.9～4.7m，灰黄色，呈可塑状态，土质不均，夹粉土薄层，属中压缩性土，场地内均有分布。

⑨1粉土: 层厚3.2～5.6m，灰黄色，密实，湿，夹粉质粘土薄层，含云母，属中压缩性土，场地内均有分布。

⑨2粉质粘土: 层厚2.4～4.6m，灰黄~褐黄色，呈可塑状态，夹粉土薄层，具锈染，含姜石，属中压缩性土，场地内均有分布。

⑩粉质粘土: 层厚1.7～2.6m，灰色，呈可塑状态，具层理，夹粉土团，属中压缩性土，场地内均有分布。

表1 与基坑支护设计相关各土层物理力学指标

2.3水文地质条件

勘察期间场地潜水含水层为⑧粉质粘土以上，其稳定水位埋深为0.80～1.10m（大沽标高约为1.40m），水位随季节有所变化，受周边径流水位影响，一般年变幅在0.50～1.00m左右；第一承压水层为⑨

1粉土层，其稳定水位埋深为2.50m（大沽标高约为0.00m）。

2.4整体设计思路

本次设计方案结合了基坑周边情况及场地特点，在保证基坑安全的前提下，根据业主单位要求，基坑周边存在已建市政道路及管线，有严格的变形要求，且基坑周边紧邻施工道路，过重车，荷载较大，从安全、经济的角度出发，结合施工周期、施工工艺及场地布置等因素，确定方案的整体思路如下：基坑整体挖深11.7m，采用SMW工法+2道钢筋砼内支撑的支护形式，在基坑周边打设Ф850@1200三轴搅拌桩止水，内插型钢采用H700*300*13*24型钢@600挡土，设两道钢筋混凝土内支撑，坑内采用降水井结合盲沟排水。支护剖面如下图2所示。

图2  支护典型剖面图

基坑围护体的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法[6]，按水土合算，土的c、值采用直剪快剪指标标准值，地面超载取20kPa。计算结果如表2所示。

表3 基坑围护计算结果表

2.4总体施工顺序

本基坑工程总体采用SMW工法＋2道钢筋砼内支撑的支护形式。

基坑支护总体施工流程：三轴搅拌桩施工，并插入H型钢→降水井施工→第一步土方开挖→第一道帽梁及内支撑施工→第二步土方开挖→第二道内支撑施工→第三步土方开挖至坑底→施工基础及地下结构→出正负零并回填密实→拔除型钢。

3 基坑施工及监测

3.1SMW工法施工要点

（1）三轴水泥土搅拌桩采用套接一孔法施工，组内咬合250 mm，组与组之间咬合850 mm。

（2）三轴水泥土搅拌桩采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%。水灰比1.0，要求全程复搅复喷，必须确保搅拌均匀，桩体搭接严密，桩机施工定位准确；相邻桩施工间隔不得超过12小时，否则应在相邻部位补桩。

（3）型钢须保持平直，若有焊接接头，接头处须确保焊接可靠，接头处应上下错开不低于1m，且应避开弯矩较大位置。

（4）型钢插入左右定位误差不得大于10mm，宜插在搅拌桩靠近基坑一侧，垂直度偏差不大于1/250，底标高误差不大于200mm。

（5）施工的关键在于如何保证桩身的强度和均匀性，在施工中应加强对水泥用量和水灰比的控制，确保泵送压力，搅拌桩钻头在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，确保水泥土搅拌桩在初凝前达到充分搅拌，水泥与被加固土体充分拌和，以确保搅拌桩的加固质量[7]。

（6）施工过程中, 必须确保工序连续，一旦出现施工冷缝，则应对冷缝进行加固补强, 可在外围增设1～2 排素桩, 并与主体围护桩紧密搭接。

（7）地下室出±0.00，外墙与围护桩之间采用好土回填密实后，可拔除H型钢，对拔型钢后的空隙进行灌浆封孔。

3.2土方开挖及变形监测

本工程自SMW工法桩施工完成至地下结构施工出正负零并回填，型钢回拔率100%，总工期约200天，在土方开挖过程中，严格遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，及时施工基础底板及垫层，本基坑历经一个雨季的考验，开挖过程中未发生渗漏现象，土方开挖及降水进展顺利，基坑开挖到底的实景图见图3所示。

图3基坑开挖到底的实景图

在基坑开挖及地下结构施工过程中对支护桩进行了变形监测，并对周边道路及管线沉降进行了监测， 监测结果显示，支护桩桩顶最大水平位移不超过30mm，周边道路及管线的沉降不超过20mm,周边观测井水位变化小于1000mm。根据监测数据，SMW工法起到了很好的控制变形和周边沉降的作用，具有良好的抗渗性能，基坑处于安全稳定状态，满足规范和保护周边环境要求。

5 结论

 (1) 本文通过对SMW工法的介绍，结合天津某基坑工程工程实例，阐述了SMW工法施工的要点，通过基坑土方开挖效果及基坑变形监测结果，表明SMW工法对基坑变形起到了很好的控制作用，止水效果好，适应于天津等软土地区基坑[8]。

(2) 基坑支护采用SMW 工法相较于传统的钻孔灌注桩或地下连续墙的围护形式，抗渗性好，节约造价，施工速度快，缩短工期，围护结构占地空间小，解决了部分场地狭窄的难题，同时对周边环境的影响较小，受到各单位认可，SMW工法工法技术在天津软土地区有广泛的应用前景，对类似工程具有良好的借鉴意义。

(3) 型钢回拔时间是影响SMW工法经济效益的关键，在方案比选阶段应考虑地下结构出正负零的进度及型钢回拔的租期。

参考文献:

［1］ 张守玺.SMW工法在珠江三角洲地区的应用[J].中国煤炭地质,2014,(3):43-45

［2］吴发根,黄罗华,熊海明.SMW工法在软土基坑工程中的应用[J].土工基础，2018，(2):111-115

［3］李凤明,倪西民.SMW工法的设计与应用[J].市政技术,2007,25(1):21-25,28.

［4］ 刘国彬，王卫东．基坑工程手册[M]．北京: 中国建筑工业出版社， 2009．

［5］ 夏明耀, 曾进伦. 《地下工程设计与施工手册》[M] . 北京:中国建筑工业出版社, 1999.

［6］ JGJ120-2012建筑基坑技术规程[S]．北京: 中国建筑工业出版社，2012

［7］ 中华人民共和国行业标准．型钢水泥土搅拌墙技术规程（JGJ/T199-2010）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010

［8］ 李承光,姜立峰,陈宗刚.SMW工法在天津近海地区软土地基基坑支护中的应用[J].探矿工程，2007，34(3):29-30