汪祖民

(蘇州科技學(xué)院 環(huán)境與教育研究中心，江蘇 蘇州 215011)

0 引言

目前城市建設(shè)用地緊張、建筑物密集、基坑緊靠已有建筑物或市政道路，要求因施工的影響范圍更小，從而導(dǎo)致基坑開挖施工難度愈來愈大［1］。特別是為了充分利用地下空間，基坑開挖深度也隨之增加，這為基坑施工增加更大的難度［2］。因此，在基坑圍護(hù)施工中，必須根據(jù)周圍環(huán)境、建筑體形、土層類型、地下水位等情況，采取科學(xué)合理新的施工方法——“SMW”工法，進(jìn)行有效的變形控制措施，實(shí)現(xiàn)安全信息化施工［3］。

“SMW”工法是Soil Mixing Wall 的縮寫。1976 年，在日本問世SMW 工法是以多軸型鉆掘攪拌機(jī)在現(xiàn)場向一定深度進(jìn)行鉆掘，同時(shí)在鉆頭處噴出水泥系強(qiáng)化劑而與地基土反復(fù)混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未結(jié)硬前插入H 型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材，至水泥結(jié)硬，便形成一道具有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體。這種方法引進(jìn)中國后，土木工程師進(jìn)行了消化吸收，加以改進(jìn)，對插入的H 型鋼采取拔除，減少了對地下空間的污染。SMW 工法連續(xù)墻，就是攪拌樁+預(yù)應(yīng)力加筋斜錨樁是圍護(hù)施工的新型工藝，具有對周邊土體影響小，占地少等特點(diǎn)。

目前預(yù)應(yīng)力加筋斜錨樁工藝在上海地區(qū)應(yīng)用較多，在蘇州也開始獲得廣泛的應(yīng)用。“SMW”工法是作為一項(xiàng)推廣應(yīng)用的新技術(shù)。為了加強(qiáng)深基坑施工監(jiān)理工作，提高監(jiān)理工作質(zhì)量，根據(jù)對預(yù)應(yīng)力斜錨樁支護(hù)施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行研究和實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 深基坑工程與“SMW”工法概述

蘇州科技城科技孵化器二期(致遠(yuǎn)國際商務(wù)大廈)工程，總建筑面積103 323 m2，其中，地上72 847 m2，共33 層;地下30 476 m2，二層地下室?；娱_挖深度10．2 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW 工法樁(Φ650 三軸攪拌樁，內(nèi)插H500 ×200 ×10 ×16 型鋼)，沿基坑外側(cè)設(shè)3 ～4 道Φ400 斜向水泥土斜錨樁，斜錨樁采用旋噴樁。本次圍護(hù)工程為敞開式垂直開挖及放坡開挖2 種方式。

本深基坑工程施工采用SMW 工法，該工法最常用的是三軸型鉆掘攪拌機(jī)，其中鉆桿有用于粘性土及用于砂礫土和基巖之分，此外還研制了其他一些機(jī)型，用于城市高架橋下等施工，空間受限制的場合，或海底筑墻，或軟弱地基加固。

“SMW”工法施工順序如下:

1)導(dǎo)溝開挖:確定是否有障礙物及做泥水溝。

2)置放導(dǎo)軌。

3)設(shè)定施工標(biāo)志。

4)“SMW”鉆拌:鉆掘及攪拌，重復(fù)攪拌，提升時(shí)攪拌。

5)置放應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材(H 型鋼)。

6)固定應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材。

7)施工完成”SMW”。

2 施工前監(jiān)理內(nèi)容

2．1 施工資質(zhì)審查

深基坑施工單位應(yīng)具有相應(yīng)的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理體系、安全生產(chǎn)管理和保證體系、質(zhì)量控制及檢驗(yàn)檢測制度。

2．2 施工組織設(shè)計(jì)或方案審核

施工單位應(yīng)根據(jù)具體的項(xiàng)目特點(diǎn)和本企業(yè)的實(shí)際施工狀況進(jìn)行方案編制，施工組織設(shè)計(jì)或方案必須經(jīng)過項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、企業(yè)技術(shù)和安全負(fù)責(zé)人審批，對超過一定開挖深度的基坑圍護(hù)工程按相應(yīng)要求進(jìn)行專家論證。經(jīng)監(jiān)理審批后方可實(shí)施。

2．3 審查進(jìn)場機(jī)械設(shè)備是否滿足本工程需要

三軸攪拌樁施工設(shè)備、起重設(shè)備、錨樁鉆機(jī)等應(yīng)是施工方案中所要求的設(shè)備，并在進(jìn)場時(shí)檢查是否完好，經(jīng)有資質(zhì)的單位檢測并出具檢定合格報(bào)告。

2．4 審查其它內(nèi)容

審查所采用的原材料及成品、半成品，并按規(guī)范要求進(jìn)行進(jìn)場驗(yàn)收。凡涉及安全、功能的原材料及成品、半成品，應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場見證抽樣復(fù)驗(yàn)。

2．5 審查施工人員持證上崗

項(xiàng)目管理人員和特殊工種人員，如吊車司機(jī)、指揮、司索人員、電焊工等應(yīng)持證上崗，施工作業(yè)人員應(yīng)進(jìn)行崗前培訓(xùn)、技術(shù)安全交底。

3 施工準(zhǔn)備階段監(jiān)理內(nèi)容

3．1 審查基礎(chǔ)資料

查閱地質(zhì)勘察資料，熟悉基坑內(nèi)土質(zhì)以及周邊道路、管線等情況，并對施工單位進(jìn)行監(jiān)理交底，針對不明位置的管線，測量出其埋深及距圍護(hù)結(jié)構(gòu)的凈尺寸，以便在施工中對管線做到有效的避讓、保護(hù)。

3．2 認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)評審意見

參考專家論證意見，在正式錨樁施工前做錨樁試樁，以調(diào)整施工參數(shù)。監(jiān)理組對試樁施工進(jìn)行全過程旁站，檢查并記錄施工參數(shù)，待14 d養(yǎng)護(hù)期達(dá)到后對試樁進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，并現(xiàn)場開挖試樁樁體，觀察錨樁成型情況(見圖1、圖2)，最終將施工數(shù)據(jù)匯總至設(shè)計(jì)單位確定出施工參數(shù)。

3．3 按方案確認(rèn)監(jiān)測點(diǎn)位

在基坑圍護(hù)施工前，監(jiān)理應(yīng)對基坑周邊管線、水位等監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)收，確保監(jiān)測點(diǎn)按方案布置。監(jiān)理應(yīng)監(jiān)督監(jiān)測單位對基坑進(jìn)行監(jiān)測，確保監(jiān)測頻率(每天早晚各1 次)及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性［4］。

圖1 開挖試樁后樁體成型情況Fig．1 The pile forming conditions after excavating the test pile

圖2 測量試樁截面尺寸Fig．2 Measurement of the test pile section size

4 施工階段監(jiān)理內(nèi)容

4．1 施工工藝及施工方法

加筋水泥土斜錨樁成孔采用專用機(jī)械，成孔直徑根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，錨筋施工應(yīng)與開挖緊密配合，施工前應(yīng)先開挖深度為1 m、寬度為6 m的溝槽工作面。施工旋噴攪拌水泥土樁錨，其施工工藝是采用一次性鉆頭上加攪拌葉片，直徑為400 mm(擴(kuò)大頭部分為800 mm)，水平傾角10°、長度以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)。由鉆桿中空孔，向內(nèi)旋噴水泥漿液，水灰比(1 ～0．7)∶1，泵壓力值為20(非擴(kuò)大區(qū)域)～25(擴(kuò)大區(qū)域)Mpa，水泥用量為每立方米25%。通過上述鉆桿的中空通道，邊鉆進(jìn)邊攪拌注漿，鉆進(jìn)同時(shí)將鋼絞線及錨頭結(jié)構(gòu)件帶入設(shè)計(jì)深度。錨筋采用Φ15．2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1 720 Mpa。

4．1．1 錨樁定位

當(dāng)土方開挖溝槽后，應(yīng)測量標(biāo)高，并在圍護(hù)樁上拉線做記號。鉆機(jī)就位時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確，底座應(yīng)墊平，鉆桿的傾斜角度用羅盤校核，角度偏差不大于3°，高度偏差不大于5 cm。成孔施工前應(yīng)在場地種挖好排水溝及循環(huán)漿池，以避免泥漿隨意排放而影響施工。

4．1．2 錨樁成孔

水泥土樁錨采用專用鉆機(jī)成孔。施工中若遇堅(jiān)硬土層則采用沖擊成孔(空壓機(jī)帶動)，其余土層采用濕式成孔。成孔至設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行注漿，待孔口反出的泥漿不含沙粒與土?xí)r，退出鉆桿同時(shí)鋼絞線安放完畢。

4．1．3 錨樁張拉

錨筋張拉鎖定在錨筋施工結(jié)束養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行，待三軸攪拌樁，旋噴樁及圈梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可進(jìn)行張拉鎖定。張拉鎖定荷載為:第一層150 KN，第二層300 KN，第三層300 KN。正式張拉前第一層先用20%(30 KN)鎖定荷載預(yù)張拉兩次，再以50%(75 KN)、75%(112．5 KN)、100%(150 KN)的鎖定荷載分級張拉，然后超張拉至110%(165 KN)鎖定荷載，在超張拉荷載下保持5 min，觀測錨頭無位移現(xiàn)象后再按鎖定荷載鎖定。

4．2 加筋水泥土樁錨施工工藝控制

4．2．1 分段長度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制

加筋水泥土斜錨樁施工必須按照分段分層開挖，分段長度不宜大于35 m，分層厚度不宜大于樁錨豎向間距，下層土開挖時(shí)，上層的錨樁必須有7 d以上的養(yǎng)護(hù)時(shí)間并已張拉鎖定。

4．2．2 加強(qiáng)監(jiān)理旁站監(jiān)理

采取監(jiān)理旁站的監(jiān)理措施，要求施工單位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，監(jiān)理在施工旁站過程中重點(diǎn)對水灰比、注漿壓力、鉆桿角度、鉆桿推進(jìn)速度，鉆桿提升速度等方面進(jìn)行控制。

4．2．3 間隔時(shí)間與定位誤差控制

旋噴樁施工后立即插入鋼絞線，間隔不超過3 h，鋼絞線插入定位誤差不超過30 mm，底部標(biāo)高誤差不大于20 cm。

4．2．4 錨索預(yù)應(yīng)力控制

錨樁施工完成后，進(jìn)行浮土修平，架設(shè)槽鋼腰梁，在槽鋼與攪拌樁之間用C20 細(xì)石混凝土填充密實(shí)，養(yǎng)護(hù)7 天后進(jìn)行張拉鎖定施工，以避免在張拉施工中錨索預(yù)應(yīng)力隨槽鋼變形而釋放。

4．2．5 防止錨索預(yù)應(yīng)力過多的措施

若施工過程中發(fā)現(xiàn)錨索預(yù)應(yīng)力釋放較多，建議張拉時(shí)進(jìn)行兩次分級張拉，第一次張拉鎖定值為210 KN;第二次張拉鎖定值為310 KN，每分段區(qū)域(約30 m范圍)完成第一次張拉后，循環(huán)進(jìn)行第二次張拉。監(jiān)理在施工旁站中應(yīng)重點(diǎn)控制每次張拉拉力以及張拉持續(xù)時(shí)間(不少于5 min)。

4．2．6 驗(yàn)收試驗(yàn)

施工完成后每層隨機(jī)選取規(guī)定數(shù)量的斜錨樁進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。

4．3 施工中易出現(xiàn)的問題以及對策

4．3．1 陽角處理措施

基坑陽角部位工法樁位移變化速率往往較大，針對該問題具體做法如下:

1)在陽角位置豎向增加一道錨樁，陽角區(qū)域見圖3，陰角區(qū)域見圖4;

2)施工中對陽角位置加強(qiáng)監(jiān)測，圍護(hù)體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)采取封堵措施，應(yīng)急物資應(yīng)貯備到位。

4．3．2 滲漏處理措施

針對攪拌樁出現(xiàn)滲漏點(diǎn)現(xiàn)象，應(yīng)對基坑設(shè)置圍護(hù)體系進(jìn)行加強(qiáng)，具體做法如下:

1)對于陽角區(qū)域樁身出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，在陽角區(qū)域內(nèi)增加高壓旋噴樁止水;

2)對于非陽角區(qū)域出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象的，高壓旋噴樁布置至滲漏點(diǎn)外側(cè)1 m范圍，采用雙排旋噴樁止水，旋噴樁緊貼鋼筋砼冠梁邊設(shè)置;

3)旋噴樁樁徑Φ 400 mm@400、樁長14 m，采用單重管法施工，為避免旋噴樁施工對攪拌樁產(chǎn)生影響，開挖面以上注漿壓力不大于10 Mpa，開挖面一下注漿壓力不大于20 Mpa;

圖3 陽角加固錨樁Fig．3 Reinforced outside-corner anchor pile

圖4 陰角區(qū)域Fig．4 Inside-corner area

4)高壓旋噴樁施工時(shí)，該區(qū)域降水井暫停抽水一天。

4．4 審核變形監(jiān)測分析與預(yù)報(bào)方案

4．4．1 變形監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置的原則

變形監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置要根據(jù)土質(zhì)情況、基坑深度及開挖施工方案合理確定，遵循以下原則:

1)均勻分配;

2)預(yù)測變形量較大的變形位置;

3)基坑形狀特征處，如陽角、陰角、中間，地質(zhì)變形分界處的兩側(cè)等［5］。

4．4．2 合理確定監(jiān)測頻率

根據(jù)施工進(jìn)度和變形量的大小，合理確定監(jiān)測頻率，做到觀測及時(shí)、有效，避免變形監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)失誤［6］。

4．4．3 加強(qiáng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)報(bào)

對于施工過程中的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)要及時(shí)進(jìn)行有效的分析與預(yù)報(bào)［7］，做到信息化施工，及時(shí)修改預(yù)測變形值與實(shí)際變形值之間的差異，及時(shí)調(diào)整監(jiān)測頻率及施工進(jìn)度［8］。

5 SMW 工法的主要技術(shù)特點(diǎn)

通過工程實(shí)踐，得出SMW 工法的主要技術(shù)特點(diǎn)有:

1)施工不擾動鄰近土體，不會產(chǎn)生鄰近地面沉降、房屋傾斜、道路裂損及地下設(shè)施移位等危害。

2)鉆桿具有螺旋推進(jìn)翼與攪拌翼相間設(shè)置的特點(diǎn)，隨著鉆掘和攪拌反復(fù)進(jìn)行，可使水泥系強(qiáng)化劑與土得到充分?jǐn)嚢?，而且墻體全長無接縫，從而使它可比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性，其滲透系數(shù)K 可達(dá)10 ～7 cm/s。

3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、Φ100 以上卵石及單軸抗壓強(qiáng)度60 MPa以下的巖層應(yīng)用。

4)可成墻厚度550 ～1 300 mm，常用厚度600 mm;成墻最大深度為65 m，視地質(zhì)條件尚可施工至更深。

5)所需工期較其他工法短，在一般地質(zhì)條件下，每一臺班可成墻70 ～80 m2。

6)廢土外運(yùn)量遠(yuǎn)比其他工法少。

6 工程實(shí)際效果

本工程共施工3 道預(yù)應(yīng)力錨樁(局部陽角區(qū)域4 道)，每完成一道錨樁施工，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，監(jiān)理見證隨機(jī)抽取一定數(shù)量錨樁，由蘇州同濟(jì)檢測中心進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。經(jīng)檢測報(bào)告顯示，錨樁抗拉強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

本工程裙房主體已封頂，主樓部分已完成6 層結(jié)構(gòu)砼澆筑，局部區(qū)域已回填。經(jīng)上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司監(jiān)測報(bào)告顯示，基坑周邊土體、管線、道路、水位及錨桿內(nèi)力各監(jiān)測點(diǎn)情況正常，基坑穩(wěn)定。

“SMW”工法降低施工成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。在滿足工程技術(shù)要求的前提下，選用SMW 工法作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁加隔水帷幕作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢。因此作為投資方、設(shè)計(jì)方在經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證比較后，一般會優(yōu)先選用SMW 工法作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。因此作為施工企業(yè)就必須加強(qiáng)SMW 工法的施工管理和技術(shù)創(chuàng)新工作，樹立在SMW 工法施工方面的品牌效應(yīng)，提高企業(yè)在競標(biāo)方面的競爭力。

“SMW”工法減少地下空間資源污染。國內(nèi)土木工程師們應(yīng)該在研究和消化吸收日本成功的SMW 工法工藝的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新，研究出更好的施工方法和施工工藝。在中國SMW工法中H 型鋼大部分都拔除回收，克服了日本“SMW”工法不能夠回收H 型鋼的缺陷，減少了地下空間資源污染。

7 結(jié)束語

本項(xiàng)目在“SMW”工法施工過程中采取分階段質(zhì)量控制的方法，成效明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。事實(shí)證明，它是一個(gè)有效的控制實(shí)踐。由于在施工準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、容易出現(xiàn)問題的部位都進(jìn)行了重點(diǎn)控制，并且在施工過程中加強(qiáng)了變形監(jiān)測分析與預(yù)報(bào)工作，因此該方法能有效保證施工順利進(jìn)行。

［1］ 黃運(yùn)飛．深基坑工程實(shí)用技術(shù)［M］．北京:兵器工業(yè)出版社，1996．

［2］ 秦四清，萬林海，湯天鵬，等． 深基坑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］． 北京:地震出版社，1998:252 -253．

［3］ 祝龍根，劉利民，耿乃興．地基基礎(chǔ)測試新技術(shù)［M］．第2 版．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

［4］ 汪祖民．對深基坑施工安全監(jiān)測的實(shí)踐［J］． 測繪通報(bào)，2002(2):63 -65．

［5］ 汪祖民．高速公路沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)［J］． 測繪通報(bào)，2001(8):41-42．

［6］ 汪祖民． 蘇州國際會議展覽中心塔樓變形測量［J］． 測繪通報(bào)，2002(4):38 -40．

［7］ 陳永奇，吳子安，吳中如．變形監(jiān)測分析與預(yù)報(bào)［M］． 北京:測繪出版社，1998．

［8］ 汪祖民．高速公路沉降變形分析與預(yù)報(bào)［J］．測繪通報(bào)，2001(12):20 -21，34．