多向旋喷搅拌加劲桩+SMW工法在深基坑工程中的应用.doc

1、多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法在深基坑工程中的应用摘要：南通十字街改造工程基坑深 14.3 米，局部达 17.3 米，基坑开挖深度较深。多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法结合作为基坑支护是一项新技术，适合在多种土层中使用，在安全性、经济性、施工方便等都比传统的支护技术优越。 关键词：多向旋喷搅拌加劲桩；SMW 工法；基坑；变形控制 中图分类号： TQ027 文献标识码： A 文章编号： 主要技术内容及特点 多向旋喷搅拌加劲桩是最近几年才逐渐应用于深基坑支护的一项新技术。它是由多向旋喷搅拌加劲桩与一种或若干种单项支护技术及截水技术（如深层搅拌桩、旋喷桩、SMW 工法、钻孔灌注桩等）有机组合成的支

2、护截水体系。多向旋喷搅拌加劲桩与 SMW 工法结合施工有以下特点： （1） 、多向旋喷搅拌加劲桩与 SMW 工法结合施工施工作业所需空间不大，适用于各种地形和场地。 （2） 、多向旋喷搅拌加劲桩与 SMW 工法结合施工可以不使用内支撑降低围护结构造价，使基坑内空旷，改善施工作业条件。 （3） 、多向旋喷搅拌加劲桩的锚拉力可通过张拉试验确定，并可通过施加预拉力有效控制支护结构的侧向位移。 （4） 、施工形成的扩大径桩头的多向旋喷搅拌加劲桩，能有效增大抗拔力。 （5） 、地下室结构部份施工出0.000 后，同时主体结构混凝土强度达到设计要求，满足基坑回填要求后，多向旋喷搅拌加劲桩的锚具、腰梁及 S

3、MW 工法的 H 型钢可回收并再次使用，节约工程造价。 2、多向旋喷搅拌加劲桩与 SMW 工法支护机理 （1）通过高压旋喷搅拌形成的大直径水泥桩体对 SMW 工法外的松散软土做了很大的改善，使土体抗渗能力得到明显的改善，具有超前加固、主动支护的作用。 （2）在形成的水泥土桩体中加筋，并在水泥土达到强度后通过对预应力钢筋的张拉，使水泥土起到如同钢筋混凝土式的作用，大大提高了水泥土抗弯、抗剪强度，加强了支护作用。 （3）通过设定多排多向旋喷搅拌加劲桩，并通过腰梁相连，形成一个重力式挡土结构（如图一所示） ，可防止土体边坡滑移、隆起等。 (4)突破了在淤泥及承压水流砂层不能施工锚杆及土钉的禁区，解决

4、了锚固力有限的问题、解决了承压水流砂层中成孔、喷砂涌水的难题。 （5）在基坑围护结构中使用多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法的支护结构可取消内支撑，加快施工工期、节省支护成本并使施工挖土十分方便。SMW 工法施工深度达 30 米，变形控制能力强，主要原理是通过对软弱土层的加固提高土层的自身稳定性和自承能力。 3、多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法施工在建筑基坑工程中的应用 （1）工程概况及周边环境 南通十字街改造工程由南通市大陆桥投资有限公司投资进行地下工程改造，包括十字街地下停车场及过街通道工程、十字街及周边地下管网改造工程、市民广场恢复改建工程，总建筑面积约 62970m2。位处于南通市中心位

5、置，东临濠北路且路东为居民小区及办公楼、西侧为南通市高级中学及钟楼、南侧为百货大楼及建设银行大楼处于人民路上，北侧为南通市高级中学。本工程分三块区域施工：市民广场区域、人民路区域、下沉式广场区域。 （如右图二所示）本工程为纯地下工程，地下二层基础埋深 14.3 米，局部地下三层基础埋深 17.3 米，其中市民广场区域近似长方形，南北长约 227.7 米，东西长约 66 米，周长约 587.4米，面积约 16000m2。自然地地坪标高为+0.35m。 （2）场区地质条件 根据钻探揭露，本场地属冲击平原地貌单元，地貌形态单一，场地微地貌为市民广场及城市道路，场地地垫较坦。场地位于南通市中心区域，经

6、数次改造，基坑开挖深度影响范围内管线众多，局部还有旧的人防等，周围已建建筑较密集且处于城市交通流量较大区域。 本工程地下水位较高，基坑开挖影响范围广，深度大，影响的土层较多，特别是浅部的素填土，松软不均，开挖过程中存在边坡稳定性的问题及渗透破坏的问题，另外由于基坑开挖过程中采用的大范围降水措施，地下水位大幅降低使基坑周边的地基土产生附加应力，可能会导致建筑与道路管线沉降及沉降不均带来的破坏。 （3）围护结构方案比较 本工程开挖深度至第四层，多为粉土粉砂层，如采用灌注桩施工易造成成孔护壁困难，因此为保证围护桩的施工质量需采用 SMW 工法桩作为围护结构。基坑周边环境较复杂且长边达 220 多米，

7、即使短边也达到66 米长，面积大且开挖深度达 14.3 米，属深大基坑。该基坑的施工困难主要反映在以下两方面：一是基坑变形的控制、二是周边环境的保护。考虑到围护方案的选择对基坑的造价、工期、安全性、周边环境的影响关系很大，因此，进行了多方案的比选： 方案一：采用混凝土内支撑形式。优点是安全性能较好，但针对本工程存在如下缺点： A、本基坑平面范围较大，混凝土支撑材料用量很大且还需加设立柱桩、格构柱等，支撑造价较高。 B、该基坑开挖较深，如设一道支撑必须增加围护桩的配筋用量，显得不够经济。而采用两道支撑虽可降低围护桩桩身内力，但造价更高。 C、挖土速度受影响，需多次翻运土方，影响工期。 D、增加拆

8、除支撑及换撑工艺及时间，还容易发生安全事故。 方案二：采用多向旋喷搅拌加劲桩支护体系，加筋多向旋喷搅拌加劲桩是在高压旋喷形成的水泥土加入锚筋及其锚固件，所形成的复合体即为多向旋喷搅拌加劲桩体系。通过高压旋喷形成的大直径多向旋喷搅拌加劲桩体，解决了开孔喷砂漏水及塌孔的问题，且对软弱土体的加固效果是一般锚杆和土钉是无法达到的，且在加设腰梁对预应筋张拉后能达到内支撑体系对基坑变形的控制效果。 刚性支护体系有预应力管桩、钻孔灌注桩、钢板桩及 SMW 工法的型钢桩等多种形式，针对本工程如采用预应力管桩施工速度快且较便捷，但管桩侧向刚度小、抗弯能力差且密排施工相互影响较大，适用基坑深度不能太深。综上采用

9、SMW 工法桩比较合适，其安全性得到保证，即使地下室施工时间较长其最终变形也不大，基础施工完成后 H 型钢可拔除再利用，大大降低工程造价。 因此，针对本工程最终决定采用多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法进行基坑支护。 （4）基坑支护施工工艺及施工方法 A、基坑支护施工流程 SMW 工法施工：定位测量放线开挖导沟定位、转孔、移机搅拌注浆H 型钢插放与固定清理沟槽泥浆圈梁（压顶梁施工）土方开挖 多向旋喷搅拌加劲桩施工：土方开挖开挖加劲桩沟槽工作面定位、钻机就位成孔（钻进、注浆、搅拌、插筋）锚筋制作腰梁制作张拉、锁定 基础施工完成后 加劲桩材料（锚具、腰梁）回收土方回填H 型钢拔除 多向旋喷搅拌加劲桩

10、采用专用钻机，成孔直径根据设计图纸，锚筋施工应与开挖紧密配合，正式施工前应先开挖深度为按设计加劲桩标高、宽度不小于 6 米的加劲桩沟槽工作面。施工采用钻进、注浆、搅拌、插筋一次完成的方法。宜采用“进退 2 喷 2 搅”的施工工艺，加劲桩直径为 A500,水平倾角均为 15、20、25，长度为按设计图纸。由钻杆中空孔向内旋喷水泥浆液，水灰比为 1-0.7：1，旋喷搅拌压力值为 15-25MPa(扩大头部位采取进退次数比桩身增加二次，保证扩大头的直径达到 700mm)。通过上述钻杆的中空通道，边钻进边搅拌注浆，也孔完将3、4 根钢绞线及锚头结构件带入设计深度，在插入过程中也应注浆。锚筋采用 3、4

11、 根 A15.2 预应力钢绞线制作，其强度值为 1860MPa。 在施工浇捣围檩前应先绑扎好套在钢绞线上的 PVC 管，上部应位于混凝土板外 500mm；钢绞线露于模板外长度不小于 700mm,3、4 根钢绞线要穿过围檩的侧面模板与其成 90角。要求在侧面模板的相应位置开3、4 个 16mm 的圆孔，将钢绞线从圆孔中引出，在围檩养护 14 天后再用锚具锁定钢绞线，正式张拉前先用 20%锁定荷载（按每根钢绞线 80KN 确定）预张拉一次，再以 50%、100%的锁定荷载分级张拉，然后超张拉到110%锁定荷载，在超张拉荷载下保持 5 分钟，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。若达不到要求应在旁边

12、进行补桩处理。 多向旋喷搅拌加劲桩施工必须按照分段分层开挖，分段长度不宜大于 15 米，分层厚度不宜大于 2 米，下层土方开挖时上层的桩锚必须有 5-7 天以上的养护时间并已完成张拉锁定。 锚筋采用 A15.2 预应力钢绞线制作而成，所使用的钢绞线强度值为1860MPa，在与混凝土压顶梁结合段，采用钢绞线套 PVC 管的方法施工，3、4 根钢绞线要用铁丝固定间距。 腰梁采用 2 根 22#槽钢，槽钢之间采用 2045015 钢缀板焊接，间距 1000mm，锚具与腰梁之间采用 20019620 的钢垫板；槽钢内填充混凝土，并设置钢筋网片。如下图三所示： 图三 锚筋张拉锁定在锚筋施工结束养护 7

13、天后进行，锚具为 QVM 系列锚具，用专用千斤顶、电动油泵加荷锁定。为确保工程安全，每个锚筋张拉至设计抗拔力的 110%后查看无位移现象然后进行锁定 （5）多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法施工支护结构剖面 (6)施工技术及效果评价 A、多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法支护结构是一种主动支护结构，高压喷射的水泥浆与砂性土结合对坑处的土体进行了有效的加固，提高了坑的土体的稳定性和承载能力。且多排多向旋喷搅拌加劲桩与坑外土体共同作用，提高了基坑的抗倾覆、抗滑移及其整体稳定性的安全系数。 B、与内支撑支护结构相比，可减少坑外土体对围护结构的作用力，可降低坑底土体的隆起变形。 C、多向旋喷搅拌加劲桩+S

14、MW 工法支护结构起着一种重力式挡土墙的结构作用，预应力筋的张拉与锁定起可有效控制挡土墙体的位移与变形。采用多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法支护结构作基坑的围护结构，给地下室的主体施工提供了宽阔的施工空间，与内支撑相比，减少了支撑的穿墙缝、拆撑和换撑缝、结构主体的钢筋折断和分层施工缝，提高了下室的防水性能。 （7） 、监测结果 该工程监测埋设压顶梁顶部水平位移监测点 15 个，周边建筑物沉降观测点 44 个，锚杆应力计 15 个，土质围护体倾斜监测点 11 个，周边建筑物倾斜观测埋设监测点 20 个。从基坑开挖至第一段（北侧）开挖至坑底时监测至第 58 次。监测结果如下：锚索累计应力变化量最大

15、为77.7KN；挖深到 16 米时最大累计沉降点为 W10 点，沉降量为 11.9mm，平均速度为-0.014mm/天；周围建筑物累计沉降平均速度为钟楼主楼-0.712mm/天、钟楼谯楼-0.600mm/天、南通中学崇诚楼-0.196mm/天、崇恒楼-0.550mm/天、富贵园 3#楼 0.525mm/天、富贵园 5#楼 0.862mm/天、富贵园 11#楼 0.600mm/天；压顶梁水平位移最大点为 W10 点，S=93.7mm,平均位移速度为 0.558mm/天；周边建筑最大倾斜率为2.2，为崇诚楼西南角。据此，本工程虽有个别监测点达到累计报警值，但其日平均位移及沉降远远小于日报警，且该工

16、程施工至基础底板完成均未对周边环境及建筑物产生较大的影响。 4、结论与建议 综上所述，本工程基坑支护工程的安全顺利施工证明，在深刻了解地质情况和周边环境情况的前提下，采用多向旋喷搅拌加劲桩+SMW 工法相结合的复合型基坑支护形式，在南通十字街改造工程的顺利运用，突破了在淤泥及承压水流砂层不能施工锚杆及土钉的禁区，解决了锚固力有限的问题、解决了承压水流砂层中成孔、喷砂涌水的难题。其具有的良好的变形控制能力和较高的稳定性，特别适合于建筑密集或临近重要工业与民用设施附近对基坑变形有严格要求的工程。随着基坑支护技术设计水平与施工水平的不断提高，该支护技术必将得到更大的发展与应用。 参考文献 1中国工程建设标准化协会 加筋水泥土桩锚技术支护工程（CECS147:2004） 2基坑工程手册（第二版） M 北京：中国建筑工业出版社，2009