SWM工法桩在下穿隧道支护中的应用分析
王江荣
(中铁二十一局集团第四工程有限公司，青海 西宁 811600)
1.1 工程概况
沈阳东路快速通道工程是银川市重点建设项目，位于银川市中心城区北侧金凤区，是银川“三纵三横一环网”通道中的首开工程。标段施工里程为K0+000—K2+900段，包括沈阳路-亲水大街下穿隧道、沈阳路-万寿路上跨桥及道路改造工程，其中沈阳路-亲水大街下穿隧道围护结构采用SWM工法桩。
1.2 工程地质条件
本工程场地内除上部填土外，无其他特殊性岩土。
2.1 具体的施工方法
隧道工程位于沈阳路与亲水大街交叉口，属于下穿隧道。隧道起点里程为K0+000，终点里程为K0+780.123，有217 m的暗埋段，敞开段长度为363 m。暗埋段采用SWM工法桩作为围护结构，型钢水泥土搅拌墙(SWM)采用φ850@600三轴搅拌桩，内插工型钢(H700×300×13×24)，型钢隔一插一。隧道基坑支护结构采用围护桩加内支撑支护。泵房段采用φ850@600三轴搅拌桩内插型钢(H700×300×13×24)，逐一插一。视基坑深度竖向设置2～3道φ609钢管支撑，竖向间距为3 100 mm左右，标准段横向间距为4 000 mm左右，泵房段横向间距为3 250 mm左右，钢支撑壁厚t=16 mm。墙顶的结构为钢筋混凝土冠梁。第一道支撑在冠梁上，材质为钢支撑，其他支撑在钢围檩部位，围护桩嵌固最小深度为10.92 m，最大深度为14.77 m。底板埋深约为7.8～11.6 m。
2.1.1 桩位放样，沟槽开挖
测量确定设计轴线后，轴线外放开挖导沟，导沟尺寸的深度为1 000 mm，宽度为1 200 mm，沟槽开挖期间及时清除障碍物，若沟槽位置内存在较大坑洞，需做回填夯实处理，以保证三轴搅拌桩的施工顺利。为了保证桩位的精准，以及工型钢安装不存在偏差，需在两侧进行标注，在导向定位型钢上画出钻孔的位置以及工型钢下插的位置。
2.1.2 搅拌桩施工
(1) 施工设备。本工程采用的主要施工设备包括空压机、发电机、三轴搅拌机、反铲挖掘机、小型挖掘机、旋挖钻机、装载机、湿式混凝土喷射机、千斤顶、深井潜水泵、内燃发电机、汽车吊、交流电焊机、混凝土输送泵、自卸车。
(2) 搅拌桩机安装。搅拌桩机进场就位之后，需要对钻机做出调整，固定位置，保证钻机的垂直度达到要求之后方可进行施工，钻杆固定至桩位位置，桩位的偏差应小于20 mm，垂直度应小于0.5%的偏差。同时对钻杆进行检查，确定孔底标高，满足设计要求的深度。
(3) SMW工法桩施工采用“两搅两喷”的施工工艺。
①施工前应制作相应的防止下沉的悬挂构件，根据内插型钢的规格和尺寸，确定相应的型钢定位导向架。在搅拌桩机施工期间，应对桩机进行固定，保持底盘的水平以及立柱导向架的垂直[1]。三轴搅拌机应保持匀速的下沉或提升，下沉速度控制在每分钟1～1.5 m，提升速度控制在每分钟1～2 m。在提升期间，应尽量控制孔内负压的产生，以免破坏周边土体的稳定性，造成地面沉降，具体的速度应根据工程的实际现状、水泥浆液的比例以及注浆泵的流量计算之后确定，以保证水泥土的均匀和稳定。
②在桩体施工完成30 min内插入工型钢。芯材应选用平直、光滑、无弯曲、无扭曲型钢。型钢接口位置采用特殊焊接技术，保证焊缝质量大于二级，接长型钢接头位置不处于基坑支撑位置、基坑开挖面及基坑底2 m以上位置，间距至少为1 m。工型钢在插入之前应涂抹减阻材料，方便插入以及后期的完整回收[2]。依靠工型钢的自重下落至设计标高位置，若型钢在插入期间存在困难，可相应地采取辅助措施。型钢到达设计标高时，使用吊筋进行固定。
③本工程的搅拌桩浆液控制及施工参数见表1。
表1 SMW工法桩施工参数
④一个单元水泥土搅拌桩施工完成后，接着施工下一单元桩位的搅拌桩。SMW工法桩施工采用跳桩法套桩施工，搅拌装置移动到下一桩位，对中调直，搅拌喷浆。一根接一根施工形成加固体，两根搅拌桩的搭接时间不要超过12 h。
⑤SMW工法桩施工28 d后开始冠梁施工，为保证工型钢的起拔，在冠梁浇筑范围内，型钢用珍珠棉包封，严禁混凝土与型钢接触，造成型钢回收困难。冠梁施工前，SMW工法桩顶应与冠梁紧密结合，避免基坑开挖过程中地表雨水顺冠梁底下渗至基坑里。
2.1.3 工型钢的施工注意事项
(1) 在搅拌桩施工结束后的30 min之内，需进行工型钢的插入工作，型钢插入之前应该进行严格的检查，钢身整体无损坏和卷曲，型钢焊缝位置的质量应大于二级，工型钢应保证垂直插入[3]。
(2) 型钢的插入为整根钢材，非必要不连接，若钢材需要分段连接时，需要采用坡口焊工艺进行高强度焊接；
禁止在支撑位置和工型钢受力较大位置进行焊接；
两根相邻的工型钢接头位置禁止平行，需垂直错开大于1 m的距离，基坑底2 m之内禁止存在型钢接头。
(3) 型钢在插入期间应采用定位导向架进行固定，尽量保证其垂直度，型钢插入到位之后，应做出固定，将已插好的型钢进行连接，避免发生型钢移位。
2.1.4 工型钢拔除
工型钢在后期的施工中需要拔除回收，在型钢开拔前，应在表面涂抹减阻剂，减少工型钢和水泥、土体的黏结，起拔阻力应小于型钢破坏强度，过大的阻力会导致型钢出现损坏，无法回收再使用[4]。本工程采用2台200 t液压千斤顶和25 t汽车吊机对型钢进行拔除，当型钢拔除之后应该及时使用水泥浆液进行填充，待有一定强度后再拔除其余型钢。
3.1 监测方案设计
为了确保隧道基坑开挖施工中围护结构、主体结构、地下管线及交通的安全，需对基坑开挖及主体结构施工全过程进行监测[5]。监测数据与预测值相比较，以确定和优化下一步施工参数，做好信息化施工。现场量测结果用于信息反馈并优化设计，使设计达到安全、经济合理、施工快捷的目的。监测的主要内容见表2。
表2 监测内容
施工前应由有资质的检测单位编制监测方案，并经设计、监理、建设方认可。施工监测点的布置应严格按照设计提供的参数进行布设。施工期间严禁破坏基坑监测点，需保证监测点的完整，日常巡视工作中，应注意监测点的健康，若发现被破坏需及时处理，增设监测点。基坑监测工作应严格按照设计提供的监测频率及监测方案进行。
3.2 监测反馈
寻找一种能够较好反映监测数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测物理量进行预测，防患于未然。如预测最终位移值，预测结构物的安全性，并据此确定工程技术措施等[6]。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率等综合判断结构和建筑物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
当施工中出现下列情况之一时，应立即停止施工，采取措施处理。
(1) 监测数据有不断增大的趋势。
(2) 时态曲线长时间没有变缓的趋势等。监测资料的反馈程序及监测信息反馈流程如图1所示。
图1 监测资料反馈管理程序及监测信息管理流程图
3.3 监控量测质量保证措施
监测单位应与监理单位密切配合，定时上报监测现状，并提供真实可靠的数据和记录。监测点位的布置应科学合理，位置准确，安全稳固，并设立醒目的保护标志。监测材料、监测元件以及仪器设备应有合格证书，监测点能够及时地反映基坑的实际变化。监测数据应定期进行整理汇总成监测报告，并上报各个单位，监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制沉降槽曲线、历时曲线等，做必要的回归分析，以及对监测结果进行评价[7]。
通过在宁夏银川沈阳路-亲水大街下穿隧道工程的成功应用，SMW工法无疑具有更广泛的前景。并且，同其他各类形式的围护形式相比，SMW工法桩围护结构有以下特点：
(1) 施工影响较小。工法桩的灰浆搅拌机机头为螺旋式，在施工期间，排土的方式为螺旋效应，对土体的扰动较小，无须开槽和钻孔，避免了孔壁出现坍塌的危险，对周边的道路、管线、地面和建筑物破坏较小。
(2) 抗渗性能高。切削和搅拌是反复进行的，水泥浆和土体能够充分地进行融合，形成质地均匀的水泥土，水泥土的渗透系数极小，有着更好的止水效果[8]。
(3) 施工噪声小、振动小、工期短。SMW工法桩围护结构采用就地加固原状土，成桩速度快，墙体构造简单，施工效率高[9]。省去了挖槽、安放钢筋笼等工序，工期较其他工法大大缩短。
(4) 更加节能环保。在建筑工程领域地下围护结构中，地下连续墙和钻孔灌注桩作为传统围护的施工工艺，过程中使用了大量的钢筋，造成其不能回收重复利用且围护结构大部分永久性地埋在了地下，造成了极大的钢铁资源的消耗和地下空间资源受到围护结构的污染。而工法桩中的H型钢大部分都拔除回收，且结构本身强度低，不会对地下空间资源的使用造成占用和浪费，对我国西北地区进行建设节约型社会有着重要的意义。
本文结合宁夏银川沈阳路-亲水大街下穿隧道工程的成功应用，证明了SWM工法桩的功能和特性，具有工期短、隔水性强、对周围环境影响小、经济指标好等特点。同时，工法桩在施工完成后，可将型钢从水泥搅拌桩中拔出，达到回收和再次利用的目的，场地整洁，噪声小，也具有良好的社会效益。本文的分析结果对于类似的工程具有较强的借鉴和参考价值。
猜你喜欢工法围护结构型钢民居建筑外墙围护低能耗控制方法仿真计算机仿真(2022年9期)2022-10-25预制内隔墙板板优点及工艺工法建材发展导向(2022年12期)2022-08-19型钢混凝土组合结构施工技术难点分析中国建筑金属结构(2022年3期)2022-04-30110工法切顶留巷安全技术在张集矿的应用电子乐园·上旬刊(2022年5期)2022-04-09火灾爆炸作用下型钢柱的动力响应与破坏模式分析科技创新与应用(2022年6期)2022-03-24浅谈深基坑咬合桩围护结构的施工技术建材发展导向(2021年19期)2021-12-06重力式门架围护结构在软土深基坑支护中的应用建材发展导向(2021年15期)2021-11-05沉井压沉工法施工技术建材发展导向(2021年9期)2021-07-16超载影响下围护结构非对称基坑的受力及变形特性分析上海交通大学学报(2020年6期)2020-07-03N-JET工法在大粒径砂卵石地层止水中的应用智能建筑与工程机械(2019年1期)2019-09-10