SMW工法桩在桥墩基础开挖中的应用

摘要：在地下水丰富的软土地区进行桥墩承台的施工，需要合理的选择基坑开挖支护方案。SMW工法桩支护方式具有结构受力合理,安全可靠性高,止水效果好,省时省料等特点。本文阐述了SMW工法桩在上海嘉闵高架路（春申铁路段）工程桥墩承台施工中的应用。

关键词：SMW工法桩 桥墩基坑

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

一、引言：SMW工法桩法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H 型钢等（多数为H 型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。其主要特点：（1）施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。（2）水泥系强化剂与土充分搅拌，有可靠的止水性。（3）可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。（4）工期较短。（5）废土外运量远比其他工法少。因而在基坑开挖中得到大量运用

二、工程概况

嘉闵高架桥位于嘉闵高架路南段跨越铁路三角区内，是上海西部地区新辟的南北向快速通道，为规划新增的虹桥枢纽路网配套工程“一纵三横”快速路网系统中的“一纵”。施工场地复杂，铁路三角区节点共有11股既有、在建和规划铁路通过，分别为：既有沪春铁路（两股道）、既有沪昆铁路（两股道）、在建沪杭客运专线（两股道）、在建客专联络线（两股道）、将要开工建设的金山铁路支线（一股道）、规划沪杭城际（两股道）。高架桥桥墩基础形式为承台配桩基的，承台尺寸为11.95mx6.4mx2.5m，承台埋深约5.5m。

三、工程地质概要

岩土工程报告显示拟建场地75m深度范围内地基土主要由饱和粘性土、粉土以及砂性土组成，地层分布相对简单，为正常沉积区，土层自上而下可划分为①、②、③、⑤、⑥、⑦、⑨七大层，其中①～⑤层为第四系全新统沉积层，①层为人工填土、浜土层，②层为滨海－河口沉积层，③层为滨海－浅海沉积层，⑤层为滨海、沼泽沉积层；⑥～⑨层为第四系上更新统沉积层，⑥层为河口－湖泽沉积层，⑦层为河口－滨海沉积层，⑨层为滨海－河口沉积层。拟建工程区地下水埋深为1.0～2.4m，标高3.4～2.6m属潜水类型。

四、基坑维护设计

（一）围护结构设计选择

支护结构的设计，不仅关系到基坑开挖及周边保护建（构）筑物的安全，而且直接影响着土方开挖以及地下结构施工等施工成本。基坑支护结构是个系统工程，不仅要保证受力合理，而且要施工方便、工期节省。工程内主要桥墩基础承台尺寸为11.95mx6.4mx2.5m。埋深约5.5m。本工程结合场地实际情况，承台基坑围护结构采用深层搅拌桩内插H型钢的SMW工法桩围护结构, 具体为：直径85cm搅拌桩80根，每根长19.65m, H型钢76根，内插型钢采用HN700x300x13x24型钢,每根长19.65m。搅拌桩搭接长度25cm。横向设置上下两层共6根φ609-14钢管横撑及4根钢围檩。其具体布置如图（一）~图（三）

基坑支护平面布置图图（一）

基坑支护横剖面Ⅰ-Ⅰ图（二）

基坑支护横剖面Ⅱ-Ⅱ图（三）

（二）围护结构设计计算

本基坑采用启明星计算软件进行基坑计算。基坑开挖深度为8.65m，采用厚度为0.85m的搅拌桩围护结构，桩长为19.65m，桩顶标高为4.5m，采用SMW工法，在搅拌桩中加型钢，型钢惯性矩为201000cm4，型钢间中心距为600mm 。在中心标高4.5m及0m处设置钢管支撑，支撑刚度为：273.73（MN/m2），并分别设置50（kN/m）及110（kN/m）的预加力。计算时考虑地面超载20kPa。计算简图如图（四）

图（四）

本次计算根据《嘉闵高架路(春申铁路段)道路工程岩土工程勘察报告》，选取的土层地质参数如表1 ，其主要开挖工况如表2。主要计算结果如表3。

地质参数表

表1

施工工况表

基坑计算结果汇总表

表3

介于文章篇幅，围护结构内支撑及钢围檩的计算不做详解。现将内插型钢验算过程示意如下：

(1) SMW工法内插型钢截面承载力验算

（a）型钢水泥土搅拌墙的弯矩应全部由型钢承担，并按下式验算型钢的抗弯强度：

式中 M---型钢水泥土搅拌墙的弯矩设计值（N.mm）可去计算的到弯矩标准值乘以1.25；

W---型钢沿弯矩作用方向的截面模量（mm3）；

f----钢材的抗弯强度设计值（N/mm2）；

最大弯矩设计值：M=1.25γ0Mc=1.25×1.2×（0.6×677）=610KN・m，型钢(700*300*13*24)抵抗矩W=5742cm3。最大正应力设计值：=107N/mm2＜f=200N/mm2 满足要求。

（b）型钢水泥土搅拌墙的剪力应全部由型钢承担，并按下式验算型钢的抗剪强度：

式中 Q---型钢水泥土搅拌墙的剪力设计值（N），可计算得到的剪力标准值乘以1.25；

S---计算剪应力处的面积矩（mm3）；

I----型钢沿弯矩作用方向的截面惯性矩（mm4）；

-----型钢腹板厚度（mm）;

----钢材的抗剪强度设计值（N/mm2）;

最大剪力设计值：Q=1.25γ0Vc=1.25×1.2×（0.6×288）=259.2 KN，型钢面积矩S=3169 cm3，型钢惯性矩I=193622 cm4，型钢腹板厚度=13mm。经计算：=32 N/mm2＜115 N/mm2 满足要求。

结论：由上计算可知该围护结构各项计算指标均满足相关规范要求。

五、施工主意事项

(一)H型钢水泥土搅拌桩施工

1、搅拌桩制作注意事项

与常规搅拌桩比较，要特别注重桩的间距和垂直度。施工垂直度应小于1%，以保证型钢插打起拔顺利及墙体的防渗性能。注浆配比除满足抗渗和强度要求外，尚应满足型钢插入顺利等要求。施工时应采取措施保证加固体强度均匀，施工时不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象，严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度。保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌。相邻桩的施工间隔时间不能超过24小时，否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆，以保证桩间搭接强度。预搅时，软土应完全搅拌切碎，以利于与水泥浆的均匀搅拌。

2、H型钢的制作和打拔

a.施工中采用工字钢，对接采用内菱形接桩法，为保证型钢表面平整光滑，其表面平整度控制1‰以内，并应在菱形四角留Φ10小孔。

b.型钢拔出，减摩剂至关重要。型钢表面应进行除锈，并在干燥条件下涂抹减摩剂，搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。且搅拌桩顶制作围檩前，事先用牛皮纸将型钢包裹好进行隔离，以利拔桩。

c.型钢应在水泥土初凝前插入。插入前应校正位置，设立导向装置，以保证垂直度小于1%，插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压沉。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。

d.型钢回收。采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升，使其松动，然后采用振动锤，利用振动方式或履带式吊车强力起拔，将H型钢拔出。采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。

(二) 围檩与钢支撑应有可靠的连接，钢围檩与围护桩之间缝隙用快硬细石混凝土(C30)填充密实，待达到强度时，支撑才能施加预应力。

(三) 承台基坑开挖前按设计做好基坑防护桩，并在维护桩达到设计强度后再进行开挖。

（四）基坑施工期间加强对桩顶及线路的水平位移和沉降观测。

（五）基坑在紧急情况发生时，采用补打长钢管、加密纵向基底压重等措施抢险。

六、结束语

SMW工法桩支护体系，在软土地区的桥墩基础施工中有很大的应用价值， 特别是对承台埋深较深的深基坑，可作为比较理想的支档开挖体系，其具有结构受力合理,安全可靠性高,止水效果好,省时省料等特点。

参考文献：

[1]上海市勘察设计协会。DBJ08-61-97上海市基坑工程设计规程[S]。上海：上海市建设委员会，1997。

[2]董宁、黄翼。SMW工法桩在软土地区铁路桥梁基坑开挖中的应用[J]。西部探矿工程,2006(1)。

[3]陈默。SMW法在软土基坑支护的应用[J]。山西建筑,2012(11)。