某管线基坑采用SMW功法桩支护设计

【摘要】本文通过叙述对某管线穿越房屋密集区采用SMW工法桩进行基坑加固支护的设计计算过程，为类似工程处理设计提供借鉴。

【关键词】基坑加固 SMW功法桩

1.工程概况

新建管线地处某市城乡结合部，为满足该地远期城镇规划需求进行设计，管线途经多为耕地，局部穿越省道以及居民区，耕地内管线采用明挖布设，与公路交叉采用顶进施工，本项目管线一段途经该地居民住宅区与工厂厂房之间，厂房与住宅区围墙间距约12m，开挖空间受限，同时为减小开挖对周边房屋的影响以及施工成本考虑，因此采用SMW功法桩对管线基坑进行加固支护处理。基坑长度60m，宽度6m，挖深4.5～5.0m，SWM工法桩平行管线两侧布置。

2. SMW功法桩简介

SMW工法即Soil Mixing Wall的简称，中文译为“土壤混合墙”。该工法是一种利用搅拌桩钻机在钻掘土体的过程中，同时灌注水泥浆液，通过钻机使钻孔内土壤与浆液搅拌混合，并在提出钻杆后插入型钢，待钻孔内水泥土凝固后，形成具有良好防渗性能、大刚度的复合基坑支护结构的施工方法。该工法的优点主要表现在墙体结构简单，施工工期短，墙体成形后抗渗性能良好，钻孔过程中不扰动邻近土体，对周边建筑影响小，墙体内基坑工程施工完毕后型钢回收可再利用，工程造价相对较低等优点。

SMW工法是水泥土搅拌桩法的技术延伸，因此可实施水泥土搅拌桩的岩土地质均可适合使用该功法施工，本工法特别适合用于粘土和粉细砂为主的软弱地质条件下的基坑支护工程。

该功法于1976年由日本成辛工业株式会社将该技术实用化，将钻孔机械进行搅拌轴多轴化设计，并申请专利。多轴化搅拌桩机的问世使水泥土连续墙体在墙体排桩连续性与水泥土桩体质量均匀性上有了进一步的提高。该工法最早是从日本传到我国上海并得到广泛应用。

3.实施段工程地质概况

本项目SMW功法桩实施段地面平坦，地质条件较为简单，岩土分层明显，地下水水位距地表约2.5m深，各土层相关参数见下表。

4.SWM功法桩主要材料机械的选取

（1） 本项目周边有数家水泥厂，水泥选择采买当地P32.5级普通硅酸盐水泥。注浆水灰比1.5，水泥掺入比20%，外加剂木质素用量为水泥用量的0.2%。

（2） H型钢与当地一家钢厂协商租赁，型钢为Q235钢，规格尺寸及参数见下表。

（3）基坑横向支撑选用两道Ф609×16钢管，水平间距5m，纵向距地表分别为1.0m与3.0m。

（4）三轴搅拌桩机采用租赁型号为PAS-200VAR日本进口机型。

5.H型钢与水泥搅拌桩的布置

本次租赁的三轴搅拌桩机成孔桩径为850mm，轴心距为600mm，搅拌桩搭接250mm。本次设计的截面形式参考其它SMW功法桩相关文献资料，采用截面形式采用单排全位“满堂”式布置。

型钢布置图

6.内力与变形计算

为保证基坑安全，基坑围护计算按《建筑基坑支护技术规程》，采用《理正深基坑辅助设计软件F―SPW6.0》将SMW功法桩按等刚度折算成一定厚度的地下墙来计算，计算结果如下：

计算模型

位移内力包络图

7. SMW功法桩墙体强度校核

通常认为，SMW功法桩的水泥土桩主要作用在于抗渗止水，而桩体所受的水土侧压力全部由型钢单独承担。

受力示意图

（1）H型钢抗弯强度验算

根据强度计算公式：

式中 W――型钢抵抗矩；

M――计算弯矩；

[σ]――型钢允许拉应力。

M=1.35×最大弯矩值×桩体有效宽度

=1.35×65.46×0.6=53.03 kN・m

σ=53030/0.0015=35353333.33N/m2=35.35Mpa

桩体抗弯强度满足要求。

（2）H型钢抗剪强度验算

式中：τ――计算剪力；

S――型钢面积矩；

I――型钢惯性矩；

δ――所验算点处的钢板厚度；

[τ]――型钢允许剪应力。

Q =1.35×最大剪力值×桩体有效宽度

=1.35×50.59×0.6=40.98KN

S=0.125×0.2×0.452-0.125× （0.2-0.09）×（0.45-2×0.14）2

=0.004665125

τ=（4898×0.004665125）÷（0.000337×0.09）

=7.54 Mpa

桩体抗剪强度满足要求。

（3）水泥土局部抗剪验算

水泥土局部抗剪，仅指型钢与水泥之间的错动剪应力而言，见下图。

型钢之间的平均侧压力为q，则型钢与水泥土之间的错动剪力为：

Q=0.5×（1.35×q×L）

水泥土局部抗剪需满足下式：

式中 τ―为所验算截面处的法向应力；

τs―水泥土设计抗剪强度。

通过理正深基坑辅助设计软件计算，侧向土压力q最大值为45.088Kpa；水泥土桩体28天强度通过试验τs>0.6Mpa

τ=（0.5×1.35×45.088×0.399） ÷0.602=20.172 Kpa

τ

水泥土局部抗剪强度满足要求。

上述内容为本项目基坑支护的计算过程，此项目实施于2011年，相关基坑壁土压力计算成果为《理正深基坑辅助设计软件F―SPW6.0》所得。现今项目应按照国家颁布的新规范，运用新版软件，参考本文对类似工程进行设计。

8.结语

本项目所采用的SWM功法桩具有对施工用地空间要求小，施工噪音小，适用于城市空间狭小不适于放坡开挖的基坑工程；水泥浆通过搅拌桩机与地基土层拌合形成的水泥土连续桩体，具有良好的止水性能；桩体插入的H型钢可有效的提供承载力，并且基坑施工完成后，H型钢可以拔出回收重复利用，可以降低工程造价，节约钢材，节能减排，保护环境。

[参考文献]：

中华人民共和国国家标准《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T11263-2010， 国家技术监督局。2010.01.01实施；

王健。H型钢――水泥土组合结构实验研究及SMW工法的设计理论与计算方法[D]。同济大学博士学位论文。1998；