现代隧道技术２００４年增刊（４５２—４５６）ｓＭｗ工法在南京地铁围护工程中的应用习哲１窦培松２孙燕１（１南京地铁建设指挥部，南京２１００２４；２中铁西南科学研究院，成都６１００３１）摘要ｓＭｗ围护施工工法国外应用较多，目前在国内处于推广阶段。文章介绍了在南京地铁珠江路车站围护工程施工中ＳＭｗ工法的应用情况，用工程实例说明了此工法在大型、超深基坑围护工程中应用的可行性。关键词ＳＭｗ工法围护工程搅拌桩型钢ｌ引言Ｍｉｘｉｎｇ基坑开挖标准段宽２１．７ｍ，最宽处３５．７ｍ，车站中心线与中山路形成３．２５０的夹角，车站南端井的边沿已Ｗａｌｌ）工法也被称为加筋水泥超过中山路的中线。车站为地下两层建筑，岛式地下二级车站，由主体、两个风道、四个出入口组成。车站北侧地下连接地铁控制中心（地下三层，地上二十二层），西南、西北两个出入口横穿中山路（图１）。由于车站南段须尽快提供珠江路站一新街口站隧道施工的盾构工作井，故从节约工期和施工安全着想在车站９轴处设一临时封堵墙。珠江路车站北侧与控制中心相临较近，从基坑施工安全方面着想，车站１６轴以北与控制中心地下室合并成一体施工，占地面积５２０６ＳＭＷ（Ｓｏｉｌ地下连续墙工法，它是在一排相互连续搭接的水泥土桩中插入加强芯材（Ｈ型钢）的一种地下墙施工技术。这项工法是基于深层搅拌桩技术发展起来的，二次大战后由美国首先研制出，１９５３日本开始引进这种技术，并予以长足发展。目前，这种工法已成为日本等国家应用最多的基坑支护方式。这种支护结构能在一定应用范围内替代现有的钻孔灌注桩和地下连续墙支护结构。由于该工法具有止水性好、工期短、造价低、施工适应性较广、噪声小、泥浆污染少等特点，已在国内，特别是上海地区的高层建筑、地铁工程、合流污水治理工程、轻轨明珠线等工程的地下深基坑围护中得到应用，并在１９９９年被建设部、上海市建委列为重点推广项目。目前在本工程之前所统计到的ＳＭｗ工法应用中，最大基坑开挖深度１４．２ｍ，插入与回收Ｈ型钢长度达２４ｍ。南京地铁珠江路车站基坑开挖深度达到１７．３１ｍ（特别是与车站相邻的控制中心基坑最深处达到１９．５２ｍ），插入与回收Ｈ型钢长度达２８．３ｌｍ２，基坑围护也采用ＳＭＷ工法施ｍ三段，本文着重介绍具有代表工。这样，珠江路车站主体工程基坑等于形成了６５ｍ＋６５ｍ＋７０性的南段。２．１工程及水文地质条件车站地处繁华市区，地势较平坦，地面高程９．８９～１１．０３ｍ，场地位于一级阶地前沿，地质条件较为复杂。地层自上而下为：①１～２ｍ为灰色一灰黄色人工填土；②２．０～３２ｍ左右为软塑一可塑灰色一灰黄色粉质粘土，其中在１．４～４．Ｏｍ有一层２．Ｏ～７．６ｍ，因此，本工程的成功实践，对于ＳＭＷ工法ｍ厚软塑一流塑粉质粘土（夹薄层状粉在国内大型深基坑围护工程的推广应用具有十分重要的意义。砂）；③３２—３６ｍ为灰黄一紫红色粉质粘土夹砂卵石层；④３６ｍ以下为下白垩统葛村组沉积岩（Ｋ，ｇ），岩性为紫红色泥质粉砂岩夹砾岩。地下水为浅层孔隙潜水和微承压水。２工程概况珠江路地铁车站位于中山路与珠江路交叉路口以北，吉兆营路以南的中山路东侧。车站长度１９８．７修改稿返回日期：２００３—０８—０１作者简介：习哲，男，工程师．・４５２・ｍ，２．２周边环境及管线影响万方数据 ＳＭＷ工法在南京地铁围护工程中的应用图１平面布置图Ｆｉｇ．１Ｐｌａｎｅｌａｙｏｕｔ进行ＳＭＷ施工，对地面周围环境和地下管线环境均具有一定要求，一方面确保施工机具能方便行走；另一方面由于设备自重较大，因此对地下管线变形影响。距离最近的同仁大厦裙楼距基坑围护边约为６ｍ。在本基坑建址范围内，市政管线基本已予以改移，只有在车站中部有一击２００ｍｍ的自来水管横穿，施工时予以悬吊保护。车站西侧平行主体基坑有大量的电信和供电电缆，特别是有一道咖１重点。３３．１０５０钻进速度：下沉＜１Ｉｎ／ｍｉｎ，提升＜２水泥浆的比重：１．２９—１．３７；ｎ∥ｍｉｎ；拌浆桶：体积０．６ｍ３，每桶水泥用量２５８～３１６ｋｇ；每根桩每延米水泥浆用量：０．４２７一Ｏ．５２３水泥土２８天无侧限抗压强度：≥１．５３．２施工设备选择本次ＳＭｗ围护结构施工主要的三轴搅拌桩机采用日本进口，型号为ＰＡＳ—２００ＶＡＲ，并配备桩机、吊机、挖土机、压浆机等设备，其主要施工设备如表１所示。ＭＰａ。ｍ３；ｍｍ的污水管，主体基坑是施工监测的ＳＭＷ工法参数选择表１ＳＭＷ围护结构主要施工设备一览表ｉｎＳＭＷ工法围护参数影响ＳＭＷ围护结构强度及抗渗性能的主要因Ｔａｂｌｅ１Ｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ吣ｅｄＳＭＷｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ序号１２３４设备名称规格型号数量１台１台３台１台ｌ台备注２００素有：Ｈ型钢的大小及插入比、围囹和支撑的刚度、地基土层性质、水泥用量、搅拌土的均匀性、施工深度等。根据珠江路车站的土层条件，ＳＭｗ围护施工时主要是控制好水泥用量和水灰比，确保一定的泵送压力，合理选择下沉与提升速度，使得形成的ＳＭｗ复合桩体满足抵抗土压力的强度和抗渗要求，从而保证基坑开挖过程中的稳定性。下面为ＳＭＷ工法围护的控制参数：Ｈ型钢尺寸：基本尺寸为７００×３００×１３×２４，长度２８ｍ左右；插入比：０．８左右；桩径：主体桩径８５０ｍｍ、搭接２５０供浆流量：１４０～１６０泵送压力：１．５～２．５ｍｍ；＝轴搅拌桩机ＰＡＳ一２００ＶＡＲ桩机步履式重型桩架压浆泵吊机挖土机２００Ｌ／ｍｉｎ５０Ｏ．４ｔｋＷ国产１台备用插型钢挖沟出浆５ｍ３３．３型钢布置方式由于此工艺工程上使用较少，本工程又是目前国内最深工程实例，建设单位组织设计院、科研院校、监理、施工等单位和专家成立科研课题，便于推广。考虑地质条件、型钢刚度、型钢与水泥土连接、水泥土抗剪、开挖深度等因素在基坑开挖最深的南边４０ｍ（对称）选择“一插一”方式，中间３０ｍ采用“隔一插一”，其余采用“三插二”方式。从开挖后的情况看，基坑变形相差不大，水泥土未发现明显的剪坏。・４５３．水泥参人比、标号：２０％４２５号普通硅酸盐水泥；Ｌ／ｍｉｎ；浆液配比：水：水泥＝１．６～２．０：１；ＭＰａ；万方数据 现代隧道技术杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在０．５％内。４施工过程及工艺流程开挖导沟（构筑导墙）＿÷设置机架移动导轨一ＳＭＷ搅拌机架设定位搅拌、提升、喷浆＿÷成型型钢定位插入（测斜、纠偏）一搅拌机移位进入下一组＿制作桩顶圈梁一挖第一层土抽槽安装第一道支撑一依次循环抽槽安装第五道支撑挖第六层土至坑底设计标高浇注素混凝土垫层＿÷结构回筑反向拆除支撑一型钢起拔、回收。４．１桩位放样、开挖沟槽桩位平面偏差不大于５ｃｍ，轴心距为６００ｍｍ，４．４水泥浆液拌制、压浆施工前应搭建好可存放２００ｔ水泥的拌浆平台，水泥浆液的水灰比严格控制在１．６～２．０。对于水泥浆的配比控制一方面采用测浆液比重，另一方面严格控制每桶浆液水泥包数。４．５搅拌桩机钻杆下沉与提升、注浆按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。钻杆提升速度不得大于２∥ｒＩｌｉｎ，要求均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液。开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直提升到离地面５０处后再关闭灰浆泵。４．６三轴搅拌桩的搭接施工三轴搅拌桩的搭接以及成形搅拌桩的垂直度补正是依靠单孔重复套钻来实现的，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。三轴搅拌桩一般采用跳槽式双孔全套复搅式施工（如图２所示），但在特殊情况下（例如搅拌桩成转角施工或施工间断）也可采用单侧挤压式施工，一般要求桩与桩搭接时间不应大于２４ｈ；ｃｍ搅拌桩搭接２５０ｍｍ。三轴搅拌桩采用套打工艺，因此桩心距为６００ｍｍ。在沟槽两侧定位型钢上以１２００ｍｍ为间距，用油漆做好标记，保证搅拌桩每次准确定位。根据基坑围护内边控制线，采用０．４ｍ３挖机开挖，并清除地下障碍物，开挖沟槽余土应及时处理，以保证ｓＭｗ工法正常施工。４．２型钢定位、桩机校正垂直沟槽方向放置两根定位型钢，规格为２００×２００，长约２．５ｍ；再在平行沟槽方向放置两根定位型钢，规格为３００×３００，长约８～１２ｍ；上面再放置型钢定位卡进行Ｈ型钢定位。转角处Ｈ型钢采取与围护中心线成４５度角插人。在桩架上焊接一半径为５ｃｍ的铁圈，１０ｍ高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻如超过２４ｈ，则在第二根桩施工时增加注浆量２０％，同时减慢提升速度；如因相隔时间太长致使第二根桩无法搭接，则可采取局部补桩或注浆措施。卜芈Ｐ等Ｐ警图２三轴搅拌桩施工顺序Ｆｉｇ．２Ｐ竺ｑ—竺ｑＣｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆ３ａｘｉｓｍｉｘｉｎｇｐｉｌｅ４．７Ｈ型钢的插入及回收尽可能在搅拌桩施工完成后３０ｍｉｎ内插入Ｈ以将Ｈ型钢固定到位的悬挂装置，以免Ｈ型钢插入到位后再下沉。Ｈ型钢就位后，通过桩机定位装置控制，靠型钢自重插入搅拌桩内，型钢插人过程中应随时调整型钢的垂直误差，若型钢插放达不到设计标高，可以慢慢提升型钢到适当高度，反复或借助一型钢，每根Ｈ型钢到现场后，都要检验垂直度、平整度、焊缝厚度及隔离剂的涂抹质量等，不符合规定要求的不得使用。必须设置Ｈ型钢悬挂梁或其它可・４５４・万方数据 ＳＭＷ工法在南京地铁围护工程中的应用定的外力（震动锤）将型钢下插至设计标高。待地下结构完成后，用３００ｔ的大型油压顶拔装置将Ｈ型钢从搅拌桩中顶拔出来，回收后经过整形保养，可重复使用。目前从回收的效果看，基本上可以全部拔出，但由于太深，基本上每天回收３～１５根，起拔困难时，型钢损坏严重，影响再使用。分析原因可能是隔离剂涂抹欠佳，或是型钢在土中搁置时间长，或是型钢变形较大导致磨阻力大难以起拔。Ｈ型钢回收后，用６％～１０％的水泥浆填充Ｈ型拔除后的空隙，利于后期防水。４．８制作压顶圈梁压顶圈梁使每根桩通过桩顶连接共同作用，并作为以后顶拔型钢的持力座，在即使不插入Ｈ型钢的搅拌桩内插入２根咖１２一咖１６钢筋，然后制作压顶圈梁，使每一根桩都能连成一体复合受力。复合排桩完成后，凿除桩顶部水泥土，露出的Ｈ型钢表面需用泡沫板隔离材料包扎，使圈梁和型钢之间不粘结，便于型钢的起拔。５基坑降水、开挖及施工监测根据水文地质条件及基坑开挖的深度，本场地降水的目的层为上部潜水层；在基坑底至下伏基岩面局部分布较薄的中粗砂层，属微承压含水层，经验算后在围护外侧布置了两根承压井。基坑不考虑侧向水补给，地下水主要来源于基坑开挖深度范围内的土层中地下水和基坑底以下土层的地下水垂直补给，在降水范围内的地层均为渗透性差的粘性土，不易疏干，因此在降水时采用真空辅助抽水，以提高降水效果。根据本工程基坑开挖的要求，降水井的布置范围主要是在ｓＭｗ围护结构的内侧，按单井抽水有效面积２００ｍ２、井距１４～２０ｍ左右来考虑。开挖与支撑施工技术要点是：“沿纵向按限定长度逐段开挖，每个开挖段分层、分小段开挖，随挖随撑，按规定时限施加支撑预应力，做好基坑排水，减少基坑暴露时问”。垂直运输采用Ｅｘ一２２０伸缩臂挖掘机，最大挖掘深度２４ｍ；水平挖掘运输采用二台小型液压挖掘机。基坑钢支撑选用西５８０和拍０９两种规格，由于ＳＭＷ围护刚度较小，第一道支撑的安装要及时，以防止在悬臂受力状态下产生较大墙顶水平位移和附近地面开裂，同时由于围囹的存在使支撑架设多了一道手续，增长了基坑暴露的时间。在基坑开挖与支撑施工中，主要针对ｓＭｗ围万 方数据护结构深层位移、围护结构顶部位移、围护结构顶部沉降、钢支撑轴力、周围地表沉降、地下水位、周边地下管线变形、周边建筑物变形等进行施工监测，设置报警值。由于本围护工程的特殊性，根据基坑开挖的进程选择监测的频率及时反馈资料分析指导施工，基本上在最后一道支撑以上为一天一次，最后一道支撑以下、变形较大及恶劣天气时一天两次到三次ｉ结束后一周一次。根据完整的检测数据，基坑最大的变形在开挖面上下，约为３５ｍｍ左右，坑底上隆变形等其余变形均小于预警值。６特殊部位处理６．１钢围囹与Ｈ型钢焊接处理墙体结构施工前，预先使用油毛毡将Ｈ型钢与以后的混凝土隔离；拆除支撑、围囹后应将焊接在Ｈ型钢上的牛腿割除、使用磨光机打磨并用油毛毡隔离，这样可保证将来型钢的顺利起拔。６．２拐角和施工冷缝处理拐角和施工过程中出现的意外情况导致施工冷缝，采取在拐角外侧、冷缝处外侧补搅素搅拌桩，以此确保将来基坑开挖时不出现大量渗水现象。６．３搅拌桩渗水处理在基坑开挖阶段，现场备好相应设备及材料，密切注视基坑开挖情况，一旦发现有漏点，及时进行封堵，原计划采用单液或双液注浆，实际施工时采用单液水泥浆引流管补漏。本工程采用ｓＭｗ工法围护，开挖后搅拌桩桩体表面渗漏点较少，即使有渗漏，出水量也较小。从南京地铁一号线沿线车站基坑使用钻孔桩围护、连续墙围护和喷锚形式围护等围护形式来看，ｓＭｗ工法搅拌桩的渗水情况最好，由此可见ＳＭＷ工法对于基坑防水要优于其它工法。７结语ＳＭｗ工法在南京地铁一号线一期工程珠江路站及其附属结构围护工程中应用取得了成功，特别是Ｈ型钢的顺利回收，使该工法在深基坑围护工程中更具竞争力。通过本次工程应用得到以下几点结论。（１）ＳＭｗ工法适用于大面积、开挖深度１８ｍ左右的一般砂、土层基坑围护，而由于搅拌深度达到３０ｍ，所以对砂卵石层及岩石层是不适用的。．４５５・现代隧道技术（２）ｓＭｗ工法围护结构的开挖止水效果好于混凝土桩和地下连续墙等围护结构。（３）ＳＭｗ工法的施工速度要明显快于其它围护施工工法，在现场条件适宜时，一台机组每天可以施工１０组１２延米左右。（４）由于Ｈ型钢可以多次利用，所以此工法综合成本低于地下连续墙工法。（５）搅拌桩的成桩质量和防水效果与不同土层搅拌速度、水泥浆水灰比有一定的联系，需要通过实践经验确定。ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＭＷｍｅｔｈｏｄ皿肌ｅｉｎｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｏｆＮａｎｊｉｎｇｍｅｔｒｏ（ＨｅａｄｑｕａｎｅｒｓｏｆＤｏＭ凡拈。昭５“ｎｙ０凡ＮａｎｊｉｎｇＭｅｔｍＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｎ删ｉｎｇＤｏｕＰｅ祗ｏｎｇｏｆ２１００２４）（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｃｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１）ＡｂｓｔｒａｃｔｔｈｅＴｈｅＳＭＷｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｍｏｔｅｄｉｎＣｈｉｎａｒｅｃｅｎｔｌｙ，ｗｈｉｌｅｉｔｉｓＶｅｒｙｐｏｐｕｌａｒａｔａｂｍａｄ．ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒＳＭＷｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓ￡ａｋｅｎｉｎｔｈｅｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｏｆｔｏＺｈｕｊｉａｎｇＲｄ．ＳｔａｔｉｏｎｏｆＮａｎｊｊｎｇｍｅｔｒｏ，ｉｓｐｒｅｓｅｎ—ｔｅｄ．ＳｏｉｔｐｍｖｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄＫｅｙｗＯｒｄｓｂｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｌａ唱ｅｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ．ＳＭＷｍｅｔｈｏｄ；Ｆｂｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ；Ｍｉｘｉｎｇｐｉｌｅ；Ｓｈａｐｅｄｓｔｅｅｌ・４５６・万方数据
