郭樹(shù)華

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434)

SMW工法在上海華漕港泵閘基坑中的應(yīng)用與分析

郭樹(shù)華

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434)

本文介紹了上海華漕港泵閘基坑采用SMW工法作圍護(hù)的施工及監(jiān)測(cè)過(guò)程。針對(duì)這種圍護(hù)的特性，設(shè)置了圍護(hù)傾斜、鋼支撐軸力等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)成果表明:根據(jù)設(shè)計(jì)方案采取合理的施工工藝，可有效抑制圍護(hù)變形，從而控制周邊復(fù)雜的建筑物沉降，為軟土地基圍護(hù)設(shè)計(jì)積累相應(yīng)參數(shù)。

SMW工法;鋼管支撐;時(shí)間效應(yīng);水平抗力

引言

SMW工法樁［1-5］(soil mixing wall)是基于深層攪拌樁施工方法發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)在相互搭接的水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或其他種類的受拉材料，連續(xù)并排形成地下柱列式復(fù)合擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而起到防滲、支護(hù)作用。1976年研制成功后，成為日本國(guó)內(nèi)基坑圍護(hù)的主要方法，約占地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的80%。1993年，SMW工法通過(guò)技術(shù)引進(jìn)并創(chuàng)新后在我國(guó)發(fā)展起來(lái)，在上海靜安寺“環(huán)球世界”商廈基坑圍護(hù)中最新得到應(yīng)用。目前該工法主要應(yīng)用于我國(guó)東南沿海上海、南京、杭州、廣州等地的軟土深基坑圍護(hù)中，并逐步向內(nèi)地推廣。

1 工程概況

1.1 工程介紹

華漕港泵閘工程位于閔行區(qū)華漕鎮(zhèn)華江公路西側(cè)華漕港上，距入蘇州河河口132.0m處。圍護(hù)墻體采用水泥土攪拌內(nèi)插型鋼方案(SMW工法)，該工程選用三軸水泥土攪拌樁φ850@600mm，內(nèi)插H型鋼700mm×

300mm，其中東岸型鋼密插，西岸間一插一。水泥土攪拌樁頂標(biāo)高4.50m，樁底標(biāo)高－17.2m，東岸內(nèi)插H型鋼中心距為@600mm，西岸為@1200mm，型鋼底標(biāo)高為－16.2m，樁頂均設(shè)1200mm×800mm鋼筋混凝土頂圈梁。東西兩岸工法樁單側(cè)長(zhǎng)80.05m，南北兩側(cè)采用高壓旋噴樁形成止水帷幕，并與工法樁形成封閉的防滲體系。泵閘基坑沿深度方向(垂直向)設(shè)兩道鋼管支撐，采用對(duì)撐方案，支撐水平間距為4m，第一道支撐為φ609×16鋼管撐，中心標(biāo)高為4.10m，采用鋼筋混凝土圍檁，截面尺寸為1200mm×800mm;第二道支撐為φ609×16鋼管撐，中心標(biāo)高為0.00m，采用鋼箱梁圍檁，截面尺寸600mm×600mm×16mm×18mm。采用臨時(shí)鋼格構(gòu)立柱及柱下立柱樁作為水平支撐系統(tǒng)的豎向支承構(gòu)件，臨時(shí)鋼格構(gòu)柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的鋼格構(gòu)柱，其截面為480mm×480mm，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中3m，立柱樁為鉆孔灌注樁，樁徑 φ800mm，樁長(zhǎng)16m?；幼畲箝_(kāi)挖深度為9.0m。

1.2 地基加固

由于基坑開(kāi)挖深度深、環(huán)境保護(hù)要求高，為嚴(yán)格控制基坑開(kāi)挖過(guò)程的圍護(hù)墻體變形，對(duì)基坑坑底以下的被動(dòng)區(qū)土體，按“貼邊”方式進(jìn)行加固。貼邊加固采用φ850三軸水泥土攪拌樁，深度為6.0m，寬度約2.65m。三軸水泥土攪拌樁水泥摻量為20%，基坑開(kāi)挖面以上回?fù)街恋谝坏乐蔚酌鏄?biāo)高，水泥摻量為10%。

1.3 地質(zhì)情況

工程場(chǎng)地各土層主要物理及力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各土層主要物理及力學(xué)指標(biāo)

2 基坑主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

a.圍護(hù)體及土體傾斜監(jiān)測(cè)。

b.支撐軸力監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 基坑及周?chē)h(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3 主要施工工況

基坑主要施工工況見(jiàn)表2。

表2 基坑主要施工工況

4 成果分析

4.1 圍護(hù)體傾斜

基坑第一層土方開(kāi)挖后，坑內(nèi)外土體應(yīng)力發(fā)生變化，在坑外水土荷載作用下，工法樁向坑內(nèi)發(fā)生側(cè)向水平位移，各深度水平位移呈“魚(yú)腹”狀分布，即中間大，向上下兩段逐漸減小，在管口處有一定的位移量，位移曲線為典型的工法樁圍護(hù)及鋼管支撐的圍護(hù)變形曲線。泵房段基坑第一層土方開(kāi)挖速率較大，圍護(hù)變形明顯，該層土方完成后東側(cè)圍護(hù)最大側(cè)向位移為17.73mm，位移偏大的原因主要有兩方面:?第二道支撐附近土質(zhì)較差，強(qiáng)度低，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)難以形成足夠的水平抗力抑制圍護(hù)的側(cè)向位移;?鋼圍檁與樁間未有效充填高強(qiáng)細(xì)石混凝土。第二層土方開(kāi)挖前施工單位在所有格構(gòu)柱處增加鋼抱箍對(duì)支撐進(jìn)行了固定，同時(shí)在鋼圍檁與樁間未充填高強(qiáng)細(xì)石混凝土，使圍檁形成整體，開(kāi)挖工序調(diào)整為由東西兩側(cè)向中部推進(jìn)。從成果可以看出，采取部分措施后，第二層土方開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)體向坑內(nèi)位移速率明顯減小，該層土方開(kāi)挖過(guò)程中西側(cè)最大位移量為8.07mm，東側(cè)最大位移量為3.35mm，說(shuō)明施工工藝的調(diào)整對(duì)抑制圍護(hù)變形是有效的。底板結(jié)構(gòu)施工期間，基坑底部處于暴露狀態(tài)，產(chǎn)生了一定的時(shí)間效應(yīng)，東西側(cè)圍護(hù)向坑內(nèi)最大位移又增加了6.08～7.20mm，底板澆筑完成后圍護(hù)最大側(cè)向位移發(fā)生在東岸，累計(jì)位移量為33.59mm，在報(bào)警值(50mm)范圍內(nèi)，最大位移量在坑底附近，隨著底板強(qiáng)度的逐漸增加，其板撐作用越發(fā)明顯，圍護(hù)體向坑內(nèi)位移得到控制并逐漸收斂。第二道鋼支撐拆除過(guò)程后，圍護(hù)體向坑內(nèi)位移較小。第一道鋼支撐拆除過(guò)程后，圍護(hù)體向坑內(nèi)最大位移增加了6.65mm，由于第一道支撐拆除后圍護(hù)變成了懸臂結(jié)構(gòu)，其最大水平位移的深度由7.5～9.0m上升為7.5～9.0m，圍護(hù)變形與施工工況吻合較好。型鋼拔除過(guò)程中破壞了測(cè)斜管，該工況下圍護(hù)體側(cè)向位移值缺失。由于基坑只在東西向有鋼管支撐，南北側(cè)防滲墻為懸臂結(jié)構(gòu)，墻體在各個(gè)深度的水平位移表現(xiàn)出明顯的懸臂結(jié)構(gòu)位移特性，即從墻底到墻頂?shù)奈灰浦饾u增大，監(jiān)測(cè)末期東西側(cè)最大水平位移發(fā)生在管頂下0.5m處，位移量分別為31.97mm、33.44mm，盡管南北側(cè)防滲墻為懸臂結(jié)構(gòu)，但其位移量較東側(cè)圍護(hù)要小，主要跟防滲墻處開(kāi)挖深度較淺有關(guān)。詳見(jiàn)表3。

表3 各種工況下東西岸中部測(cè)點(diǎn)發(fā)生的最大累計(jì)水平位移量及相應(yīng)深度

坑外土體深層水平位移測(cè)點(diǎn)CX11各深度的水平位移走勢(shì)與臨近圍護(hù)體深層水平位移測(cè)點(diǎn)CX3各深度的水平位移走勢(shì)有一定的相似性，但土體位移曲線在坑底以上呈“反S”形，主要由各土層土體剛度差異引起。土體內(nèi)測(cè)斜管的有效深度較工法樁深4m，表明其底部是穩(wěn)定的;測(cè)斜管測(cè)試時(shí)以管底為基準(zhǔn)，即假定管底不動(dòng)，由土體測(cè)斜成果推定樁內(nèi)測(cè)斜管管底不穩(wěn)定，存在水平位移，位移量在7mm左右，因此工法樁內(nèi)實(shí)測(cè)圍護(hù)體深層水平位移偏小。各工況典型測(cè)點(diǎn)傾斜曲線見(jiàn)圖2。

圖2 典型測(cè)點(diǎn)各工況傾斜曲線

4.2 支撐軸力

鋼管支撐軸力測(cè)值變化大致可分為五個(gè)階段:?第一層土方開(kāi)挖后，在坑外荷載作用下，工法樁開(kāi)始向坑內(nèi)位移，第一道鋼管支撐軸力逐漸增長(zhǎng);?第一層土方開(kāi)挖完成后，第一道鋼管支撐軸力仍有一定增長(zhǎng)，并達(dá)到峰值，主要因該階段基坑暴露產(chǎn)生了時(shí)間效應(yīng)，圍護(hù)體仍有向坑內(nèi)的位移;?第二道鋼管支撐施加預(yù)應(yīng)力后，第一道鋼管支撐受力明顯減小，第二道鋼管支撐預(yù)應(yīng)力部分消散后，第一道鋼管支撐受力又有一定增長(zhǎng);?第二層土方開(kāi)挖后，第二道支撐軸力開(kāi)始增長(zhǎng)，相反第一道支撐軸力開(kāi)始減小，第二道支撐軸力在底板混凝土澆筑前達(dá)到峰值;?底板混凝土澆筑后，第一、二道支撐軸力基本穩(wěn)定，測(cè)值變化主要由環(huán)境溫度變化引起，第二道支撐拆除后，第一道支撐軸力又產(chǎn)生了一定增長(zhǎng)，鋼管支撐軸力變化過(guò)程線見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 第一道支撐軸力測(cè)值過(guò)程線

圖4 第二道支撐軸力測(cè)值過(guò)程線

第一道鋼管支撐各測(cè)點(diǎn)軸力最大出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)ZL2處，測(cè)值為-972 kN，第二道鋼管支撐各測(cè)點(diǎn)軸力最大出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)ZL7處，測(cè)值為-1116kN。兩道支撐軸力最大值均在警戒值范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)巡視亦未發(fā)現(xiàn)支撐扭曲、軸線偏差較大等現(xiàn)象。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明兩道鋼管支撐軸力最大值均出現(xiàn)在非開(kāi)挖工況，主要為基坑暴露引起的時(shí)間效應(yīng)所致，在開(kāi)挖工況嚴(yán)密監(jiān)測(cè)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)非開(kāi)挖工況下的軸力監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)巡視。

［1］顧士坦，施建勇．深基坑SMW工法模擬試驗(yàn)研究及工作機(jī)理分析［J］．巖土力學(xué)，2008，29(4):1121-1126．

［2］張忠苗，趙玉勃，吳世明．過(guò)江隧道深基坑中SMW工法加鋼支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(6):1270-1278．

［3］劉剛．SMW工法在隧道工程中的應(yīng)用［J］．巖土工程界，2006，30(5):53-55．

［4］張忠苗，趙玉勃，吳世明，等．杭州慶春路過(guò)江隧道基坑圍護(hù)體系設(shè)計(jì)分析［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32(9): 1399-1404．

［5］盧辰．上海雪野路隧道井不規(guī)則基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)與施工［J］．施工技術(shù)，2010，39(11): 54-56．

Application and analysis of SMW construction method in Shanghai Huacao pump brake foundation pit

GUO Shuhua
(Shanghai Survey Design Institute，Shanghai 200434，China)

In the paper，construction and monitoring process of adopting SMW construction method for retaining in Shanghai Huacao pump brake foundation is introduced．Retaining tilt，steel support axial force and other monitoring items are set aiming at the retaining characteristics．Monitoring results show that adopting rational construction process according to design plan can effectively inhibit retaining deformation，thereby controlling surrounding complicated building settlement，and accumulating corresponding parameters for soft soil foundation retaining design．

SMW construction method;steel pipe support;time effect;level resistance

TV551.4

A

1005-4774(2015)05-0002-05