SMW 工法桩在不同工况下的变形分析

熊飞

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

0 引言

SMW 工法连续墙于1976 年在日本问世。SMW 工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H 型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW 工法桩具有施工简便、成本低、抗渗性好等优点；缺点是：基底下SMW 工法的水泥土强度根据试验数据推断可能很低,不能够满足H 型钢之间水泥土局部抗剪的要求，在巨大的内外压力差下，坑外的土体可能从H 型钢之间流入基坑内，造成基坑隆起，基坑失稳，因此需要监测基坑开挖过程中围护结构在不同工况下的变形，以便指导接下来的施工。

施工单位在基坑施工过程中，往往会由于工期或者现场条件有限等原因，没有按照图纸施工，这些工况会对围护结构的变形带来更多不可控的因素。通过一些工程实例对SMW 工法桩变形进行对比分析，从而得到围护结构在不同工况下的变形特性及趋势。

1 SMW 工法桩桩体受力分析

基坑开挖过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变使围护结构承受荷载并导致围护结构和土体变形，围护结构内力(支撑轴力等)和变形(基坑围护结构及其周围土体的沉降和侧向位移等)中任一量值超过容许范围，将可能造成基坑失稳破坏或对周围环境造成不利影响。

SMW 工法桩围护结构变形源于以下几个原因：

⑴随着基坑内的土方开挖，基坑内外的土压力不平衡，基坑外侧的土压力会对围护结构侧壁产生巨大的推力，从而引起围护结构的位移与变形；

⑵当基坑场地条件限制时，挖掘机一般都是直接在基坑边进行作业，将坑内挖出的土方直接堆载在基坑边，来往的渣土车也都是直接在基坑边进行作业，给基坑的围护结构增加了几十吨甚至几百吨的荷载，同时也加大了围护结构的侧压力与变形；

⑶很多深基坑都是采用支护桩+支撑的支护形式，当基坑开挖到相应的深度时，需要及时施工对撑，当对撑没有及时施工时，也会加剧围护结构的变形；

⑷在淤泥较深的区域，支护桩桩底没有嵌入到足够的深度或者稳定的土层当中，外围的土压力会造成支护桩产生踢脚现象，甚至可能引起基坑坍塌。

2 工程实例

珠海横琴某基坑，采用明挖施工，支护形式为：SMW工法桩+三道内支撑+坑内加固的支护形式，三道内支撑中第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三道为φ609mm×16mm 热轧无缝钢管支撑，坑底加固采用φ700mm@600mm水泥搅拌桩，基坑开挖深度约8m，基坑SMW 工法桩深度为17m。

在基坑开挖之前，预先在SMW 工法桩内埋设了8 个深层水平位移监测点QS1-QS8，其中QS1-QS3 在基坑南侧，QS5-QS7 在基坑北侧，QS4 在基坑西侧，QS8 在基坑东侧，布点图详见图1。

图1 监测点平面布置图

整个基坑从开挖到回填历时约174 天，基坑监测贯穿基坑开挖及基础施工整个过程。具体工况变化见表1。

表1 工况

由于现场场地有限，因此，挖机和渣土车都是直接在基坑北侧的冠梁顶附近作业。

由监测结果可知，从2017 年5 月2 日至2017 年5月10 日，随着基坑开挖，当开挖第二层土方至第二道内支撑施工时，基坑围护结构变形较为缓慢，每天变形速率为1mm/d 左右，基坑累计变形最大监测点为QS6，累计变形为11.4mm，其它监测点累计变形均在10mm 以内，基坑围护结构变形仍在可控范围之内，各监测点具体位移量详见表2。

表2 2017 年5 月10 日各测点位移量

在施工完第二道内支撑后，基坑进行第三层土方开挖。基坑西段在施工至第三道内支撑的位置后，及时进行第三道钢支撑施工，因此，在这段时间内，基坑东段的围护结构深层水平位移QS3-QS5 都没有产生较大的位移或者突变，QS3 在顶部累计位移了-38.8mm，QS4 累计位移了-32.7mm，QS5 累计位移量为-70.6mm，其中QS5累计值超过设计报警值50mm。

然而，基坑东段在土方开挖至第三道内支撑的位置后，没有及时进行钢支撑施工，而且挖机、渣土车和吊车仍在基坑北侧作业，至2017 年6 月9 日，现场发现基坑底部有隆起现象，而监测数据也显示QS1 仅6 月9 日一天时间就突变了-36.4mm，累计值为-81.8mm；QS6 一天时间位移了-285.7mm，累计变化为-314.7mm，现场立即进行土方回填，防止危害发生。而现场监测也是每两个小时监测一次，随着土方逐渐回填，基坑变化速率逐渐减小，两小时后继续位移了-51.0mm，4 小时后继续位移了-33.8mm，6 小时后位移了-15.2mm，8 小时后位移了-5.9mm，至此，基坑东段已回填完成，10 日继续加密监测，监测数据显示现场已趋于稳定；监测点QS7 在9 日当天突变位移为-528.6mm，累计值为-575.5mm，2 小时后继续位移-92.6mm，4 小时后位移-72.1mm，6 小时后位移-26.4mm，8 小时后位移4.6mm，此后，该监测点数据趋于稳定。

此后，现场对基坑东段进行分段开槽开挖至第三道内支撑的位置，及时施工第三道内支撑后，继续开挖。在基坑第四层土方开挖到底后，现场及时进行垫层封底，并抓紧时间进行底板施工，此后，基坑围护结构虽然仍在继续缓慢变形，但是都没有出现较大的突变，直至基坑回填完成，2017 年6 月10 日及2017 年10 月10 日各监测点累计位移量详见表3、表4。

表3 2017 年6 月10 日各测点位移量

表4 2017 年10 月10 日各测点位移量

通过监测数据发现，基坑北侧的变形显著大于基坑南侧变形，其中，基坑北侧的QS5 最终累计位移量为-130.3mm，QS6 最终累计位移量为-460.6mm，QS7 累计位移量为-835.3mm，而基坑南侧的QS1 最终累计位移量为-149.4mm，QS2 累计位移量为-36.0mm，QS3 累计位移量为-61.0mm。同时，所有的数据都显示基坑顶部向外位移。由于深层水平位移是以测斜管底部为不动点来计算，因此说明基坑围护结构底部向基坑内侧滑移了。

3 结论

⑴随着基坑土方开挖，基坑外侧的土压力对SMW 桩体产生了巨大的推力，从而引起支护桩结构变形。基坑开挖过程中需加强监测，并加强对基坑围护结构的巡视，以便及时发现基坑可能出现的险情；

⑵基坑边的荷载也会对基坑围护结构的变形产生巨大的影响，会加剧围护结构的变形。在基坑开挖过程中，基坑边的作业车辆若非必要，尽量远离基坑边进行作业。另外，基坑内挖出的土方，必须及时运走，严禁直接堆在基坑边附近；

⑶施工过程中，必须严格按照施工组织方案执行，做到每一步施工过程及时衔接，比如开挖到支撑的位置后，及时施工内支撑；基坑开挖到底后，及时施工垫层和底板。切勿超挖或者不按图施工，否则，极易发生基坑坍塌风险；

⑷在软土地区，SMW 工法桩桩底必须嵌入到足够的深度或者进入稳定的土层当中，否则，基坑就容易出现桩体踢脚现象，从而引起支护体系的破坏。