SMW工法在宝钢综合大楼项目基坑 围护中的应用分析
童岳忠
（宝钢工程校术集团有服公司，上海201900）
[摘要】以空钢综合大楼项目深基坑围护工程为例，对SMW工法的经济性、施工过程中基坑的稳定性以及周膜建筑的安全性进行了分析.根据工程特点采取了有效的结构围护措施及配套措施.实践分析表明，各项稳定性、安全系数均满足现行规范、规程要求.围护结构体系针对保留建筑及重点部位作了相应调整和加强处理，经测算，满足变形控制要求.
[关键词】地下工程：深基坑；围护；SMW工法：稳定性；安全性
[文章编号】1002-8498（2012）01-0020-04
[中分类号】TU753 [文献标识码]A
ApplicationAnalysisofSMWMethodinFoundation Support ofBaosteel Comprehensive Building
Tong Yuezhong
(Baoseel Enginering & Technology Group Go. Lad. Shanghai201900 China)
Abstract; Based on foundation support engineering of Baosteel prehensive building the authoranalyzes economics stability and safety of SMW method. Effective enclosing measures and its matching.ss a s aas p s soe se e ae s sd pd u yodeformation under control.
Key words:underground; deep foundation excavation; support; SMW method; stability; safety
老年活动楼.地下建2层停车场，地下室为规则的矩形，基坑长边方向约为181m，短边方向约为61m， 基坑开挖深度为11.30~10.90m.平面布置如图1所示.
SMW工法是soilmixingwall的简称，即型钢水泥土复合土墙.它使用多轴型钻掘搅拌机在现场向 一定深度钻据，同时在钻头处喷出水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌，在水泥土混合体未结硬之前插人H型钢或钢板作为应力加强材料，固化后形成劲性复合围护墙体，当围护挡土功能完成后，可回收型锅重复使用.这种结构充分发挥了水泥土 混合体和受控材料的力学特性，与地下连续墙、钻孔灌注桩加止水桩的围护结构相比，具有经济、工期短、高止水性、对周围环境影响小等特点.
深基坑围护作了论证分析，并对邻近旧有建筑保护 本文对宝钢综合大楼项目采用SMW工法进行的安全性进行了评测.
1工程概况
图1基坑平面布量Fig.1Layout of foundation excavation
本工程新建1幢24层办公大楼和2幢4层的
基坑东北侧为旧有的具有纪念价值的宝钢老干部（老年）活动中心大楼，是重点保护对象，为3层建筑，条形基础，外墙距基坑地下室外边线最近
处约5m.基础埋深约为1.7m，条形基础高1.1m，宽度为2.4m.具体的条形基础布置如图2所示.
Fig.2 Layout of strip foundation 图2条形基础布置
根据勘探资料，拟建场地内除上部分布人工填世（Q，）滨海-河口相地层.具体共分7大层11个 土层之外，其下主要为第四纪全新世（Q）及上更新亚层，第①层为人工填土，第②~层为全新世（Q）沉积层，第-层为上更新世（Q）沉积层.
地下水的平均埋深在0.5~1.5m，基坑围护设计取高水位，即在地面下0.5m处.各地层地基土的物理力学性质如表1所示.
表1土层物理力学性质
Table 1Physical and mechanical properties
层底标 厚/ 重度 内摩擦角黏案力杂填土 高/m 1.5 1.5 n y/（kN-m²) 18.0 p/（*) 20 c/kPa 0粉质粘土 -3.2 -7.3 1.7 18.3 18.6 19 26 19砂质粉土 紫泥质粉 11.5 4.1 4.2 17.3 14 10 8质土 -21.5 10.0 16.8 10 15粉质霜土 25.6 4.1 17.5 17.5 15 15 15 15粘质粉土 -35.6 10.0
2基坑围护方案的经济性比选
本工程地下车库面积大，深基坑占地范围超过总用地面积的50%，基坑开挖深度大，且为软土地基，容易产生深层滑动及边坡失稳，故必须根据本工程的特点采取有效的结构围护措施.以下为几种可选的围护方案.
2.1SMW工法
围护结构采用三轴搅拌桩施工，361000mm@750mm的水泥土搅拌桩，如图3a所示，桩长23.50~25.00m，套打施工，内插型锅H850×300×12×25，形成1.0m厚连续的劲性增，桩顶采用钢筋混凝 土顶冠梁连成一体，起挡土及防渗止水作用.东北侧（在保护建筑附近）型钢间距750mm密插：其他部位型钢按“插二跳一”布置.
万方数据
图3东北例围护措施Fig.3 Enclosure structure in northeast side
2.2灌注桩
采用（850~1050）mm的灌注桩作为挡土结构，桩长23.05~24.55m，灌注桩后方采用套打一排34850mm@600mm三轴搅拌桩作为止水幢幕，桩顶 采用钢筋混凝土顶冠梁连成一体，如图3b所示.东北侧（在保护建筑附近），采用直径1050mm灌注桩，间距1200mm；其他部位采用直径850mm灌注桩，间距1000mm.
2.3地下连续墙
东北侧（在保护建筑附近）地下连续墙墙宽采用1000mm；其他部位墙宽采用800mm，墙深约25m，地下连续墙混凝土强度等级为C25.
2.4方案比选
3个方案均设2道钢筋混凝土支撑，混凝土强度等级为C30.本工程同直径经济比较（含2道支撑）如下：①SMW工法方案估算投资约2300万元；灌注桩方案估算投资约2500万元；②地下连 续增方案估算投资约3000万元.采用SMW工法具有一定的经济优势.
同时考虑SMW工法对施工环境影响小，成桩速度快，围护体施工工期短等技术特点，对本工程案.考虑东北侧的保留建筑距基坑较近，还需对保 的适用性较好，因此本工程建议采用SMW工法方护建筑的安全性作进一步论证.
3基坑的稳定性分析和变形预测
根据本工程基坑特点、开挖深度及周边环境，基坑设计安全等级确定为二级.
3.1基坑的稳定性分析
围护结构的人土深度是关系到基坑围护结构整体抗滑移、抗倾覆和抗隆起的重要因索，同时又 直接影响到围护结构的工程造价，因此人土深度的选择要做到安全且经济合理.利用圆弧滑动理论、库仑土压力理论等对基坑围护结构进行整体稳定性、抗隆起、抗倾覆、抗管涌验算，以确定围护墙的插入深度.本工程对东北（在保护建筑附近）和 其他部位进行分别验算，计算结果如表2所示.
包到（水士分，乘形款）
经计算，本工程选用的SMW工法桩设计参数包括H型钢规格、插人深度等均满足安全性要求.
3.2基坑的变形预测
SMW工法桩围护墙按竖向弹性地基梁结构计算，按施工题序逐阶段计算.墙体在开挖面以下地层采用一系列弹簧模拟，弹簧刚度K=Ak，其中A为弹簧所分担的面积，k为地基土的等效基床系数（抗力系数）.计人支撑作用时，考虑了支撑设置时 墙体已有的位移和支撑的弹性变形.按照”先变形后支撑”的原则进行结构分析，并计算内部结构回筑阶段的内力组合，最终的位移及内力值是各阶段累计值.围护境和支撑之间的连接按饮接处理.20kPa或按周边建筑物实际荷载考虑. 基坑外水、土压力分算.基坑周边地面超载q=
Fig.4 Envelope diagram of the internal force and 图4围护结构内力和位移包络图displacement for enclosure structure
拟的数值计算，分析本工程基坑开挖引起的基坑东北侧老干部活动中心的位移.
4.1土体本构模型与参数
模型能够反映土体的硬化特征、区分加荷和卸荷的 土体采用等向硬化弹塑性模型（HS模型），该区别及其刚度依赖于应力历史和应力路径的特点，并采用莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）破坏准则.不同分层土体参数由勘察报告提供.围护结构参数按照其材料性质及断面参数选取.
经计算，东北侧（在保护建筑附近）及其他部位的围护结构内力和位移包络图如图4所示.其中，东北例，增体最大位移25.0mm，墙体最大弯矩 880.0kNm/m，墙体最大剪力384.6kN/m；其他部位，境体最大位移38.1mm，墙体最大弯矩907.2kNm/m，墙体最大剪力432.6kN/m.
4.2接触面单元
选择，可满足二级基坑的变形控制要求（壤体最大 根据上述计算结果判断，本工程围护结构参数位移<40mm）. 采用弹塑性无厚度Coodman接触面单元模拟围护体与土体之间的相互作用，接触面单元切线方向服从Mohr-Coulomb破坏准则，折减系数Rinter来 描述接触面强度参数在所在土层的摩擦角和黏聚力之间的关系，模拟接触面的强度参数较低的特性. 4保护建筑安全性分析 本工程基坑边线外延30m范围内，周边环境较简单，东北侧3层老干部活动中心是本工程的主要 保护对象.为确保建筑的安全使用，要求控制基坑外地表沉降在30mm（0.25%H）以内，建筑物沉降差或倾斜控制在0.4%H以内（条形基础）.采用岩通过初始应力场模拟、连续介质模拟和开挖过程模 土工程专业有限元软件PLAXIS建立有限元模型， 4.3网格划分 计算区域宽度为基坑以外3倍以上开挖深度范围，计算深度为坑底以下3倍以上开挖深度范围. 对两侧垂直边界施加水平向约束，底部水平边界施加垂直向约束，采用高阶三角形单元模拟土体. Table 2Stabillty snalysis results of foundation excavation with SMW method 表2SMW工法方案基坑确定分析结果 区域划分 开挖探度h/m 播人深度D/m 整体稳定K 增底隆起K 坑隆起K 抗倾覆稳定K. 抗渗流稳定K其他部位 东北侧 10.9 11.3 15.5 14.0 1.460 1.430 2.620 2.420 1.930 1.970 1-510 1.490 2.803 2.585安全系数允许值[K ] 1.250 2.000 1 900 1.100 1.500 ~ 2.000 万方数据 4.4施工工况模拟 5基坑围护其他配套措施 5.1降水措施 5.2坑内加固 为反映初始应力状态及基坑开挖的施工过程，在土体初始应力场的基础上，模拟各相应土层的开挖和支撑的加设.土体位移分布云图如图5所示. 图5土体位移分云图Fig.5 Soll displacement distribution nephogram 数值计算表明，距基坑北侧约5m的老干部活6.4mm，最大沉降约为12.15mm，不均匀沉降 动中心，基坑开挖引起的最大水平位移约为0.54%，均在目标控制范围内.围护结构最大水平变形为19.45mm. 基础工程具有相当的复杂性，每个项目面临的现场条件和地质条件都不尽相同，因此为确保基坑安全，除了选择合适的基坑围护结构体系之外，其SMW工法桩设计情况，尚应重点抓好以下几项配套 他相应的配套措施也必须落实到位.针对本工程措施. 受水位变化的影响比较大，必须考虑好基坑降水措 在基坑开挖过程中，SMW工法围护结构变形施，以达到减少变形的目的.本工程基坑内开挖所需要的降水深度约为12.30m，采用深井降水措施疏强观测坑外地下水位变化情况，并记录相应抽水 干坑内土体，以改善施工条件.降水期间应着重加量，若有异常情况应及时处理. 为降低基坑安全风险，减少围护结构和周边场地变形量，基坑内局部土体适当增加硬化加固措 施.考虑在东北侧有需要重点保护的老干部活动深度为开挖面以下约6.0m，宽度约6.0m.其他部 中心，在该侧坑内采用三轴深层搅拌桩加固，加固位根据需要，如局部电梯井、集水井等深坑可采用水泥土搅拌桩结合压密注浆进行加固. 5.3周边地面硬化和堆载管理 在基坑开挖阶段必须严格控制好基坑周边的附加荷载，划定堆载限制范围，加强日常管理.对基坑周边一定范围内的地面进行表面硬化，有利于减少围护结构和周边地面的变形. 5.4实时监控 在基坑施工过程中，对围护结构本体、坑周地层变形，附近建筑物的变形及受力情况进行实时监测，对变形及变形速率设置报警值，并将监测数据 及时与计算预测值相比较，当监测值达到界限或监测值的变化速率突然增加或连续保持高速率时，应及时报警，分析原因并处理.老干部活动中心由于年代较久且距离基坑较近，施工前应对结构进行前 期调查，建立原始资料档案，一旦测得施工期间建筑物沉降超过2mm/d或累计超过20mm，应立即报警，并采取相应措施. 6结语 本工程基坑SMW工法围护结构体系经稳定性验算和变形测算，各项稳定性、安全系数均满足现行规范、规程要求.围护结构体系针对保留建筑，重点部位作了相应调整和加强处理，经测算，满足 变形控制要求. 但基坑工程的安全性不仅仅依靠严密的方案论证，还需配合优质规范的施工，针对本工程特点，施工采用合适的施工工艺，在施工控制指标、关键 步骤等方面严格操作与管理，才能确保工程安全. 参考文献： [1]黄维明，童小东，螺林昌，等，地下结构工程[M].南京：东南 大学出版社，2004.[2]高胜宗，徐庆宁，谢海湾.SMW工法在梅例4号高炉深基坑的[3]顾士坦，赵同彬，SMW工法型钢-水泥土组合聚抗弯性能分 应用[J].山西建筑，2010（30）：135-137.析[J].岩土力学，2007 28（S1）：673-676.[4]顾士组，施建勇，深基坑SMW工法模拟试验研究及工作机 理分析[J].岩土力学 2008 29（4）：1121-1126[5]胡文奇，SMW工法在基坑围护结构中的应用探讨[J].施工 技术 2008 37（S1);96-98. 祝广大作者、读者、专家新年快乐！
