软土基坑中搅拌桩与旋喷桩围护的施工工艺

上海浦东新区建设（集团）有限公司 上海 200136

1 工法概述

在软土地区，旋喷桩用于基坑侧壁支护或止水帷幕，因具有设备振动小、噪声小、对邻近建筑物影响小等施工优点而被广泛采用。但旋喷桩属于柔性支护体系，在地质条件较复杂、水位高、基坑开挖深度较深的条件下，旋喷桩的使用便受限制。做到具有一定刚度并具抗渗功能，即是劲性水泥土搅拌桩法，日本称为SMW工法。该工法将搅拌桩（旋喷桩）和型钢结合起来，使之同时具有挡土和防渗两种功能，巧妙地解决了因施工场地限制而给基坑支护工作带来的困难[2]。关于搅拌桩支护结构的设计、施工及质量控制[1,3,4]和旋喷桩的施工技术参数、质量控制[1,5]，已有文献作详细介绍，以下进行工程实例介绍。

2 工程实例

2.1 张家浜人才公寓1 期2 标地下室工程

2.1.1 基坑围护方案及施工。

该工程基坑开挖深度为4.9 m，所处的地质条件较差，为含水量较高、压缩模量偏低的淤泥质黏土，且局部有明、暗浜分布（图1、表1）。

基坑的内力变形、墙体强度抗倾、整体稳定性经验算满足要求；设计计算已有文献介绍[1,6]。该工程基坑周边无大型建筑物及管线，但坝体围护紧靠号房，搅拌桩围护墙体的施工质量的好坏关系到号房桩基和基础的施工，一旦发生墙体坍塌或水土流失，产生的剪力将扰动并破坏号房桩基础。

表1 工程地质参数表

图1 基坑地质剖面（箭头线为水位）

搅拌桩采用2Φ700 mm@1 000 mm双轴水泥土搅拌桩，水泥掺量13%，明、暗浜处水泥掺量增加到16%，水泥采用P.O 42.5水泥；挡墙顶部设置厚20 cm钢筋混凝土压顶，内配Φ8 mm@200 mm×200 mm钢筋网片，搅拌桩前后排插入Φ48 mm×3.0 mm焊管，顶部与压顶相连，进行加强。在搅拌桩取芯合格后基坑分区域对称出土，土方分3 层土开挖，层厚分别为1.5 m、2 m、1.5 m。土方由施工区域不同方向3 个出口放射性外运，避免围护墙体扰动。

2.1.2 基坑围护存在的问题及处理

搅拌桩止水帷幕和基坑支护的效果比较理想，在主体施工阶段由于天降暴雨，造成局部小面积渗漏坍塌。

对以上部位做水泥土的取样送检，实测土体侧压力在0.8 MPa以上，符合要求。由于围护设计和主体设计协调原因，围护边线曾做过局部调整对施工造成影响。在现场踏勘中发现部分围护墙体压顶喷射混凝土有裂纹，泥水的冲刷使其局部渗水并导致内侧淤泥质粉黏土层在帷幕渗水较严重部位涌出、坍塌，压顶下形成空洞。内侧失去土压力，搅拌桩受外侧土压力作用倾斜。因此在基坑内侧加设预应力锚杆和挂网喷面，采用此方案后基本控制裂缝的发展。

2.2 张家浜楔形绿地3 期2 标人防地下停车库工程

2.2.1 基坑围护方案及施工

基坑呈规则矩形。基坑开挖深度4.7 m。土层较软，有沟浜分布。土质自上而下为填土，层厚0.9 m；粉质黏土，层厚1.4 m；淤泥质粉质黏土，层厚10 m；淤泥质黏土，层厚10～15 m。基坑底板位于淤泥质粉质黏土层中，水位为地表以下－1 m。采用搅拌桩止水帷幕兼做基坑围护。搅拌桩为3 排桩，车库出入口部位局部采用1∶1.07的放坡开挖。搅拌桩长度9 m，内边坡挂网喷面。基坑采用轻型井点降水，沿四周布置。为达到降水效果，基坑中央加设4 排井点，水位降到坑底0.5 m以下后，采用大面积分层分块开挖。

2.2.2 方案实施效果

基坑开挖期间实施全程监控，各项数据未发现异常；在巡视过程中基坑侧壁、基坑坑底保持干燥，未发现渗漏和位移坍方。但在开挖后期进入雨季，在连续2 d台风暴雨过后南侧车库转角处止水帷幕出现局部坍方。分析原因主要是搅拌桩形成的止水帷幕相当于无筋柔性体系，基坑开挖前期干燥酷暑，围护水泥墙体暴露于空气中而导致墙体收缩，且该部分为局部转角处。经验算，坑外主动土压力为最大，但理论上仍能保持受力平衡，暴雨的忽然侵袭形成水土合力，大大增加坑外主动土压力，超出了理论极限值的平衡，在各种综合因素作用下形成坍方。另外，由于基坑外道路排水设施不畅，导致路面上的雨水进入开挖基坑内，而坑内的明排水在特大暴雨的冲刷下未能及时疏导，削弱坑内被动区域的土压平衡，同时削弱搅拌桩脚趾的抗剪强度，坑外水土从薄弱处开始渗入，开始为清流，随着台风暴雨加剧，清水变浑，造成渗漏坍方。

根据现场实际，果断采用放坡，基坑内侧填筑沙袋、黏土夯实。放坡达到设计要求，加设锚杆，重新挂网喷面。基坑各项安全数据经监测趋于稳定。

2.3 上海轨交2 号线唐镇东站4#出入口工程

2.3.1 基坑围护方案及施工

基坑呈L形，基坑开挖深度8.9 m。采用旋喷桩SMW工法基坑围护工艺。由于先期车站主体结构已经完成，在出入口和车站主体结合部两侧SMW围护外侧加设2 排旋喷桩呈三角形止水帷幕。土层自上而下分别为填土，层厚0.8～1.0 m；粉质黏土，层厚2 m；淤泥质粉质黏土，层厚8～12 m；淤泥质黏土，层厚10～15 m，水位－0.8 m，共设Φ609 mm×16 mm钢管支撑3 道，L形转角处设斜撑。采用真空泵降水。在开槽布设第一道支撑并施加预应力后进行土体分层开挖。

2.3.2 方案评价

SMW工法围护支护和止水效果良好，本实例在基坑开挖时，坑底始终是干燥的，挡墙是稳定的，这说明了围护墙体的隔水性能良好，可允许坑内外存在水位差。整个支护结构的设计和施工是成功的；基坑的各项监测数据也给予了证明。东侧新老围护墙体结合部出现少量渗漏，考虑到主体车站已经运行，为确保主体结构安全，采用引流管加外侧旋喷补桩后，基坑未再出现渗漏水情况。

3 问题探讨

（a）和地下连续墙、钻孔灌注桩等刚性围护体系相比，搅拌桩、旋喷桩围护墙体更为轻便，噪声小，造价也低，具有无可比拟的优点。围护墙体属于柔性围护，水泥土体的和易性在水的浸泡下强度将大大降低，因此排水措施一定要完备，包括基坑内外的明排水、排水沟挡水墙的合理设置。在雨季基坑开挖过程中，需考虑围护墙趾的加固措施，如加挂钢丝网、喷浆等措施。基坑开挖要做到限时限量[1]，并及时垫层封底。

（b）搅拌桩、旋喷桩围护墙体属于柔性围护体系，围护形式的确定具有一定局限性，基坑的规模、深度影响到围护方式的选择，此外水文地质也是影响到设计和施工成败的关键因素。根据文献[7]，支护结构设计时要考虑渗流对支护结构的安全使用有负面影响，因此地质勘察报告应提供得尽可能详尽，应充分考虑到明、暗浜及流沙、渗流等不利因素的影响，在设计和施工两方面制定针对性的技术措施。

（c）正因为搅拌桩、旋喷桩围护墙体属于柔性围护体系，水泥土在长期暴露的情况下，在日光和雨水冲洗下其和易性和抗剪力都会受影响，通过以上实例的介绍分析，围护墙体特别是墙趾处是渗漏坍塌的薄弱环节，因此提前做好加固措施的预案是必要的。

（d）应用搅拌桩和旋喷桩做止水帷幕，设计时应充分考虑到理论数据和现场的差异性，并考虑防裂的问题，一旦开裂、渗漏，基坑内的砂质土会迅速坍塌，甚至影响到基坑安全；施工过程中也应做好信息反馈，发现与设计勘查不一致的地质情况，应及时和以上部门及时沟通联系，确定最佳变更方案。

（e）对基坑支护结构进行设计和变形预估时应留一定余量，对土层和支护结构本身所作的本构模型、计算假定，以及参数选定等，与实际状况相比存在一定的近似性和相对误差，而且由于基坑支护项目的特殊性，每个基坑的变形和位移各不相同，目前尚缺少一个简单的判定标准[8-10]。具体到施工过程中，除了严格按照施工规范和设计要求之外，还要做到精心组织，根据不同的地质情况调整施工参数，达到事前、事中控制。

（f）基坑工程是一个系统和动态的过程，除了围护结构之外，基坑的降水、坑外的明排水措施、土方开挖段和分层的合理布置、监测等环环相扣，直接关系到基坑工程的成败。此外，基坑开挖和施工过程中，支护结构的受力处于动态变化过程，地面荷载突变、超深超长开挖、气象水文变化等随机因素的发生，使得结构荷载作用时间和影响范围难以预料，需要现场各道工序衔接合理、科学。

（g）在搅拌桩和旋喷桩围护工法的创新应用中，采用钢管代替型钢，并结合放坡，形成坝体式围护体系，充分利用水泥土对钢管的包裹作用达到提高钢管的刚度，可以减少位移的作用。此外，水泥土还起到套箍的作用，达到固定钢管的作用。水泥土搅拌桩对钢管变形的适应性较好，在软土基坑围护中可优先采用。

（h）近年来，在上海中心等一些特大基坑基础中采用圆筒围护；文献表明，围护采用旋喷桩和搅拌桩也可充分利用圆筒“拱效应”，效果极佳[11]。在一些重大基坑工程，采用钻孔灌注桩和旋喷桩和搅拌桩结合，做到刚柔相济，取得了良好的技术经济效益。

4 结语

旋喷桩和搅拌桩用于软土基坑侧壁围护和止水帷幕，具有较好的技术经济优越性，随着SMW工法施工机械的发展和新的工法如TMW工法、TRD工法的产生，旋喷桩、搅拌桩在基坑施工中的应用前景将更为广泛。