摘要：SMW工法是深基坑支护常用的一种工法，具有施工效率高、可回收重复利用、保护环境等特点，该工法对施工工艺要求较高，在深厚软土地区具有一定的经济技术优势。
[关键词]深基坑 支护 SMW工法
1、前言
自二十世纪末以来，我国一直处在房地产投资与基础设施（桥梁，公路）建设的高峰期，随着经济的发展，城市化步伐的加快，为了满足人们日益增长的各种需要，在相对狭小的城市中心，大部分采用了改造开发大型地下设施来增加城市使用率，而地下室周围边上，都存在着很多建筑物、交通干线、地下管网，造成了很多不利条件，如施工地方小，不方便、施工条件充满紧张。
1.1基坑工程的概述
随着大批量的基础设施的建造、城市的可利用的土地面积更加紧张，向高空和地下争取建设空间成为城市建设发展的趋势。因此，高层建筑的高度记录不停更新，地下空间的开发规模和基坑开挖的深度逐渐增加，伴随而来了很多深基坑支护问题，在基坑工程施工时，需要开挖土方，进行降水方面的设计，基坑周边也需要相应的支护，由于基坑开挖，开挖后地质影响大，需要对周边的小区，道路和地下设施作出相应的监测和保护，确保基坑工程安全进行，保证周边环境正常。所以基坑工程是一项复杂的综合工程。
基抗的开挖和卸荷过程中，通常会引发坑底土体向上的竖直位移和坑壁土体的水平方向的位移，引起基坑附近的地层移动；在基坑开挖过程中，在基坑内外的土压力会产生变化，导致出现压力差，由于基坑本身的重量和在基坑周边的荷重作用，支护结构外面的部分土体向基坑内侧移动，会使基坑变形，可能出现裂缝等，对基坑正常支护造成影响。因此，需要根据实际情况采取合适的基坑支护技术对基坑侧壁进行支挡、加固和保护，以满足地下工程的施工要求，且维持基坑周边环境的稳定。具体来说，基坑支护需要保证其周围稳定，不出现裂缝或局部坍塌，更要保证周边的建筑物，管线等安全，对于支护的选型，既要方便挖土及施工，也要造价合理。
1.2深基坑工程的特点
1.2.1深基坑工程具有很强的区域性
在同一个城市中，由于地质情况复杂，也有可能有很大的不同，对于经验数据的采用，存在很大的难度，在对深基坑勘察中，提供相应的岩土参数，要精确把握。所以在深基坑开挖要综合考虑，不能随意代入，具体问题要具体分析，认识到深基坑问题的复杂性和严重性。
1.2.2深基坑工程具有很强的个性
深基坑工程不仅和该地区的工程地质有关，还与当地的水文地质条件相关，当周边有很多建筑物，管网时，要针对性的进行分析，提出相对应的设计，所以对基坑工程分类，很难对所用的支护结构分类，由于不同基坑工程，所要求的变形量差异大，很难统一规定，所以需要结合地区情况具体使用。
1.2.3深基坑工程具有较强的时空效应
深基坑过程中，基坑的深度和形状，对其稳定性和变形有着非常大的影响，所以在具体设计中，要充分考虑到深基坑工程的空间效应。对于一些具有较强蠕变性的土体，这些土体产生的压力会随着时间产生变化。当蠕变使土体强度降低了，导致基坑边坡稳定性就会降低，所有基坑开挖要考虑到时空效应。
1.2.4深基坑工程具有较大工程量及较紧工期
由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。
1.2.5深基坑工程具有很高的质量要求
由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构，所以，必须保证深基坑工程的质量，才能保证地下结构和上部结构的工程质量，创造一个良好的前提条件，进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面，由于深基坑工程中的挖方量大，土体中原有天然应力的释放也大，这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大，使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力，地下管线的某些部位出现应力集中等，故深基坑工程的质量要求高。
1.2.6深基坑工程具有较大的风险性
深基坑工程往往具有很长的周期，在设计阶段和验算阶段有比较长，在施工阶段，往往会经历到很多的天气变化，比如工程降水，周围的堆载对其影响时间比较长，由于各种不确定性，导致安全性也具有较大的随机性，往往发生的突发性的事故。
1.2.7深基坑工程的环境效应
基坑开挖引起的周边地面沉降和水平位移会对邻近建筑物、道路和市政管线造成不良的影响，在基坑工程设计时应当采取必要的措施，把这种不良影响减少到最低程度。
2、深基坑支护形式与研究
2.1概述
2.1.1技术发展与特点：
基坑规模越来越大，深度越来越深，不时有超过23m的超深级甚至超过30m特深级出现。周边环境多变，对基坑安全运用的要求及限制更加多，设计和施工困难越来越大，风险影响更加厉害。
目前，对于高层建筑和市政管线密集区域附近的深基坑工程，支护结构设计应该同时满足强度要求和正常使用要求，因此采用强度设计理论时需要对基坑的变形进行控制以确保基坑在施工过程中自身和周围建筑物的安全稳定。
2.1.2深基域工程作为岩土工程的重要领域、其技术革新主要集中于以下几个方面：
支护结构设计理念的革新，通过改变传统的静态设计理念，逐步建立以施工监测为主导的信息反动态设计体系，在工程开展的过程中还需要对深基坑支护的质量进行不断的检测。推广考虑变形控制的工程设计方法，充分考虑支护结构体系变形的空间和时间效应。研究新型支护结构设计方法，使其能够计算分析受力结构与止水结构相结合临时支护结构与水久支护结构相结合，基坑开挖方式与支护结构形式相结合的组合支护形式。信息监测与信息化施工技术的发展，根据实际监测结果动态调整支护结构的设计和施工方案，确保基坑工程的安全稳定。
2.2深基坑支护形式与特点
深基坑支护形式根据不同分类，有许多种形式，如预应力锚杆柔性支护是支挡新技术，在基坑开挖和边坡稳定处理上都可以选用。重力式支护与悬臂式支护适用于浅基坑采用，对周边的施工环境面积要求比较高，当施工周边比较空旷，可考虑采用重力式支护这种方式。
每一种形式都有相应的适用用途，而且随各种环境影响，其需要的支护高度及深度可能产生很大的变化。如:当地质情况较好，地下水位以上十来米深的基坑，经过相应的验算，满足设计要求，可以采用土钉墙支护。某深基坑工程采用的就是土钉支护，证明土钉墙支护技术在深基坑支护及边坡防护技术中是切实可行的，其经济、可靠、施工便捷等优点是突出的。SMW工法，H型钢在施工结束后可以反复使用，采用SMW工法这样的基坑支护方法，可以相对的降低钢筋材料使用，对环境的影响，相对于其它方法比较轻。除此之外，咬合桩是由钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合，桩与桩之间排列构成相互之间咬合的桩墙。这种桩可在挡土的同时兼挡水，此外在基坑土体压力很大，桩身抗弯强度不能满足时可在a桩内设置方形的钢筋笼。地下连续墙是用机械施工方法成槽后，在里面浇注钢筋混凝土，待成型后形成连续墙体，具有多种用途，比如基坑开挖支护结构、止水帷幕或地下室外墙，在工程上运用广泛。
3、工程实例分析
围护结构墙体是指在水泥搅拌桩体内，加入劲性型钢，形成一种受力组合构造，这种在日本已成熟应用的方法称为SMW工法，它包括了型钢受力水泥土止水的诸多优势，截面相对比较小，对各种基坑的适应性广。在中国广泛使用的主要障碍是型钢造价高，一些单位致力于研究将型钢在工后拔出的技术，取得进展后得到推广应用。
3.1工程概况
3.1.1基坑概况
本次基坑围护设计为工程南侧地下室，基坑开挖深度为4.70到5.10m。消防水池基坑3倍基坑深度范围内的周边情况如下：东边：基坑东侧距离建筑红线最近处为0.6m，红线外为空地。基坑开挖影响范围内无重要管线及构筑物。南边：基坑南侧距离建筑红线最近处为3.8m。西边：基坑西侧距离建筑红线最近处为1.7m，红线外为1层浅基础建筑。北边：基坑北侧为空地。
3.1.2场地工程地质条件
工程区属长江三角洲冲积平原，属长江中下游Ⅲ等地震区上海—上饶地震副带，历史上无灾害性地震记录，记录地震烈度未超过5.0度，震级上未超过5级，是一个震级小，烈度低的相对稳定地区。拟建场地势较平坦，地表水系较发育，场地以空地为主，少量地段为池塘，勘察时池塘已基本抽干。场地地势稍有起伏。勘探期间测得各勘探孔孔口高程在1.56～2.70m（黄海高程）之间。
（1）场地岩土条件
根据本项目岩土工程勘察报告，该基坑开挖影响范围内，总共有4个工程地质层，按细可以划分为5个亚层。各岩土层自上而下描述如下：
①-1层：素填土
层厚1.10～1.80米，层底高程1.16～0.02米。杂色，松散，以粉质粘土为主，局部含少量碎石，池塘地段含少量塘泥，该层全场分布。
②-1层：粉质粘土
层厚1.00～3.00米，层顶高程1.16～0.02米，层底高程0.10～-2.46米。灰黄色，软可塑，含铁质和云母屑，部分位置夹粉土。该层全场分布。
②-2层：粉质粘土
层厚1.50～3.10米，层顶高程0.10～-2.46米，层底高程-2.86～-4.80米。灰黄色~灰绿色，软可塑～可塑，摇振反应无，稍有光泽，干强度中等，韧性中等含铁锰质和云母屑。该层主要分布在场地西北侧。
③层：淤泥质粘土
层厚3.60～11.20米，层顶高程-0.34～-1.45米，层底高程-4.06～-12.08米。灰色，流塑。含残植质、有机质，底部夹粉土，高压缩性，力学性质差。该层在场地西北侧缺失。
④层：砂质粉土
层厚3.00～10.60米，层顶高程-2.86～-12.08米，层底高程-12.86～-16.81米。灰黄色，中密，摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低，局部夹粉质粘土，该层全场分布。
基坑围护设计参数取值见下表4-1。
表4-1 基坑开挖影响范围内各土层物理力学参数（部分为经验值）
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注：① 带*数据为经验值；
② 设计可根据实际情况和类似经验折减采用。
（2）场地地下水
该场地属北亚热带南缘的东亚季风气候区，气候温暖，雨量多，光照时间较长。据统计平均气温约为15.9℃，相应的最高气温约为38.5℃，相对的最低气温约为－10.8℃，无霜期可以长达7-9个月。这几年降雨量平均约为1184.8mm，年最大降雨量约为1683.2mm，日最大降雨量约为167.6mm，降雨在地区上分布较均匀，北部地区略多，但年际变化较大，年内分配也不均匀。累年平均相对湿度82%，累年平均风速3.2m/s，累年最大风速35.5m/s，全年主导风向为东南风，冬季以北风和西北风为主。7~9月份易受台风影响。台风过境时中心风力最大可达12级，基本风压 35kg/m2。区域内水网发育，场地北侧为河道。
3.2基坑围护方案分析
3.2.1基坑特点
根据场地工程地质条件和周边环境情况，本基坑土质相对较差，同时基坑西侧距离居民住宅较近，施工方及监测方须加以注意。
3.2.2围护方案选型分析
根据本地区的同类型基坑的工程经验，此类基坑一般需要采用SMW工法桩的支护体系。该法具有施工时对周边环境影响小，防渗性能好，环保节能，适应土层范围广，施工进度快以及投资省等优点，目前已被广泛应用。根据本工程的实际情况和已有的工程经验，根据“安全第一，技术可行，经济合理，方便施工”的原则，本基坑选择的方案如下：基坑采用SMW工法桩。
3.2.3围护设计
（1）地面超载
地面超载一般按20kPa考虑，周边建筑按15kPa/层考虑。
（2）主要材料
1）混凝土强度等级：压顶梁为C30；
2）钢筋采用HPB300、HRB400级钢；
3）SMW工法内插Q235B级H型钢（H488×300×11×18）；
4）搅拌桩采用P.O.42.5 普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为20%；
5）焊条：HPB300级钢筋Q235B钢材采用E43型焊条，HRB400级钢采用E50型焊条。
（3）放坡面层
出土口放坡坡度系数为1：2.5，坡面采用100mm厚C20喷射砼面层，面层内配φ8@200×200双向钢筋网。
3.2.4基坑施工要求
围护施工应由具有相应资质且有类似工程施工经验的单位承担。正式施工前，施工单位应根据围护设计图纸编制施工组织设计，并严格执行。
本次基坑工程施工应按如下顺序施工：场地平整→水泥搅拌桩施工→钻孔灌注桩施工→冠梁施工→土方开挖到承台垫层底，在完成坑底排水边沟砌筑，修土至底板底，直至完成基础底板施工。
基坑四周场地应进行平整，确保平整后的场地标高不高于设计标高，同时应根据围护平面图及相关尺寸进行测量定位，核对基坑围护范围是否与结构施工冲突，清除场地浅部地下障碍物。合理布置施工机械，输送管路和电力线路的位置，确保施工场地的“三通一平”。围护结构施工前应根据结构施工图进行复核，准确无误后方可施工。
（1）SMW工法桩
施工工艺如图5-1：
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图5-1 SMW工法施工工艺流程
（2）冠梁及角撑
冠梁混凝土强度C30，主要纵向受力钢筋、锚固、搭接长度符合规范要求。
（3） 土方开挖
施工单位在土方开挖前须结合地下结构施工图编制详细的土方开挖施工组织设计，并经有关单位认可后方可施工。在基坑围护结构达到养护龄期后开始进行基坑土方开挖，同时在围护结构的强度达到设计强度的80%以上方可开挖。开挖期间除专业单位监测外，施工单位和监理单位应有专人巡查边坡稳定情况，发现问题及时处理。
（4）降水排水
基坑降水应遵循“按需降水”的原则。场地地下水较浅，水量贫乏。本工程采用明沟排水结合降水井进行基坑降水排水。
4、结论
在一个基坑工程过程设计中，要坚持保证对应支护体系安全可靠、经济合理、施工方便并在工期范围内完成的原则。考虑到具体的工程地质条件，也要考虑该支护结构会出现的隐患。在选择支护类型时，要结合各方面影响因素如周围建筑物、管线、自然条件等。
支护结构选型和设计理念的转变，即由造价高、施工空间狭容、施工工期长、高能耗、环境污染严重的传统技术(如钴孔灌注桩、地下连续墙、钢筋混凝凝土支撑结构和钢管支撑结构等)向造价低、施工空间大、施工工期短、绿色环保节能、资源可重复利用的新型技术(如水泥搅拌桩及SMW工法等)的转变。就如本文实例分析，采用SMW工法，满足该基坑围护的设计要求，说明SMW工法在这类基坑中，比较适用，对环境友好，重复利用率高。在满足安全经济等前提下，可以优先考虑SMW工法施工。
但这些新兴支护技术也存在相应的局限性，仅适用于地下开挖两层的情况，例如本文工程实例分析项目，围护用于地下室一层开挖。对于超深超大、地层条件差、周边环境复杂的深基坑工程，一般仍采用传统支护技术。
参考文献
[1].龚晓南，基坑工程发展中应重视的几个问题，岩土工程学报，2006年
[2].吴大庆，SMW工法围护结构设计计算方法及应用研究，西安科技大学，2006年