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摘要：如今地下室工程在城市发展中已经成为不可缺少的部分，地下室工程施工的成败直接关系到整个工程的成败。地下室工程能否顺利施工关键在于基坑的支护与降水处理，本文通过工程实例，探讨了SMW工法桩形成止水帷幕在深基坑工程中的应用，攻克了SWM工法桩在实际工程中遇到的一些难点，分析了形成止水帷幕在地下水丰富、流沙土质中的必要性等。
关键词：SMW工法桩、止水帷幕、深基坑、地质状况、地下水、强透水层
中图分类号： TV551.4 文献标识码： A
引言
截水是当前基坑工程地下水位控制的主要手段之一，常见的截水结构主要有混凝土、水泥土、混凝土截水结构有地下连续墙和咬合式排桩，截水结构、挡土结构合二为一，水泥土系的截水结构通常叫做节水帷幕，常用施工方法有水泥土搅拌法‘高压喷射注浆法、搅拌-喷射注浆法、注浆法等。以上截水结构，都是由先后施工的截水单元互相搭接形成的，截水单元本身的质量缺陷、单元之间的搭接缺陷都将导致截水失败。全国各地、只要有基坑截水的，几乎都有截水失败事例的报道，可见，基坑截水问题的严峻性和严重性，这些事故的发生、主要有截水结构的设计选型、质量缺陷和应急预防措施不力。
一般而言深基坑工程中杂填土、粉质粘土、淤泥质土、沙土等软土层具有天然含水率高、抗剪强度低、固结系数小、各层之间物理力学性质相差较大等特点。而城市中基坑工程又常常处于周边有密集的建筑物、道路桥梁、地下管线等。由此而见，基坑支护、降水工程虽然属于临时性工程，但其技术复杂性却往往高于永久性基础结构或上部结构工程。稍有偏差，不仅导致后续工程无法开展，还会殃及周边其它建筑、人生安全等，带来巨大的经济损失。由此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，通过信息化、动态化设计和管理，结合施工监测、信息反馈、应变措施设计和管理等一系列理论和技术制定了相应的设计和施工标准，验收规范。本文根据实际施工情况、以及施工效果总结一些施工成果、经验为今后类似深基坑工程设计、施工提供参考依据。
正文
基坑工程基本概况
拟建场地地处福建漳州九龙江西溪北岸，距九龙江河床约600m，原始地貌属冲洪I级阶地，场地西侧为已征商业用地，北侧红线外五米为华东小商品批发市场，南侧为规划道路，东侧为一条港道，东北角有一栋三层民房和公厕。基坑总周长约440m，基础挖深9.2m-12.8m，地下两层地下室，地上为5栋22-27层高层住宅。
场地状况图
工程地质条件
基坑开挖揭露土层情况，自上而下有：杂填土、粉质粘土、淤泥质土、粗砂、粉质粘土、粗砂、圆砾层、残积土、以下为全风化花岗岩、强风化花岗岩等。场地属地下水排泄区，影响基坑施工的场地内地下水类型主要为孔隙潜水，粗砂层内承压水及基岩裂隙水，属径流区，受邻区地下水的侧向补给及大气降水渗入补给。根据地质资料：杂填土为透水含水层，粗砂、圆砾为强透水含水层，粉质粘土及淤泥质土属相对隔水层，基岩风化带为网状裂隙水，其富水性及透水性与其裂隙的发育程度及裂隙性质有关，裂隙多以闭合裂隙为主，富水性一般较差。
了解了工程的水文地质条件以及本工程基坑特点，我们应该根据需求进行截水方式的选型、设计选型和成败直接关系到工程成败，下面进行截水方案选型的分析。
三、截水方案的选型
本工程地质较为复杂，地下水位丰富、并且地下水流动性较大，截水方式的选型、参数的确定至关重要，稍有不慎将会对周边建筑物等造成致命危害。截水结构的选型和设计，需重点考虑漏水的后果，含水层的土性、地下水特性、支护结构形式、施工条件等因素、对于漏水的后果严重（如建筑物、公共设施破坏等）的基坑、对施工质量无十分把握的截水结构，如水泥土系列的截水结构不宜少于两道防线；选择的截水结构施工工艺需适合场地的地层特性，截水的基坑，支护结构的变形控制设计尚需考虑截水结构的抗变形能力，支护结构或土体变形过大会引起截水结构开裂，导致漏水。上图所示本工程选用SMW工法桩+被动区土体注浆加固作为截水结构，同时起到挡土支护作用。
1、首先选用SMW工法桩是考虑到SMW工法桩施工有如下几点优点施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面沉降、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K可达10-7cm/s。它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。④所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一台班可成墙70～80㎡。⑤废土外运量远比其他工法为少。
2、被动区土体注浆加固首先是考虑到防止SMW工法桩滑移、隆起设计，同时被动区土体形成截水帷幕与工法桩截水帷幕同时截水，安全性能大大的增加。
3、工法桩深度的确定
如上图所示本工程采用PHC预应力管桩基础，在管桩施工过程中，早已将土层底部相对隔水层（粉质粘土层）捅破，如果止水帷幕达不到圆砾层以下，坑内或坑外强透水层（圆砾层、砂层)必然透过管桩侧壁涌水，这將直接影响主体工程基础的质量。另外， 坑内进行降水施工时， 本身降水井就捅破粉质粘土层，降水时粉质粘土层以下砂层、圆砾层地下水掏空后，必然会引起上层土体下沉，这时如果工法桩形成的止水帷幕只是穿透粉质粘土层，而粉质粘土层又因为沉降，将直接导致止水帷幕失效。深基坑工程，尤其是本工程地下水位丰富、砂层又比较厚，如果截水帷幕封闭出现缺陷漏洞的话，对基坑内强行降水的时候，基坑外围地下水会涌入基坑内，并伴随有流沙显现，基坑外围很容易出现沉降、甚至地面塌陷等危险事故。本工程中如图所示，粉质粘土层作为相对隔水层，水泥土搅拌墙穿过粉质粘土层就能起到止水的效果，但是本工程地质，粉质粘土层相对较薄，为防止降水施工过程中出现滑移、隆起现象，设计确定将搅拌桩穿透圆砾层，并对被动土体进行注浆加固，防止降水的时候被动区砂层被抽干出现滑移倒塌现象。
施工阶段、严格按照相关技术标准、施工工艺、操作规程等精心施工是确保截水结构质量的必要条件，但是不是充分条件，尚有诸多不确定因素会造成截水结构致命的缺陷，例如’实际地质条件与勘查资料的符合程度，包括砂卵石地层中粒径的大小，表层填土的成分，地下水的流动性等等，地下障碍物往往导致截水结构不能正常施工，出现桩体缺陷、位置偏移、桩体倾斜等质量问题。下面我们透过本工程施工中遇到的实际困难，并讲解工况困难的方法。
四、SMW工法桩截水帷幕施工
SMW工法桩施工并不是一项陌生的施工工艺，我们这里主要讲解本工程中遇到的困难及解决方法，本工程前期施工时上部土层成孔均正常，当成孔深至-16.5m~17.8m时下沉速度明显变慢，电流突然增大超过450A。桩底2m~4m成孔时间达2小时，注浆量超过40000L。成桩后发现三轴钻头、钻具严重磨损无法继续施工。分析原因我们知道，型钢水泥土搅拌墙（SMW工法桩）基坑支护工程适用于填土、淤泥质土、粘性土、粉土、砂性土、饱和黄土等土层，并不适合圆砾层、全风化花岗岩等坚硬土质。由福建省水文地质工程地质勘察研究院提供的《漳州市碧湖生态园土白安置房岩土工程勘察报告》显示本工程-12.5m—-25.5m分布有圆砾层土质，厚度达2m—8m，{圆砾粒径>2mm的颗粒含量为59.4~80.1%，粒径30~60mm颗粒含量为4.1~10.2%}现场施工发现圆砾层颗粒粒径大于60mm。-17.5m-25.5m分布有全风化花岗岩土层，厚度达2m-15m。地质原因与SWM工法桩施工条件限制是我们施工难度大的主要原因。砂层、圆砾层较厚，当施工到该土层时螺旋式钻头将土层向下压，土层越压越紧时下沉困难并且对钻头损坏严重。 鉴于以上施工情况我司已在上海探矿机械厂定制了一套三轴“超深钻头”钻头具体改进方法如下：1改善三轴钻头同心线性，调整钻头入土角度，将原钻头的入土切入角度由12度变为25度，由原先的螺旋式改为叶片式，能将下层土体切开往上返并进行搅拌。2为增加三轴钻头胎体的抗磨性，用特种高强度钢铁贴补三轴钻头胎体，在三轴钻头切削土体部位和钻头底部补焊高强度合金刀排。3在三轴钻头“前进头”加焊成品圆柱体高强度合金。通过上述施工改进，施工顺利进行，最终透过对帷幕固结体的搭接部位钻芯样，检测帷幕深度、固结体的单轴抗压强度及完整性检测表明施工效果良好。
工程降水施工及土方开挖
降水及土方开挖的施工是检验截水帷幕施工效果最直接的方法、截水帷幕施工比较成功，坑内降水较快坑外水位基本保持不变，土方开挖顺利。本工程土方开挖时基本未见地下涌水现象，施工比较顺利，侧壁有少许渗水现象，施工过程中已经处理。
本文主要分析了利用SMW工法桩作为止水帷幕进行基坑工程降水施工的优越性以及设计深度度如何取舍才能达到较好的止水效果，SMW工法桩遇到较厚砂层、圆砾层施工困难时如何攻克。工程地质和水文地质条件是基坑设计文件中必不可少的部分，是决定支护结构选型、设计计算的重要依据。设计施工也不能过分的依赖于勘察报告。勘探点均按照一定的间距布置，不可能把基坑影响范围内的土层特性、地下水情况全部反映清楚；有时勘察点的布置受现场条件所限，不能完全布置在基坑工程的关键部位；勘察报告的准确性和真实性较差等等。因此，在基坑工程设计施工过程中，尤其在老城区或建筑物密集地段的基坑工程，设计、施工必须密切配合，影响截水质量的因素着实太多太复杂，施工很难做到绝对的不漏，而且现有的检测方法均不能准确的评价帷幕的整体截水效果，因而应急预防是截水基坑工程不可或缺而且是非常重要的一个环节，应急预防讲究措施切实有力，监控及时高效，反应迅速到位，施工现场需具有充足的技术、人力、物质的准备，监控、报警、反应、行动高效有序、必要时可按照事先制定的抢险应急预案进行现场演习。还要有遇到技术难题时，一种积极探索克服难题追求进步、付诸行动的态度。在基坑工程施工中只有全面考虑问题，以科学严谨的态度对待、才能做到有备无患。
参考文献-《型钢水泥土搅拌墙技术规程》
《中国建筑科学研究院提供的基坑支护、设计、检测与检测技术文件》
《福建省水文地质勘查设计院提供的本工程勘察地质报告》
《福建省漳州市设计院提供的本工程基坑支护设计图》
关键词：SMW工法桩、止水帷幕、深基坑、地质状况、地下水、强透水层
中图分类号： TV551.4 文献标识码： A
引言
截水是当前基坑工程地下水位控制的主要手段之一，常见的截水结构主要有混凝土、水泥土、混凝土截水结构有地下连续墙和咬合式排桩，截水结构、挡土结构合二为一，水泥土系的截水结构通常叫做节水帷幕，常用施工方法有水泥土搅拌法‘高压喷射注浆法、搅拌-喷射注浆法、注浆法等。以上截水结构，都是由先后施工的截水单元互相搭接形成的，截水单元本身的质量缺陷、单元之间的搭接缺陷都将导致截水失败。全国各地、只要有基坑截水的，几乎都有截水失败事例的报道，可见，基坑截水问题的严峻性和严重性，这些事故的发生、主要有截水结构的设计选型、质量缺陷和应急预防措施不力。
一般而言深基坑工程中杂填土、粉质粘土、淤泥质土、沙土等软土层具有天然含水率高、抗剪强度低、固结系数小、各层之间物理力学性质相差较大等特点。而城市中基坑工程又常常处于周边有密集的建筑物、道路桥梁、地下管线等。由此而见，基坑支护、降水工程虽然属于临时性工程，但其技术复杂性却往往高于永久性基础结构或上部结构工程。稍有偏差，不仅导致后续工程无法开展，还会殃及周边其它建筑、人生安全等，带来巨大的经济损失。由此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，通过信息化、动态化设计和管理，结合施工监测、信息反馈、应变措施设计和管理等一系列理论和技术制定了相应的设计和施工标准，验收规范。本文根据实际施工情况、以及施工效果总结一些施工成果、经验为今后类似深基坑工程设计、施工提供参考依据。
正文
基坑工程基本概况
拟建场地地处福建漳州九龙江西溪北岸，距九龙江河床约600m，原始地貌属冲洪I级阶地，场地西侧为已征商业用地，北侧红线外五米为华东小商品批发市场，南侧为规划道路，东侧为一条港道，东北角有一栋三层民房和公厕。基坑总周长约440m，基础挖深9.2m-12.8m，地下两层地下室，地上为5栋22-27层高层住宅。
场地状况图
工程地质条件
基坑开挖揭露土层情况，自上而下有：杂填土、粉质粘土、淤泥质土、粗砂、粉质粘土、粗砂、圆砾层、残积土、以下为全风化花岗岩、强风化花岗岩等。场地属地下水排泄区，影响基坑施工的场地内地下水类型主要为孔隙潜水，粗砂层内承压水及基岩裂隙水，属径流区，受邻区地下水的侧向补给及大气降水渗入补给。根据地质资料：杂填土为透水含水层，粗砂、圆砾为强透水含水层，粉质粘土及淤泥质土属相对隔水层，基岩风化带为网状裂隙水，其富水性及透水性与其裂隙的发育程度及裂隙性质有关，裂隙多以闭合裂隙为主，富水性一般较差。
了解了工程的水文地质条件以及本工程基坑特点，我们应该根据需求进行截水方式的选型、设计选型和成败直接关系到工程成败，下面进行截水方案选型的分析。
三、截水方案的选型
本工程地质较为复杂，地下水位丰富、并且地下水流动性较大，截水方式的选型、参数的确定至关重要，稍有不慎将会对周边建筑物等造成致命危害。截水结构的选型和设计，需重点考虑漏水的后果，含水层的土性、地下水特性、支护结构形式、施工条件等因素、对于漏水的后果严重（如建筑物、公共设施破坏等）的基坑、对施工质量无十分把握的截水结构，如水泥土系列的截水结构不宜少于两道防线；选择的截水结构施工工艺需适合场地的地层特性，截水的基坑，支护结构的变形控制设计尚需考虑截水结构的抗变形能力，支护结构或土体变形过大会引起截水结构开裂，导致漏水。上图所示本工程选用SMW工法桩+被动区土体注浆加固作为截水结构，同时起到挡土支护作用。
1、首先选用SMW工法桩是考虑到SMW工法桩施工有如下几点优点施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面沉降、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K可达10-7cm/s。它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。④所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一台班可成墙70～80㎡。⑤废土外运量远比其他工法为少。
2、被动区土体注浆加固首先是考虑到防止SMW工法桩滑移、隆起设计，同时被动区土体形成截水帷幕与工法桩截水帷幕同时截水，安全性能大大的增加。
3、工法桩深度的确定
如上图所示本工程采用PHC预应力管桩基础，在管桩施工过程中，早已将土层底部相对隔水层（粉质粘土层）捅破，如果止水帷幕达不到圆砾层以下，坑内或坑外强透水层（圆砾层、砂层)必然透过管桩侧壁涌水，这將直接影响主体工程基础的质量。另外， 坑内进行降水施工时， 本身降水井就捅破粉质粘土层，降水时粉质粘土层以下砂层、圆砾层地下水掏空后，必然会引起上层土体下沉，这时如果工法桩形成的止水帷幕只是穿透粉质粘土层，而粉质粘土层又因为沉降，将直接导致止水帷幕失效。深基坑工程，尤其是本工程地下水位丰富、砂层又比较厚，如果截水帷幕封闭出现缺陷漏洞的话，对基坑内强行降水的时候，基坑外围地下水会涌入基坑内，并伴随有流沙显现，基坑外围很容易出现沉降、甚至地面塌陷等危险事故。本工程中如图所示，粉质粘土层作为相对隔水层，水泥土搅拌墙穿过粉质粘土层就能起到止水的效果，但是本工程地质，粉质粘土层相对较薄，为防止降水施工过程中出现滑移、隆起现象，设计确定将搅拌桩穿透圆砾层，并对被动土体进行注浆加固，防止降水的时候被动区砂层被抽干出现滑移倒塌现象。
施工阶段、严格按照相关技术标准、施工工艺、操作规程等精心施工是确保截水结构质量的必要条件，但是不是充分条件，尚有诸多不确定因素会造成截水结构致命的缺陷，例如’实际地质条件与勘查资料的符合程度，包括砂卵石地层中粒径的大小，表层填土的成分，地下水的流动性等等，地下障碍物往往导致截水结构不能正常施工，出现桩体缺陷、位置偏移、桩体倾斜等质量问题。下面我们透过本工程施工中遇到的实际困难，并讲解工况困难的方法。
四、SMW工法桩截水帷幕施工
SMW工法桩施工并不是一项陌生的施工工艺，我们这里主要讲解本工程中遇到的困难及解决方法，本工程前期施工时上部土层成孔均正常，当成孔深至-16.5m~17.8m时下沉速度明显变慢，电流突然增大超过450A。桩底2m~4m成孔时间达2小时，注浆量超过40000L。成桩后发现三轴钻头、钻具严重磨损无法继续施工。分析原因我们知道，型钢水泥土搅拌墙（SMW工法桩）基坑支护工程适用于填土、淤泥质土、粘性土、粉土、砂性土、饱和黄土等土层，并不适合圆砾层、全风化花岗岩等坚硬土质。由福建省水文地质工程地质勘察研究院提供的《漳州市碧湖生态园土白安置房岩土工程勘察报告》显示本工程-12.5m—-25.5m分布有圆砾层土质，厚度达2m—8m，{圆砾粒径>2mm的颗粒含量为59.4~80.1%，粒径30~60mm颗粒含量为4.1~10.2%}现场施工发现圆砾层颗粒粒径大于60mm。-17.5m-25.5m分布有全风化花岗岩土层，厚度达2m-15m。地质原因与SWM工法桩施工条件限制是我们施工难度大的主要原因。砂层、圆砾层较厚，当施工到该土层时螺旋式钻头将土层向下压，土层越压越紧时下沉困难并且对钻头损坏严重。 鉴于以上施工情况我司已在上海探矿机械厂定制了一套三轴“超深钻头”钻头具体改进方法如下：1改善三轴钻头同心线性，调整钻头入土角度，将原钻头的入土切入角度由12度变为25度，由原先的螺旋式改为叶片式，能将下层土体切开往上返并进行搅拌。2为增加三轴钻头胎体的抗磨性，用特种高强度钢铁贴补三轴钻头胎体，在三轴钻头切削土体部位和钻头底部补焊高强度合金刀排。3在三轴钻头“前进头”加焊成品圆柱体高强度合金。通过上述施工改进，施工顺利进行，最终透过对帷幕固结体的搭接部位钻芯样，检测帷幕深度、固结体的单轴抗压强度及完整性检测表明施工效果良好。
工程降水施工及土方开挖
降水及土方开挖的施工是检验截水帷幕施工效果最直接的方法、截水帷幕施工比较成功，坑内降水较快坑外水位基本保持不变，土方开挖顺利。本工程土方开挖时基本未见地下涌水现象，施工比较顺利，侧壁有少许渗水现象，施工过程中已经处理。
本文主要分析了利用SMW工法桩作为止水帷幕进行基坑工程降水施工的优越性以及设计深度度如何取舍才能达到较好的止水效果，SMW工法桩遇到较厚砂层、圆砾层施工困难时如何攻克。工程地质和水文地质条件是基坑设计文件中必不可少的部分，是决定支护结构选型、设计计算的重要依据。设计施工也不能过分的依赖于勘察报告。勘探点均按照一定的间距布置，不可能把基坑影响范围内的土层特性、地下水情况全部反映清楚；有时勘察点的布置受现场条件所限，不能完全布置在基坑工程的关键部位；勘察报告的准确性和真实性较差等等。因此，在基坑工程设计施工过程中，尤其在老城区或建筑物密集地段的基坑工程，设计、施工必须密切配合，影响截水质量的因素着实太多太复杂，施工很难做到绝对的不漏，而且现有的检测方法均不能准确的评价帷幕的整体截水效果，因而应急预防是截水基坑工程不可或缺而且是非常重要的一个环节，应急预防讲究措施切实有力，监控及时高效，反应迅速到位，施工现场需具有充足的技术、人力、物质的准备，监控、报警、反应、行动高效有序、必要时可按照事先制定的抢险应急预案进行现场演习。还要有遇到技术难题时，一种积极探索克服难题追求进步、付诸行动的态度。在基坑工程施工中只有全面考虑问题，以科学严谨的态度对待、才能做到有备无患。
参考文献-《型钢水泥土搅拌墙技术规程》
《中国建筑科学研究院提供的基坑支护、设计、检测与检测技术文件》
《福建省水文地质勘查设计院提供的本工程勘察地质报告》
《福建省漳州市设计院提供的本工程基坑支护设计图》