SMW工法在基坑围护中的运用技术万芳

SMW工法在基坑围护中的运用技术

摘 要 SMW工法是近年来兴起的一种新的深基坑围护形式,由于其具有无渗漏水、造价低等诸多优点,已得到越来越广泛的应用。从SMW工法的各工序上深入浅出地介绍了其施工方法及其操作要点,供同行参考。

关键词 SMW工法 基坑围护

1 SMW工法概述SMW工法最初由日本成幸工业株式会社在1971年开发的水泥土搅拌桩体作为基坑围护的一种施工方法。这种方法是通过特殊的多轴深层搅拌机在施工现场按设计深度将土体切散,同时从其钻头前端将水泥浆强化剂注入土体,并使之与原位土体反复混合搅拌,然后在水泥土未硬化之前插入H型钢或钢板桩作为应力加强材料,直至水泥土硬结。在施工平面上,桩与桩之间则采用重叠搭接的方法,在地下形成一个抗渗性好、刚度大,同时又利用H型钢的强度,能承受较大水平土压力的地下壁体。在地下结构施工结束后拔出H型钢回收再利用。

这种结构由于经济合理的利用了深层搅拌桩和H型钢的优点,同时拔出回收H型钢又可带来巨大的效益,所以具有以下优点：

1.1 抗渗性好

由于桩体水泥浆强化剂与土体能反复充分搅拌且桩与桩之间互相咬合搭接,无施工冷缝,所以这种围护结构比地下连续墙具有更高的止水性。

1.2 整体刚度大、强度高

由于深层搅拌桩可施工成很厚的墙体,而且无施工冷缝,本身刚度很高,而插入的H型钢又具有很高强度。

1.3 工程造价低

由于水泥土搅拌桩施工设备少,加上H型钢可回收,使其造价低于地下连续墙的60%,比柱列式钻孔桩略低；同时由于其刚度较大,基坑开挖时还可减少一道支撑费用。

1.4 适用范围广

它能适应于多种地层条件,可在粘性土、粉土、砂砾石（卵石直径达100mm以上）和单轴抗压强度地60MPa以下的岩石中应用。尤其是在6m～12m深基坑中支护更适用。

1.5 施工速度快

由于采用就地将原土加固的方式施工而一次性筑成墙体,施工工艺简单,施工效率高,所需工期较其它工法为短。

1.6 对环境影响小

由于施工时是就地对土体进行切削搅拌,相对其它围护结构施工对周围土体的扰动较小,无水土流失,引起的沉降也就较小。

1.7 环境污染小

废土外运量较其它施工方法少、施工时无泥浆污染、噪声较小、振动也较小。

2 SMW工法的施工工艺及施工要点 2.1 SMW工法施工主要工艺流程 2.2 SMW工法施工顺序

2.3 SMW围护桩的断面形式

工程上按型钢在搅拌桩截面中的位置分成两种形式：半位和全位。半位形式即型钢只布置在搅拌桩受拉区部分,以提高桩的弯曲抗拉性能,而主要压力由水泥土承担,如图（d）、（e）；全位形式即型钢在搅拌桩中全截面布置,即承担拉力又承担压力见图3（a）、（b）、（c）。半位形式可节省钢材用量,充分发挥材料特性；全位形式则全面承担荷载,又提高截面刚度。按受力单元承担荷载的大小,布置型钢有3种形式：“满堂”、“1隔1”、“1隔2”。“满堂”即每个（双轴）搅拌桩单元内都有型钢；“1隔1”即间隔1个搅拌桩单元布置型钢；“1隔2”即间隔2个搅拌桩单元布置型钢。“满堂”形式用于作用荷载较大的情形,所需型钢量很大；“1隔1”、“1隔2”形式用于作用荷载相对较小的情形,所需型钢量较少。

2.4 各主要工序操作要点

2.4.1 施工场地平面布置

本工法在城市中施工时通常施工场地较小,文明施工要求高,应根据实际情况对现场进行合理布置,确保工地整洁文明,同时又不影响施工进度。根据文明施工要求,对场地进行素混凝土硬化,布置时应将施工区与生活区隔开,并在现场合理布置材料堆场、余土处理场等。

2.4.2 合理制定施工流程

施工流程应根据施工场地大小、周围环境等因素,同时施工时不得出现冷缝,合理设计施工流程,确保安全优质完成施工。

2.4.3 测量放样

施工前,先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点,精确计算出围护中心线角点坐标,利用测量仪器精确放样出围护中心线,并做好护桩。

2.4.4 导槽开挖

根据放样出的围护中心线开挖工作沟槽,沟槽宽度根据围护结构厚度确定,深度为1 米。遇有地下障碍时,利用空压机将地下障碍破除干净,如破除后产生过大的空洞,则需回填压实,重新开挖导槽,确保SMW施工顺利进行。

2.4.5 定位、钻孔

在开挖的工作沟槽两侧铺设导向定位型钢或定位辅助线,按设计要求在导向定位型钢或定位辅助线上做出钻孔位置和H型钢的插入位置。

根据确定的位置严格钻机桩架的移动就位,就位误差不大于3cm。

开钻前应用水平尺将平台调平,并调直机架,确保机架垂直度不小于1%。并在成孔、提升过程中经常检查平台水平度和机架垂直度,确保成桩垂直度不小于1%。

为控制钻管下钻深度达标,利用钻管和桩架相对错位原理,在钻管上划出钻孔深度的标尺线,严格控制下钻、提升的速度和深度。

下钻、提升速度应与注浆泵的泵量相适应,同时不大于50cm/min。并至少复拌一次以上。

2.4.6 水泥土的配合比

由于不同水泥、不同土质、不同的配合比的水泥土力学指标差异较大,因而水泥和外掺剂的掺入量必须以现场土做试验,再确定其合理的配合比。

水泥宜采用425号、525号普通硅酸盐水泥,水泥掺入量宜控制在15%～17%之内。

水泥土在确保强度的同时,使H型钢尽量靠自重插入或略加外力能顺利插入,同时水泥浆液应有一定的稠度,防止H型到位后产生偏斜、平面转向。

根据地质条件确定土体置换率,减小施工对环境的影响。

水泥土与H型钢的所涂的隔离减阻剂有很好的握裹力,使之共同起挡土止水作用。

型钢起拔后水泥土应能自立不坍,便于充填空隙。

2.4.7 搅拌注浆

根据设计所标深度,钻机在钻孔和提升全过程中,保持螺杆匀速转动,匀速下钻,匀速提升,同时根据下钻和提升二种不同的速度,注入不同掺量的搅拌均匀的水泥浆液,使水泥土搅拌桩在初凝前达到充分搅拌,水泥与土能充分拌和,确保搅拌桩的质量。

2.4.8 H型钢的加工制作

H型钢采用钢板在现场制作成型,当现场制作条件困难时,可到加工厂制作。

H型钢制作必须贴角满焊,以保证力的传递。

H型钢制作必须平整,不得发生弯曲、平面扭曲变形,以保证其顺利插拔。

回收变形的H型钢必须经调整校正后方可投入使用。

2.4.9 H型钢的插入

H型钢在插入前必须将H型钢的定位设备准确地固定在导轨上,并校正设备的水平度。

在水泥土初凝硬化之前,采用大型吊装机械将焊接定尺的H型钢吊起,插入指定位置,依靠H型钢的自重下插到设计规定深度。

插入H型钢时,必须采用测量经纬仪双向调整H型钢的垂直度。

H型钢插入后进行换钩,再将H型钢固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上,直至孔内的水泥土凝固。

若H型钢在某施工区域确实无法依靠自重下插到位,可采用振动锤辅助到位。

2.4.10 清理沟槽内泥浆

由于水泥浆液的定量注入搅拌孔内和H型钢的插入,将有一部分水泥土被置换出沟槽内,采用挖机将沟槽内的水泥土清理出沟槽,保持沟槽沿边的整洁,确保下道工序的施工,被清理的水泥土将在18小时之后开始硬化,可随日后基坑开挖一起运出场地,不会产生泥浆污染。

2.4.11 H型钢拔出

在H型钢插入前,已在H型钢上涂上一层隔离减摩材料。隔离减摩材料早期应与水泥土有较好的粘接握裹力,提高复合作用,后期粘接握裹力降低或起拔时被剪切破坏,使起拔阻力降低,以利于H型钢的拔出。

如型钢表面粘贴隔离材料,则粘贴面积应小于2m2,如型钢表面涂刷隔离剂,严禁出现少涂、涂料开裂剥落现象。

H型钢在地下结构施工结束,并待结构混凝土达到一定强度后,采用专用机械从水泥土搅拌桩体中拔出。

H型钢起拔时要垂直用力,不允许倾斜起拔或侧向撞击型钢。

3 SMW工法施工质量保证措施 a. 外购水泥、钢材,严格控制质量标准,检查复核相关的质量保证资料,对于严重嫌疑材料,坚持进行必要的实验测试,特别是对非轧制钢材,包括H型钢的接长加工。做到工艺检查,设备检查,施工操作检查,焊接质量检查,建立严格验收把关制度。

b. 施工现场设专职质量检查人员,检查复核桩机,桩架的定位,钻孔的深度、速度,检查水泥浆液的搅拌操作规范、水灰比。

c. 桩机移位、开钻、提升由现场指挥负责,开钻前,检查桩机平稳性,做到固定端正,桩架垂直,并采用测量仪器或手段,完成桩机的水平度,桩架的垂直度,在确认无误后,指挥下达操作命令。

d. 根据确定的水泥浆液的配合比,做好量具的检测可行手段,严格控制水灰比,搅拌时间,浆液质量,注浆时控制注浆压力和注浆速度。

e. 严格控制钻管下钻,提升的速度,若出现注浆孔堵塞或断浆现象,应及时停泵,排除故障后,再采取有效的措施进行复喷浆,严防断桩、空桩。

f. 在插入H型钢时,必须做到垂直不斜,插深控制,严防错位、插偏、扭歪。

e. 为保持工作连续性,严禁钻管下钻提升中途进行换岗接班,建立交接班记录制度。

4 SMW工法在上海软土中的应用实例 4.1 上海“环球世界”商业大厦

上海“环球世界”商业大厦,地处上海市闹市区静安寺。该工程占地面积约3971m2,基础面积3000m2,基坑开挖深度约为8.7m。该工程特点是施工场地小、工期紧、土方不易外运。原设计采用φ850mm ,深度为18m柱列式钻孔桩挡墙,后侧加1.3m厚深层搅拌桩止水,开挖时采用两道混凝土支撑；后改为厚为2m、深16.5m的SMW桩围护,间隔式插入800mm×400mmH型钢,开挖时采用一道混凝土支撑,使工程造价大幅降低,工期缩短。但由于是刚开始引进该技术,H型钢回收困难。

4.2 上海国际会议中心基坑工程

该工程位于浦东陆家嘴地区的国际会议中心,基坑面积1340m2,采用单排SMW桩围护,约560m,桩墙厚60cm,桩深20m ,开挖深度达10.6m。搅拌桩采用日本引进的三轴搅拌机施工,搅拌桩内全孔插入50#H型钢。施工工期60d,水泥土28d抗压强度为1.02 MPa～2.8MPa,实测墙体的渗透系数小于10-6cm/s,墙体变形小于30mm。H型钢不作回收。

4.3 静安寺下沉式广场围护工程

位于地铁二号线静安寺车站南出入口处的下沉式广场,占地面积约6400m2,基坑围护采用SMW双排围护桩,半位“1隔1”插入50#H型钢,桩深18m～20m,基坑开挖深度8m～10.2m。SMW桩施工工期2个月,工程完成后,H型钢全部回收。

5 结束语a. SMW工法是目前较为新颖的深基坑围护施工方法。由于它具有其它围护方法不具有的优越性：造价低、止水性好、无污染,有着日益广泛的应用前景。

b. SMW工法围护施工中,很重要的一点就是H型钢起拔回收技术,它直接关系到施工成本的一半左右。查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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