1、上海工程机械厂有关SMW工法施工技术推广论文选集第一篇论文介绍；三轴搅拌桩在盾构端头加固应用技术总结 广州地铁三号线北延段施工 9 标驻地监理部 王洪东 张岸韬 汤新光（广州轨道交通建设监理有限公司）随着城市轨道交通建设的快速发展，以往单孔水泥搅拌桩机加旋喷桩在盾构始发和吊出端头加固技术也暴露出不足，特别是在砂层、裂隙发育地层加固后，仍发生突涌水、涌泥砂等现象。广州地铁三号线北延段施工9标，在盾构井吊出端端头加固施工中，率先使用上海工程机械厂有限公司生产制造的，国内先进的ZLD180/853三轴式连续墙钻孔机，应用SMW工法，大口径搅拌桩施工技术应用于盾构端头加固，为将来盾构机安全顺利到达终点
2、创造了良好的地质条件。本文通过三轴搅拌桩应用于广州复杂地质条件下的盾构端头加固技术，为各界同仁从事同类或相似复杂地质条件下盾构机始发以及吊出端头加固工程提供一点借鉴。关键词：三轴搅拌桩、端头加固、技术、分析1. 工程概况1.1 工程概述广州市轨道交通三号线北延段施工9标盾构机吊出端左右线洞口位于软弱地层，需要进行端头地层加固处理。区间隧道端头覆土埋深10.281m，端头隧道范围内地层为冲积-洪积砾砂层，具有强透水性的特性。加固区域紧邻人和车站，在人和车站场地内施工，工作面比较狭窄，周边埋设军用光缆及通信光缆，人和车站正在施工，人和车站和端头加固双方施工干扰较大。（见区间隧道到达端平纵断面图图1
3、.1）1.2 工程地质 工程位于广花盆地冲积平原，上覆第四系填土、冲积层、砂层、粉质粘土、残积土，下伏风化泥质粉砂岩或泥灰岩。盾构吊出井（人和车站）工程地质从上到下分别为素填土，标高为14.7815.68；粉质粘土夹粉土,标高为12.1814.78；细沙,标高为9.1812.18；砾砂层,标高为-2.289.18；粉质粘土,标高为-0.12-2.28；砾砂层,标高为-0.12-1.32；7强风化泥质粉砂岩，标高-0.12-6.54。1.3 水文地质 本场地地下水按赋存条件主要分为孔隙水及基岩裂隙水；场区地下水较丰富，略具承压性；地下水水位高程一般为3.4013.86m。地下水补给主要为大气降水
4、及旁侧的流溪河补给，地下水的排泄途径主要为蒸发及向流溪河的排泄。（表1）盾构到达端地质及地下水文情况（表 1）层号地层名称颜色 特征描述 水文情况粉细砂层灰黄色松散、饱和、质较纯，含少量粉砂及粘性土。地下稳定水位 2.88m，渗透系数为 5m/d砾砂层灰色松散-稍密、饱和、质较纯，含少量中粗砂及粘性土。渗透系数为 30m/d粉质粘土层灰黄色可塑、冲积-洪积而成。以粘粒为主、质较纯、含少量细、粉砂。渗透系数为 0.005m/d区间隧道到达端平纵断面图 （图 1.1）2. 端头加固方案的选择2.1 方案筛选一种是采用旋喷桩加搅拌桩。即600双管旋喷桩，咬合150mm，单轴搅拌桩500密排咬合100
5、mm加固处理。二种是采用SMW工法，850密排咬合250mm三轴搅拌桩加固处理。2.2 两套方案的比选2.2.1方案的相同之处，即；三轴搅拌桩钻孔机施工的工法都是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处强制搅拌将软土（砂）和固化剂（浆液）混合在一起，固化剂和软土间发生物理化学反应，使软土硬结，形成搅拌桩，搅拌桩之间相互搭接，就形成了具有一定强度、抗渗性和整体性的、无接缝的水泥加固土体，从而提高地基抗渗性和强度。2.2 .2 有关专家对于采用该方案进行了研讨，分析论证了其优势和可行性。广州的复合地质条件，特别是在砂层、砾砂层，以及渗透系数较大的饱和砂层中按照方案一进行单轴搅拌桩、
6、旋喷桩加固后，多次发生突涌水，甚至涌泥砂等现象；给盾构的始发工作带来诸多的危险，延误了工期，也加剧了施工成本。对于方案二，即三轴搅拌桩加固在广州盾构端头加固尚没有先列。而三轴型钻掘搅拌机重量大稳定性好，加固深度可以满足要求，三个定向钻头是一起向一定深度进行钻掘，减少了搭接和桩间咬合的几率。本工程盾构吊出端左右线洞口位于软弱、粗细砂地层、砾砂层，进行端头地层进行加固处理的条件可以满足深层搅拌机机械施工。2.2.3 鉴于三轴搅拌桩的设备和施工工艺在上海、南京、苏州，杭州，宁波，武汉，郑州，北京，天津等城市地铁建设中已经普遍使用，而是在广州尚属首例。在富水砂层、砾砂层施工施工采用的是套打一孔，可以两
7、搅两喷，四搅四喷或者三喷六搅方式施工；同时要根据返浆情况，适时注意提升速度、水泥浆液配合比等参数的调整。3. 加固范围人和站到达南端头采用850mm密排咬合250mm三轴搅拌桩加固。加固范围为：纵向为围护结构外侧10m范围，横向为25m。加固深度：桩底达到7地层顶端，即钻孔深度20m处。其中隧道顶部及底部3米范围内为强加固区，隧道顶3米以上至地面范围为弱加固区，水泥掺量可减半。（图3.1）标 高盾构到达端头加固范围 图 3.14. 三轴搅拌桩施工技术4.1 施工步骤三轴搅拌桩施工主要包括开挖沟槽、桩位放样、桩机定位、搅拌施工、泥浆制作、搅拌桩机钻杆下沉与提升、三轴搅拌桩的搭接施工。本端头加固工
8、程采用三轴试桩施工时采用的是套打一孔、四搅四喷、局部两搅两喷方式施工。4.1.1 开挖沟槽及制作泥浆池在三轴搅拌桩施工过程中会涌出大量的置换土，为了保证桩机的安全移位和施工现场的整洁，需要使用挖机在搅拌桩桩位上预先开挖沟槽。沟槽宽约1.2m，深1.5m。在施工现场还需制作一集土坑，将三轴搅拌桩施工过程中置换的土体泥浆置于其内，待稍干后外运。 4.1.2 桩位放样现场技术人员放出桩位，施工过程中桩位误差必须小于20mm。本工程端头加固使用的三轴搅拌桩机桩径为850mm，搅拌桩咬合250mm，轴心距为600mm。在导向型钢上以1800mm为间距，用红油漆做好标记，保证搅拌桩每次准确定位。4.1.3
9、 桩机就位移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到3以内。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，发现障碍物应及时清除，桩机移动结束后认真检查定位情况并及时纠正。桩机应平稳、平整，每次移机后可用水平尺或水准仪检测桩机平台的平整，并用线锤对立柱进行垂直定位观测以确保桩机的垂直度，并用经纬仪经常校核，经纬仪检测频率为每天至少一次，必要时请专业监理工程师到现场复测。三轴搅拌桩桩机定位后再进行定位复核，偏差值应小于2cm。工程实施过程中，严禁发生定位桩及定位线移位，一旦发现挖机在清除导槽沟时碰撞定位桩及定位线使其跑位，立即重新放线，严格按照设计图纸进行施工。一般要求水泥土搅拌桩的
10、垂直度允许偏差为1，要使其搭接成壁状，则对其垂直度要求更高，一般要求到05。4.1.4 水泥浆液拌制施工前应搭建好可存放100t水泥的搅拌平台，对全体施工人员做好详细的施工技术交底工作，水泥浆液的水灰比严格控制在1：1。4.1.5 搅拌桩机钻杆下沉与提升启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液；按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。钻杆提升速度不得大于1m/min，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰
11、浆泵。4.1.6 三轴搅拌桩的搭接施工三轴搅拌桩的搭接以及成型搅拌桩的垂直度补正是依靠搅拌桩单孔重复套钻来实现的，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。三轴搅拌一般采用跳槽式双孔全套复搅式施工，但在特殊情况下（如搅拌桩成转角施工或施工间断）也可采用单侧挤压式施工。图 4-1 三轴搅拌桩施工顺序图施工时成桩的顺序见三轴钻进施工顺序图（4-1）。图中咬合部分为重复套钻，以保证墙体的连续性和接头的施工质量。 5. 盾构到达端头施工参数的选择5.1 确定施工参数施工参数的选择对三轴搅拌桩成桩质量至关重要，因此三轴搅拌桩施工前需选择合理的施工参数。根据以往在南京的施工经验，结合本工程地质资料，确定了三种试桩参数表
12、供选择（表2）。三种试桩参数（表 2）参数桩号水泥掺入比水灰比 水泥浆比重下沉速度提升速度到底部定喷试桩1 22% 1：11.501.55g/cm31m/min1m/min1 分钟试桩2 20% 1：11.501.55g/cm31m/min0.8m/min10分钟试桩3 18% 1：11.501.55g/cm31m/min0.6m/min1 分钟5.2 第一次试桩参数比较通过对盾构到达端头加固工程试桩抽取芯样分析（3天），由于因1#桩取芯偏位，造成抽芯失败（见照片1）。2#、3#桩的抽芯样抽芯率均达到45左右，成桩质量也不理想，桩的完整性较差（见照片2）。但从3#芯样的截面观察（见照片3），芯
13、样的颜色成深黄色，可以判断本桩水泥参量偏小（见照片4）。最终从三组试桩芯样的对比分析，确定采用试桩1的参数为本次加固工程的指导参数。照片 1（偏孔） 照片（2）照片（3） 照片（4）5.3 第二次试桩参数对比为了保证端头加固的效果，又对三抽搅伴桩进行了桩一的抽芯，从抽取的芯样分析：抽芯率达到57，15.519米的范围内芯样颜色较黄，并且有一段不成桩，砂砾呈松散状（见试桩照片5）。经过业主、监理、承包商商定后将三轴搅拌桩在砾砂层施工参数的定喷时间改为5分钟，提升速度由1m/min，降低为0.6m/min；经过抽取的芯样分析：抽芯率达70，15.519米的范围内芯样颜色由黄变灰，但芯样有的呈多节芯
14、状、多处成球状，抽芯效果见试桩照片（6）。最后经过多次试验确定：将两搅两喷方式改为四搅四喷，其他参数不变。从抽取的芯样分析：抽芯率达95以上，整体桩身颜色均匀一致，色泽较好均成灰色（芯样图见照片7）。通过对试桩抽取芯样，最终确定采用调整后的的参数对本盾构端头进行加固（见表3）。以下为第二次试桩抽芯取样照片照片（5 ） 照片（6）照片（7 ）三轴搅拌桩施工主要技术参数表 表 3序号技术参数项目 参数指标1 水泥掺入比 22%2 供浆流量 230L/min3 浆液配比 水：水泥=1:14 泵送压力 0.81.2Mpa5 下沉速度 100cm/min6 提升速度 80cm/min7 搅拌方式 四搅四
15、喷8 28 天无侧限抗压强度 0.8Mpa9 水泥浆的比重 1.501.5510搅拌速度两边搅拌头：26.0 中间搅拌头：14.5 单位：rpm/min11每立方土体水泥用量 396Kg6. 经验总结6.1本文结合工程实例，对三轴搅拌桩在广州复杂的地质条件下盾构端头加固施工进行了初步归纳和总结，得益以下经验和教训，以便在今后的工程实践中更好的加以总结和运用。6.2根据本工程实践,单台搅拌机每天最多可成桩16幅，成地下止水帷幕墙体长约29米，搅拌深度大（目前最深可达35米），施工费用比同其他工艺加固形式相对较低。6.3该机在解决柱与柱之间重叠搭接方面取得了很好的效果，加固体的防渗性能得以提高。此
16、工法可用于围护结构止水帷幕，亦可进行素连续墙的施工，以及结合进行SMW工法的施工。6.4本工程深层搅拌水泥土强度、防渗质量的检测只限于桩体抽芯，而对于土体水平方向水泥土的均匀性等的检测有待进一步研究更加合理可行的办法。此应是是个重要的课题，待进一步研讨。三轴搅拌桩施工图广州轨道交通建设监理公司广州轨道交通三号线北延线施工 9 驻地标监理部2008 年 11 月 29 日第二篇论文介绍；SMW 工法设计与施工技术完成单位: 南京地下铁道有限责任公司 北京城建设计研究总院河海大学 上海隧道股份有限公司1 主要技术性能在课题研究中,对单一型钢、型钢水泥土平面应力构件以及模拟不同插入方式的型钢水泥土平
17、面应变构件进行抗弯试验,试验中对不同荷载下构件的挠度和型钢的应变进行量测, 通过对比研究水泥土和 H 型钢的相互作用机理,得到该种组合结构构件相对于单一 H 型钢的刚度和强度增加规律 ,探讨实际工程中 H 型钢的不同插入方式下计算 SMW 工法构件刚度和强度的方法。课题采用平面有限元法对南京地铁 1 号线珠江路车站基坑工程各工况进行模拟计算,通过试验方法对墙体和土体本构模型进行研究 ,并确定相应的模型参数。通过计算,对 SMW 工法的墙体及基坑周围土体的内力和变形进行预测, 并与工程实测结果进行对比分析,探讨基坑内力变形规律和较为合适的计算方法。课题结合 SMW 工法试验研究及有限元分析的成果
18、,对水泥土搅拌桩及型钢的入土深度进行深入研究,分析影响入土深度的各种因素 ,提出较为合理的入土深度确定方法。对型钢水泥土组合结构的抗弯性能进行深入研究,提出组合结构截面刚度的计算方法,并对 SMW 工法挡土结构的设计和计算提出指导性意见。在施工技术方面, 课题分别对搅拌桩的施工、型钢的插入与拔出、基坑开挖与支护、施工检测与控制等进行深入研究, 完善 SMW 工法施工工艺与技术。2 适用范围及应用条件南京地铁 1 号线珠江路站由车站主体、2 个风道及 4 个出入口组成,车站结构总长 198. 7 m,主体净宽为 19. 6 m,总开挖面积为 7 500 m2 ,开挖深度分为 15. 85 m(车
19、站主体标准段) 、17. 5 m (车站端头井) 。该车站位于南京市城市中心地区,在珠江路以北、吉兆营路以南的中山路东侧,周围有中山大厦、同仁大厦等重要建筑物及城市重要管线,环境保护等级为一级; 基坑采用 SMW 工法作为维护结构。本课题以该工程实践为背景, 目的主要是解决 SMW 工法在深大基坑应用中的技术难点, 采用室内试验、现场实测及数值分析等多种方法,对型钢水泥土组合结构工作机理进行综合研究 ,提出SMW 工法应用于基坑工程的设计理论和计算方法。探讨研究方法、可靠、合理的施工方法和措施,解决 SMW 工法在深大基坑工程中的技术难题, 确保工程施工及周围建筑物和地下管线的安全。3 已应用
20、情况本课题以南京地铁珠江路车站为工程背景, 对 SMW 工法在地铁深大基坑工程中应用的设计理念、施工工艺和经济性进行了全面、系统的研究,取得的研究成果在南京地铁珠江路站大型深基坑工程中得到成功应用。4 效益分析对 SMW 工法在我国的应用情况进行工程调研, 表明该工法是一种新颖、具有较好经济效益和广阔应用前景的基坑围护结构型式。特别是对于开挖深度在 620 m 之间的深基坑工程,该工法具有施工简单、工期短、经济性好等优点。在相同条件下, SMW 工法造价比地下连续墙节省 20% 35% ,比钻孔灌注桩加止水帷幕节省15% 30% ,工期相应缩短 1 /21 /3,综合造价每个明挖双层地下车站节
21、约 400 万元以上。该工法在南京地铁珠江路站、中胜站、向兴路站、地铁控制中心和区间隧道等工程中应用, 经最后结算并考虑间接经济效益(节省的人工费和设备费) ,共节省建设投资 6 040万元,并缩短了工期。5 推广计划及措施本研究课题为 SMW 工法应用于复杂环境下深大基坑工程的设计和施工提出指导性方法和措施, 进一步完善 SMW 工法应用技术,为 SMW 工法在市政、工业与民用建筑、国防工程、水利工程等深大基坑工程中广泛推广应用奠定理论基础。可以预见, 该技术成果的推广应用,将为基坑工程的建设带来显著的经济效益,同时也将对基坑工程理论和技术的发展产生深远的影响。第三篇论文介绍；SMW 工法用
22、于深基坑中的研究与实践陈晓飞, 李庆刚, 唐伟华, 颜庭成 , 李有军(江苏省有色金属华东地质勘查局, 江苏南京 210007)摘 要:通过对排桩支护、地下连续墙和 SMW 工法几种深基坑(1220 m)支护工法的适用条件及优缺点对比,突显 SMW 工法的优越性 ,并结合工程实例从设计和施工方面介绍这一新型工法, 为SMW 工法作为深基坑支护提供可借鉴的成功经验。关键词:深基坑支护; SMW 工法;抗弯刚度;施工要点中图分类号: TU473. 2 文献标识码:A 文章编号: 1672 - 7428 (2009) 02 - 0043 - 03Research and Applica tion o
23、f SMW Method in Deep Excava tion /CHEN X iao2fei, L I Q ing2gang, TANGW ei2hua, YANTing2cheng, L I You2jun ( Easten China Geological andMiningOrganization forNon2ferrousMetal of J iangsu Province, Nan2jing J iangsu 210007, China)Abstract: Advantages of SMW engineeringmethod were highlighted through
24、the comparison with row2p ile supporting, dia2phragm wall and several deep excavation (1220 m) supporting. Overall introduction of this new method wasmade on de2sign and construction.Key words: deep excavation support; SMW engineeringmethod; flexural rigidity; construction point随着城市建设规模的不断升级,地面空间的日趋
25、饱和 ,人们开始把目光转向地下寻求城市发展的空间,即进行城市地下空间的开发利用。伴随着地下空间开发层次的不断深入,基坑工程规模越来越大,对施工技术要求越来越高,特别是在各种复杂的地质条件和水文环境下,如何经济合理地解决好基坑支护方面的问题 ,工程界学者和技术人员进行了不懈的探索,取得了许多成果,积累了丰富的经验,促使新工艺不断涌现。1 几种深基坑(1220 m)支护工法的适用条件及优缺点1. 1 排桩支护排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围
26、护结构有很好的刚度,适合各种地层。但各桩之间的联系必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入(渗入)坑内,应同时在桩间或桩背采用高压注浆、设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施,或在桩后专门构筑防水帷幕。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时,必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时,为减少排桩的变形 ,在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域,用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固 ,以提高被动区的抗力,减少支护结构的变形。排桩支护是挡土系统和止水系统两独立结构配套使用。实际施工时,不管是先施工钻孔桩再施工搅拌桩 ,还是先施
27、工搅拌桩再施工支护桩,止水搅拌桩客观上都不可能与支护钻孔桩紧贴 ,开挖时桩间砂土坍落,造成止水桩直接承担水土压力,因而搅拌桩首先被剪断产生漏水 ,导致基坑失稳。1. 2 地下连续墙地下连续墙是用特制的成槽机械,在泥浆护壁的作用下 ,开挖一定深度的沟槽,然后清除槽段内沉淀的沉渣,吊装钢筋笼后浇筑混凝土所形成的墙体。整个槽段地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果, 既挡土又挡水, 极少发生地基沉降或塌方事故。适用于软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况。因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。但是在一些特殊的地质条件下(如很软的淤
28、泥质土, 含漂石的冲积层和超硬岩石等) ,施工难度很大。地下连续墙作为临时的支护结构,比其它工法的费用要高得多。在施工中泥浆污染施工现场,造成场地泥泞不堪,泥浆废后处理比较麻烦。1. 3 SMW 工法SMW ( SoilMixingWall)工法是水泥土混合体未结硬前插入 H 型钢或钢板作为其应力补强材料, 至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。水泥与土得到充分的强化搅拌,墙体无论在纵向与横向都没有接缝 ,具有高止水性;在插入 H 型钢后使其形成一复合墙体 ,具有抗侧压强度。因此, SMW墙具有挡土与止水双重作用,适用于任何土层,对周围地基影响小,插入水泥土
29、中的 H型钢或钢板可以拔出重复使用,大大降低了施工成本。由于 H 型钢刚度随长度增长而降低,从而使得插入 H 型钢的水泥土墙强度降低, 故不适合超深基坑。据查阅有关资料, 国内最深基坑记录为南京地铁工程(20 m) 。2 工程实例苏州火车站改造工程车站站房基础与多条地铁线交错施工,车站线路呈弧形, 其改造工程采用明挖顺作法施工。车站分主体和附属工程两部分,主体结构基坑采用地下连续墙围护, 附属结构采用 SMW 工法桩作为围护结构, 附属工程包括出入口及两组风井、风亭, 附属结构开挖深度约为 16 m。SMW 工法作为深基坑支护在国内可以借鉴的成功经验较少,本文结合苏州火车站改造工程实例, 从刚
30、度设计、工艺流程和技术要点方面对工法作一介绍。2. 1 SMW 工法的刚度荷载较小时水泥土受拉区还未出现开裂,组合结构全截面均参与工作。此时组合结构截面抗弯刚度为:B = Es Is +Ec Ic (1)式中: Es、Ec 型钢与水泥土的弹性模量; Is、Ic 型钢与水泥土对中心轴的惯性矩;考虑水泥土缺陷的折减系数,取 0. 51. 0。水泥土开裂前的弯矩极限为:Mct = 2ft( Es /Ec ) Is + Ic / h (2)式中: h截面高度; ft 水泥土的抗拉强度。受拉区部分水泥土开裂后,开裂部分即退出工作,而受压区水泥土承受了更大的压应力,截面的中性轴将向受压区偏移。假设型钢截面
31、尺寸较小, 在计算水泥土截面面积时可忽略, 则组合截面中性轴偏离型钢中心轴的距离为 :t = ht Ec (Ac - bht ) /2EsAs + Ec (Ac - bht ) (3)式中: As、Ac 型钢和水泥土的全截面面积; b截面宽度; ht 受拉区开裂深度。此时截面的抗弯刚度为:B = Es ( Is +As t2 ) + Ec (Ict +Act tc2 ) (4)式中: Act 参与工作的水泥土截面面积, Act = Ac- bht ; Ict 参与工作的水泥土截面对其自身中心轴的惯性矩, Ict = b ( h - ht ) 3 /12; tc 参与工作的水泥土中心轴与截面中性
32、轴间的距离, tc = ht /2 - t。此时在水泥土受拉区未开裂部分边缘处的应力应为 ft ,故:ft = ( EcM /B ) ( h /2 + t - ht ) (5)将(3) 式代入(4) 、(5)两式得:B = Es Is +Ecb ( h - ht ) 3/12+ht2 EsAs Ec (Ac - bht )/4EsAs + Ec (Ac - bht ) (6)ft =EcM/Bh/2-ht/2*2EsAs + Ec (Ac - bht )/EsAs + Ec (Ac - bht ) (7)在已知截面内力(弯矩)时,可利用(6) 、( 7)两式迭代计算出截面刚度 ,从这两式可看出
33、截面的抗弯刚度与内力(弯矩) 密切相关。继续加载,型钢将屈服, 组合结构体刚度将降低。由于工程中不允许应力达到这一程度,因此,型钢屈服后的刚度不再分析。2. 2 施工工艺流程SMW 工法围护结构施工主要包括开挖导沟、桩机定位、搅拌施工、泥浆制作、型钢的插入与拔除等工艺,具体工艺流程如图 1 所示。2. 3 施工过程中的技术要点(1)如机械施工区域有软土,则桩机施工道路需铺设 30 cm 厚的碎石垫层,并在桩机施工时局部铺设 30 mm 钢板,以确保桩机的安全与施工质量,并按照设计图进行定位及高程引测工作。(2)采用挖机开挖导沟, 沟槽宽度为 1 m、深度为 0. 6 m。为确保桩位以及为安装H
34、 型钢提供导向装置,平行沟槽方向放置 2 根 300 mm 300 mm 工字钢,定位型钢上设桩位标志和插 H 型钢的位置。(3)搅拌机就位操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动,确保钻孔轴心就位不偏。同时控制钻孔深度的达标,利用钻杆和桩架相对定位原理 ,在钻杆上划出钻孔深度的标尺线,严格控制下钻、提升速度和深度。(4)搅拌桩成桩制备水泥浆:深层搅拌机预搅下沉的同时,按水灰比 1. 51. 6 拌制水泥浆液,搅拌桩采用 32. 5 新鲜普通硅酸盐水泥, 每次投料后拌合时间3min,但是搅拌时间2 h,防止水泥浆产生离析。待压浆前将浆液倒入集料斗中。在水泥浆液中加015% 110%高效减水
35、剂, 以减少水泥浆液在注浆过程中的堵塞现象,并掺入 1% 3%的膨润土,利用其保水性提高水泥土的变形能力,减少墙体开裂,提高 SMW 墙的抗渗性能很有效果。喷浆、搅拌、提升:深层搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵。待浆液到达喷浆口,再严格按设计确定的提升速度边喷浆边提升深层搅拌机。严格控制水泥质量及水泥掺量, 确保水灰比。注浆时要保证单位时间内注浆相等 ,不得中断注浆。重复搅拌: 深层搅拌桩采用“二喷四搅”。深层搅拌机喷浆提升至设计顶面标高后,为使软土和浆液搅拌均匀,再次将深层搅拌机边搅拌喷浆边下沉至设计深度后 ,再严格按设计确定的提升速度提升深层搅拌机至地面。“二喷四搅”二次喷浆后保证水泥掺
36、入量满足 18%的设计要求, 同时施工中注意控制下沉及提升速度并注意孔底重复搅拌。(5) H 型钢安放与回收型钢加工时一般 H 型钢长度为 12 m /根,施工中单根长度不能满足要求的将需 2 根或多根进行焊接。型钢具体焊接采用双面切口满焊,焊接前要先进行除渣、除湿、除锈等, 对焊焊缝高度要高于型钢平面约 2 mm。焊缝不得有漏焊。从外观来看, 要达到焊缝饱满、无裂纹。焊接完成后,要用砂轮机进行打磨,使接口处型钢保持平整。H 型钢插入在钻孔的水泥土充分搅拌均匀后, 开始初凝硬化之前,采用大型吊装机械将定尺的 H 型钢吊起 ,插入指定位置,靠型钢自重插入。型钢上涂减磨擦材料(上海隧道研究所研制的
37、减磨剂涂层, 单位面积静磨阻力平均为 0. 04MPa)减少阻力。涂层厚度控制在不小于 1 mm,以保证型钢的回收再利用。型钢应平直、光滑、无弯曲、无扭曲。在孔口设定向装置,型钢插到设计规定深度 ,然后进行换钩,使 H 型钢脱离吊钩,固定在钩槽两侧铺设的定位型钢上直至孔内的水泥土凝固。H 型钢回收: 当施工完毕后进行 H 型钢回收,在施工前应进行型钢抗拔验算与拉拔试验,以确保型钢的顺利回收。H 型钢回收后注浆:注浆选用 10 mm 钢管顺水泥土壁插入桩底,钢管采用焊接。注浆材料采用细砂掺加 0. 5% 1. 0%高效减水剂及 3%7%膨润土,水灰比控制在 0. 7,通过高效减水剂及膨润土调整水
38、泥砂浆的流动性。注浆时采用压力1. 0MPa 的注浆泵。(6)桩与桩之间衔接时间 24 h。因为冷缝处易漏水降低止水效果 ,常用旋喷桩在外侧进行处理, 施工成本增加。3 结语SMW 工法集合了排桩支护和地下连续墙的优点, 并以低成本、施工周期短、环境污染小,尤其是 H 型钢的可回收再利用独特之处, 展现骄人魅力, 是符合建设节约型社会和发展循环经济这一国家政策的良好基坑围护形式。随着 SMW 工法的设计规范和施工规范的编制推出,以及 SMW 工法理论的完善, 相信 SMW 工法会凭借其独特的优势在软土地区的地下空间资源开发中发挥空前作用。第四篇论文介绍；SMW 工法桩在武汉地铁二号线常青花园站
39、基坑围护中的应用赵春艳(中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063)拟建武汉地铁二号线常青花园站位于常青花园中路,北面为常青花园中央花园,南面、西面、东面均为常青花园住宅小区。车站北端为明挖区间,南端为盾构区间,南端设盾构掉头井。常青花园站总长 194. 3 m ,标准段外包宽 18. 9 m。主体结构顶板无覆土,底板埋深 10. 61 m(有效站台中心处) ,基坑底位于(622) 粘土层和(723) 粘土夹粉土、粉砂层中,潜水水位在地面以下 0. 53. 0 m。1 工程地质、水文地质条件及其评价11 地质条件场区地下水按埋藏条件主要为上层滞水和空隙承压水两种类型: 上层滞水。上层滞
40、水主要赋存于(1) 层杂填土和 (122) 层素填土层中 ,接受大气降水及地表散水、地表水体的渗透补给水量有限,水位不稳定。上层滞水静止水位在地面下 0. 50 3. 00 m 间, 相当于绝对标高 17. 16 19. 61 m ; 孔隙承压水。孔隙承压水赋存于场地的(821) 层粉细砂混粘性土、小砾石, (822) 层粉细砂混粘性土、砾卵石层之中, 水量丰富,具承压性。承压水埋深 12. 80 m ,相当于标高 7. 41 m。由于场区承压水与长江水体水力联系密切,因此其水位亦随长江水位的变化而变化。12 地下水对建筑材料的腐蚀性评价采取上层滞水水样一组,进行水质化学分析,据分析结果及场地
41、周边无化学污染源存在现状,可以判定场地地下水及地表水对混凝土及混凝土中钢筋无腐蚀性, 对钢结构具弱腐蚀性。2 车站围护结构设计21 确定车站围护结构方案各种基坑支护结构类型及其适用范围见表 1所列1 。综合本站的基坑深度、工程地质及水文地质条件,并经过与全放坡大开挖进行经济比较,确定采用 SMW 工法桩作为本工程施工期间的临时围护结构。22 SMW 工法桩SMW 工法桩是 soil mixing wall 的简称,于 1976 年在日本问世; 截至 1993 年, 该法在日本各地施工业绩约占全日本各种工法施工地下连续墙的 50 %。由于 SMW 工法的多项优点,近年来该工法已在美国、法国、东南
42、亚国家以及我国上海、南京、天津、杭州、台湾等地区广泛应用。它是一种劲性复合围护结构,通过特殊的多轴深层搅拌机在现场按设计深度将土体切散,同时从钻头前端将水泥桨强化剂注入土体, 使之在搅拌过程中与地基土反复混合搅拌,经充分搅拌混合后,再将 H 型钢或其他型材插入搅拌桩体内,形成地下连续墙体,利用该墙体直接作为挡土和止水结构。SMW 工法桩适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉之粘土、粉土、砂砾土等软土地基基坑,基坑深 612 m。SMW 工法桩具有如下优点: 占用场地小; 施工速度快, 一般情况下施工周期可缩短 30 %左右; 对环境污染小, 无废弃泥浆;施工方法简单, 施工过程中对周围建筑物及地下管线
43、影响小; 耗用水泥钢材少,造价低, 特别是 H 型钢能够回收,成本大大降低。因此 ,特别适合于城市中的深基坑工程。23 围护结构计算本站 SMW 工法桩采用 850 600 水泥土搅拌桩内插 H 型钢组成, 临时支撑系统采用直径 609 mm( t = 12 mm ,局部 16 mm) 钢管支撑,沿基坑竖向共设置 2 道钢支撑,局部需要换撑。工法桩结构采用荷载 2 结构模式,按施工顺序逐阶段计算。计入支撑作用时, 考虑了支撑设置时墙体已有的位移和支撑的弹性变形。(1) 计算荷载 侧向水、土压力 :施工阶段水土压力按朗金主动土压力水土分算计算; 施工期间地面超载:盾构端头取 30 kPa ,其余
44、按 20 kPa 考虑。(2) 设计原则 本站基坑保护等级为一级 ; 根据基坑保护等级 ,确定以下控制参数: 围护墙最大水平位移不大于 40 mm ,地面最大沉降 0. 2 % H( H 为基坑开挖深度) 。(3) 计算 本站围护结构计算采用同济启明星 FRWS深基坑支挡结构分析软件进行计算, 各施工工况及计算结果见图 1图 3 所示。根据以上计算结果进行 H 型钢、钢管内支撑及冠梁、钢腰梁的设计。经计算本站选用的 SMW 工法桩径、H 型钢规格、内支撑钢管管径及钢腰梁规格均满足要求。3 SMW 工法桩施工注意事项为确保 SMW 工法桩的施工质量, 达到要求的止水效果及强度, 特对桩的施工提出
45、如下要求:(1) 搅拌桩需采用三轴搅拌机施工 ,并且严格按照湖北省基坑工程技术规程(DB42/ 159 -2004) 及软土地基深层搅拌加固法技术规程( YBJ 225 - 91) 的要求,桩身采用 4215 号普通硅酸盐水泥,水泥掺量为 20 % ,水灰比为 1. 5 ,桩径 850 mm ,搭接 250 mm ,桩中心距 600 mm ,内插型钢。(2) 搅拌桩、内插型钢垂直度偏差 1/ 200 ,桩位偏差50 mm ,桩径偏差10 mm ,型钢形心转角偏差32 。(3) 开挖土方前, 应对桩钻孔取心检验,要求桩抗渗系数应5 108 cm/ s、28 d 抗压强度应1. 2 MPa ,方可
46、进行基坑开挖。(4) 考虑到工法桩中 H 型钢需要回收,型钢在插入水泥土搅拌桩之前应涂刷减摩剂,以便拔出型钢。主体结构施工时在结构侧墙防水层外设 PE 泡沫板保护层,以防拔出型钢时破坏附加防水层。且 H 型钢拔出时应采用边拔边进行注浆填充空隙进行施工,以减小对邻近构筑物及地下管线的影响。(5) 相邻桩的施工间隔时间不能超过 12 h 。施工过程中一旦出现冷缝 ,则必须在外侧补做搅拌桩,以确保不出现大量渗水。(6) 施工单位在大面积施工搅拌桩前必须进行试成孔,以确定相关施工参数及工艺。4 结语通过对本站基坑围护结构的设计及计算、施工,说明相对于其他基坑围护类型,SMW 工法桩具备占用场地小、工期
47、短、施工简单、污染小、造价低、对周围影响小等优点。这种围护结构形式特别适用于深度在 612 m 的城市软土地基基坑。采用 SMW 工法桩同时也解决了本站基坑开挖期间的临时支护问题。本设计还对各钢管内支撑预先加设了 40 %70 %的预加轴力,计算结果证明预加轴力对于减小墙体先期水平变形非常有利。第五篇论文介绍；地铁 SMW 工法设计要点与施工难点分析研究张洪斌（中铁十九局集团地铁处上海一公司苏州项目部江苏苏州 215000）SMW(Soil Mixing Wall) 工法是基于深层搅拌桩方法发展起来的，具有很大的经济潜力的基坑围护形式，也称劲性水泥土搅拌法。它是利用专门的多轴搅拌钻机就地切削土
48、体，然后从其钻头前将水泥系混合液注入土体，搅拌形成均一的水泥土体搅拌桩，再将 H 型钢或其他芯材插入搅拌桩体内形成抗弯、抗剪、抗渗流能力较好的劲性复合结构，即一种劲性水泥土搅拌桩复合结构。SMW 工法具有工艺简单、费用低廉、节省资源、施工质量高、对周边环境影响小等优势，一般适应于黏性土、砂性土以及砂砾石等地层中施工，近年来已在地铁基坑工程中大量使用，是较为成熟的施工工艺。一、SMW 工法的主要特点（一）价低型钢作为 SMW 工法桩的重要组成部分，可以重复多次回收利用，大大节约了费用。同地下连续墙、钻孔灌注桩相比较，省去了钢筋笼，灌注混凝土的费用。一般情况下，其造价仅有地下连续墙的 60%-80
49、%、钻孔灌注桩加止水帷幕的 70%-90%。（二）应用范围广SMW 工法可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土及单轴抗压强度 60MPa 以下的岩层应用，可成墙厚度 550-1300mm，常用厚度 600mmI 成墙最大深度目前为65m，视地质条件尚可施工至更深。（三）利于环保SMW 工法是采用采用特殊的机具将原状土就地搅拌而成，无需专门制作泥浆，极少产生对周围环境的泥浆污染，具有较好的环境效益。同时在一般地质条件下，SMW 工法每一台班可成墙 70-80m；废土外运量远比其他工法少。（四）利于盾构进出洞采用钢筋混凝土材料的地铁基坑围护结构对于盾构机进的出洞不仅费时费工，而且存在着较大的风险。而采用 SMW 工法桩作为围护结构时，拔出内插的 H 型钢，即可顺利实现盾构机的进出洞，施工方便、安全。二、SMW 工法的设计要点（一）型钢水泥桩的受力分析型钢桩是在水泥土搅拌桩中插入 H 型钢构成的，目前对水泥土与型钢之
