地铁深基坑围护结构SMW工法桩施工工艺.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,SMW工法及应用,主要内容,一,SMW,工法的介绍,二,SMW,工法的施工,三 实践结论,四,SMW,工法的发展方向,1,、,SMW,工法的定义,SMW(Soil Mixing Wall),工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,是一种新型的基坑支护技术。该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌。在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在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，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。,一,SMW,工法的介绍,该技术由日本竹中土木株式会社与成辛工业株式会社在,1976,年开发。作为基坑围护结构的一种施工方法，它在日本、美国、法国以及东南亚和台湾等许多地方得到了广泛应用。,20,世纪,90,年代初,上海隧道工程公司将该工法引进我国，随后在上海地区推广使用。,2,、,SMW,工法桩的适应条件,型钢水泥土搅拌墙的选型与基坑的,开挖深度,、,基坑周边环境条件,、,场地土层条件,、,基坑规模,等因素有关，另外与基坑内支撑的设置也密切相关。基坑的安全角度看，型钢水泥土搅拌墙的选型主要由基坑周围环境条件所确定的容许变形值控制的，即型钢水泥土搅拌墙的选型及参数设计首先要能够满足周边环境的保护要求。,型钢水泥土搅拌墙的选择也受到基坑开挖深度影响。根据上海及周边软土的工程经验，在常规支撑设置下，搅拌桩直径为,650mm,的型钢水泥土搅拌墙，一般开挖深度不大于,8m,；搅拌桩直径为,850mm,的型钢水泥土搅拌墙，一般开挖深度不大于,11m,；搅拌桩直径为,1000mm,的型钢水泥土搅拌墙，一般开挖深度不大于,13m,。当超过此类开挖深度的基坑，工程风险将增大，需采取一定的技术措施，确保安全。,当施工场地狭小或距离用地红线、建筑物等较近时，采用钻孔灌注桩加隔水帷幕等围护方案常常不具备足够的施工空间，而型钢水泥土搅拌墙只需在三轴水泥土搅拌桩中内插型钢，所需施工空间仅为三轴水泥搅桩的厚度和施工机械必要的操作空间，具有较明显的优势。,与地下连续墙、灌注排桩相比，型钢水泥土搅拌墙的刚度较低，因此常常会产生相对较大的变形，在对周边环境保护要求较高的工程中，例如基坑紧邻运营中得地铁隧道、历史保护建筑、重要地下管线时，应慎重选用。,当基坑周边环境对地下水位变化较为敏感，搅拌墙的刚度变形较大，搅拌桩桩身范围内大部分为砂（粉）性土等透水性较强的土层时，若型钢水泥土搅拌墙变形较大，搅拌桩桩身易产生裂缝、造成渗漏，后果较为严重。这种情况，如果围护设计采用型钢水泥土搅拌墙，围护结构的整体刚度应该适当加强，并控制内支撑水平及竖向间距，必要时应选用刚度更大的围护方案。,二,SMW,工法的施工,1,、施工设备,2,、施工工艺,3,、施工注意要点,4,、特殊情况处理措施,5,、质量控制措施,1.,施工设备,SMW,工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用于粘性土、砂砾土和基岩之分。,型钢水泥土搅拌墙施工应根据地质条件、作业环境与成桩深度选用不同形式或不同功率的三轴搅拌机，配套桩架的性能参数必须与三轴搅拌机的成桩深度和提升能力想匹配。,三轴搅拌机由多轴装置和钻具组成。钻具包括：搅拌钻杆、钻杆接箍、搅拌翼和钻头。三轴搅拌机有普通叶片、螺旋叶片式或同时具有普通叶片和螺旋叶片等几种类型，搅拌转速也有高低两档，高速档,(35,40r/min),和低速档,(16r/min),。,三轴水泥土搅拌机及桩架,搅拌钻机选用：,a.,黏性土中选用叶片式的；,b.,砂性土中选用螺旋叶片式的；,c.,在砂砾土中选用螺旋式的。,钻头的选用：软土地层选用鱼尾式平底钻头，硬土地层选用定心螺旋尖式钻头。,三轴搅拌桩施工应根据地质条件、作业环境与成桩深度选用不同形式或不同功率的三轴搅拌机，配套桩架的性能参数必须与三轴搅拌机的成桩深度和提升能力相匹配。因土建五标施工范围内地层中砂砾及圆砾层较厚、埋深较深，砂砾层平均厚度为,2.9m,，粒径,20mm,约占,5%,，埋深至,13.80m,；圆砾层平均厚度,4.15m,，粒径,20mm,约占,9.7%,，埋深至,12.60m,，需选用大功率的三轴搅拌桩机，本工程拟选用主功率为,290Kw,的大功率三轴搅拌机,，搅拌形式以,螺旋叶片式,为主。通过比选，选用,JB-160,型号桩架钻杆直径为,850mm,的三轴搅拌机，具体参数如下表：,本标拟选用三轴搅拌桩机的技术参数表,2,、施工工艺,工艺流程见下图：,开挖导沟,设置机架移动导轨,SMW,搅拌机定位,报监理工程师,搅拌、提升、喷浆,插入,H,型钢,施工完毕,H,型钢起拔,H,型钢回收,型钢进场,H,型钢质检,H,型钢涂减摩剂,SMW,搅拌机架设,水泥质量检验,水泥浆拌制,制作试块,残土处理,SMW,工法施工步骤图,就位,预搅下沉,(,制备水泥浆）,提升喷浆搅拌,沉钻复搅,重,复,提,升,搅,拌,搅拌桩施工工艺,开挖导沟,场地布置：三轴搅拌机施工前，施工范围内的管线、绿化、路面其他设施均迁改完毕；建筑物外立面悬挂的广告牌、景观灯及空调等占用施工空间设施也拆除或迁改完毕。检查水、电接头及线路，保证供水供电正常。,测量放线,开挖沟槽：开挖沟槽：采用挖机开挖沟槽，并清除地下障碍物。开挖沟槽余土及时处理，以保证,SMW,工法正常施工，达到文明工地要求。,定位型钢,垂直沟槽方向放置两根定位型钢，规格为,200200,的槽钢，长约,2.5m,，再在平行沟槽方向放置两根定位型钢规格,700300,的工字钢，长约,10m,，转角处,H,型钢采取与围护中心线成,45,角插入，,H,型钢定位采用型钢定位卡。具体位置及尺寸视实际情况而定。,桩机就位,桩机平面位置控制：使钻杆中心对准桩位中心，桩位偏差不得大于,50mm,。,垂直度控制：在桩架上焊接一半径为,5cm,的铁圈，,10m,高处悬挂一铅锤，利用全站仪校核钻杆垂直度，使铅锤线正好通过铁圈中心。每次施工前适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把,钻杆垂直度误差控制在,5,以内,。,桩长控制标记：施工前在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。桩底标高偏差在,-50,+100mm,。,搅拌施工顺序,SMW,工法施工按连接方式分,跳槽式双孔全套复搅式连接,和,单侧挤压式连接,方式两种（如下图），其中阴影部分为重复套钻，以保证墙体的连续性和接头的施工质量，水泥搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。,跳槽,式双孔全套复搅式连接,：一般情况下均采用该种方式进行施工。,SMW,工法桩跳槽式双孔全套复搅式施工顺序示意,单侧挤压式连接,：对于围护桩转角处或有施工间断情况下采用此方式进行施工。,SMW,工法桩单侧挤压式施工顺序示意图,预搅下沉,待搅拌桩机钻杆下沉到,SMW,桩的设计桩顶标高时，开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按,不大于,1m/min,的速度下沉搅拌头，边搅拌、边下沉，使水泥浆和原地基土充分拌和，通过观测钻杆上桩长标记，待达到桩底设计标高。,下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不大于,70A,。,制备水泥浆,待钻掘搅拌机下沉时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，拌制水泥浆液的水、水泥和外加剂用量以及泵送浆液的时间由专人记录。,水泥掺量不小于,20%,，,水灰比,1.0,1.5,。,喷浆搅拌提升,钻掘搅拌机下沉到设计深度后，稍上提,10cm,，再开启灰浆泵，边喷浆、边旋转搅拌钻头，泵送必须连续。同时严格控制搅拌机的提升速度，,钻头提升速度不得大于,2m/min,。喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。注浆压力控制在,1.5,2.5MPa,。,重复搅拌下沉和提升至孔口,为使土体和水泥浆充分搅拌均匀，要重复上下搅拌，但要留一部分浆液在第二次上提复搅时灌入，最终完成一根均匀性较好的水泥土搅拌桩。,SMW,桩主要施工技术参数见下表。,序号,项目,技术指标,1,水泥掺量,不小于,20%,2,下沉速度,0.8,1.0m/min,3,提升速度,2.0m/min,4,搅拌转速,30,50rod/min,5,浆液流量,40L/min,SMW,工法桩主要技术参数表,桩机移位,将深层搅拌机移位，重复（,）步骤，进行下一根桩的施工。,型钢插入,型钢表面处理：型钢表面应进行清灰除锈，并在干燥条件下，涂抹经过加热融化的减摩剂。,型钢插入,a.,型钢的插入宜在搅拌桩,施工结束后,30min,内,进行，插入前必须检查其直线度，接头焊缝质量，并满足设计要求。,b.,型钢的插入必须采用牢固的定位导向架，用吊车起吊型钢，必要时可采用全站仪校核型钢插入时的垂直度，型钢插入到位后，用悬挂物件控制型钢顶标高。,c.,型钢插入宜依靠自重插入，也可借助带有液压钳的振动锤等辅助手段下沉到位，严禁多次重复起吊型钢，并松钩下落的插入方法，若采用振动锤下沉工艺时，不得影响周围环境。,d.,当型入到设计标高时，用吊筋将型钢固定，钢插溢出的水泥土必须进行处理，控制到一定标高以便进行下道工序施工。,e.,待水泥土搅拌桩硬化到一定程度后，将吊筋与沟槽定位型钢撤除。,型钢回收,H,型钢回收，一方面减少了钢材的浪费，另一方面降低了工程造价。,影响型钢拔出的主要两点因素：,a.,型钢与水泥土之间的摩擦阻力；,b.,由于基坑开挖造成的型钢水泥土搅拌墙变形致使型钢产生弯曲，从而在拔出时产生的变形阻力。,为了使得型钢能够顺利拔出，对于前一点可通过在型钢表面涂抹减摩材料在工作期间具有较好的粘结力，提高型钢与水泥土的共同作用；对于后一点必须采取有效措施减小围护墙变形，做到精心设计、精心施工、严格管理等。,型钢拔除,型钢回收应在主体地下结构施工完成，主体外墙与搅拌墙之间回填密实后方可进行，在拆除支撑和围檩时应将型钢表面留有围檩限位、支撑抗滑构件、电焊等清除干净。,型钢拔除通过,液压千斤顶配以吊车,进行，对于吊车无法够到的部位由塔吊配合吊运或采取其他措施。,型钢拔除回收时，应根据环境保护要求可采用跳拔，限制日拔除型钢数量等措施，并及时对型钢拔出后形成的空隙注浆充填。,水泥浆中应掺入一定量的缓凝剂(多用木质素黄酸钙),还可掺入一定量的膨胀土,利用膨胀土的保水性来增加水泥土的变形能力,防止墙体变形后过早开裂影响抗渗性,。,在深层搅拌桩施工过程中,注入地层的浆液总有一部分返回地面（冒浆,),为防止水泥浆四处溢流妨碍施工,应将设备行进方向的泥浆及时清理出沟槽。,3、施工注意要点,在搅拌桩的施工过程中,要特别注意控制下钻与提升的速度。下钻速度应比提升速度慢,1,倍左右,既可保证水泥土的充分搅拌,又可获得较高的贯入速度。,(4),搅拌桩应养护,28d,后方可开挖,开挖前应降低地下水位,开挖时需及时支撑,先撑后挖,严禁超挖。,SMW,工法施工完成后,必须注意桩顶位移监测,保证其水平位移量不能,5cm,。,施工中应注意,水泥土要充分结硬后才能拆除固定型钢的槽钢,否则将导致型钢的再次下沉,使型钢标高不足,影响起拔。同时要注意保护型钢,避免置放和移动过程中产生变形及部分减摩剂被磨损,给下沉和起拔造成困难。,型钢上减摩剂的涂刷厚度与其自身和水泥土的粘结有关,应根据所用材料的特性涂刷合适的厚度,涂厚了影响型钢与土体的粘结,使墙体达不到强度要求,同时也不经济,涂薄了又影响,H,型钢的回收；此外涂刷要均匀，禁用油漆喷枪喷涂。,H,型钢应该一次轧成,到工地连接,制作时必须平整,不能发生平面形状的弯曲变形,贴角必须满焊以保证力的传递,使,H,型钢能够顺利插入。,4,、特殊情况处理措施,施工冷缝处理,由常规套钻,1,个孔改为套钻,2,个孔来增加搭接的强度和抗渗度。,严格控制上提和下沉的速度，做到轻压慢速以提高搭接的质量。,如上述方法无法满足要求，采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩方案，以防偏钻，保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约,10cm,，确保围护桩的止水效果。,渗漏水处理,在基坑开挖阶段，密切注视基坑开挖情况，一旦发现墙体有漏点，及时进行封堵。具体采用以下两种方法补漏。,引流管,在基坑渗水点插引流管，在引流管周围用速凝防水水泥砂浆封堵，待水泥砂浆达到强度后，再将引流管打结。,双液注浆（水泥,+,水玻璃）,通过,2,台注浆泵,2,条管路同时接上,Y,型接头从出口混合注入孔底被加固的土体部位。,遇孤石的处理措施,一般情况下，三轴搅拌机对粒径,10cm,以下的卵石地层亦适用。在成桩过程中如遇较大孤石，则采用加水冲击，提高水泥掺量的方法，若孤石较大无法冲脱，则采用加桩补强的方法。,垂直度控制及纠斜措施,准确定位桩的平面位置，桩机就位严格按桩的平面位置就位；对于有偏斜的桩位，采用加桩的措施，在其背面补作加强桩。,意外停机时的应急措施,发生意处停机事件，将钻杆下沉,1.0m,，重新喷浆搅拌，防止出现断桩或夹层现象，若两桩咬合超过,24h,，则第二根桩采用增加,20%,浆量，或采用加桩。,型钢下沉困难时措施,当,H,型钢不能靠自重完全下插到位时，采取,SMW,钻管头部静压或采用振动锤进行振压。,当上述方案失败时，即可果断地割除露出地面部分的型钢，在外档加一幅水泥土搅拌桩，加插,H700300,型钢作强度补偿。,断桩、开叉等的补救措施,在基坑开挖中发现,SMW,桩有断桩、开叉处，则采用在开挖内侧注浆，外侧旋喷桩止水，并用,t=12mm,钢板在断桩、开叉处封闭，钢板与,SMW,工法桩内的型钢满焊。,SWM,桩与钻孔围护桩接头的接缝处理,钻孔桩施工时由于砼外溢，造成接面处不规则，易产生大规模涌水、涌砂现象。在钻孔桩与,SMW,桩接头处采取以下技术措施：,a.,在接头处的桩增加水泥浆量和搅拌次数，提高水泥掺量并使之与土体充分搅拌，施工中严禁冲水下沉。,b.,在接头处外侧作,650,旋喷桩止水帷墙，起止水和补充加固土体作用。,c.,在内侧采用,t=12mm,的钢板将,SMW,工法中靠近钻孔桩的第一根型钢与钻孔桩主筋焊接，焊接要求为满焊，钢板背后空隙用快速水泥封堵。,其它情况的处理,施工过程中，如遇到停电或特殊情况造成停机导致成墙工艺中断时，均应将搅拌机下降至停浆点以下,0.5m,处，待恢复供浆时再喷浆钻搅，以防止出现不连续墙体；如因故停机时间较长，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗，以防止浆液硬结堵管。,发现管道堵塞，应立即停泵处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上提和下沉,1.0m,后方能继续注浆，等,10,20,秒恢复向上提升搅拌，以防断桩发生。,5,、质量保证措施,业主提供的导线点及水准点必须复核，无误后方可细部放样。,严格按设计要求采用新鲜普通硅酸水泥，水泥经复试后方可投入使用，为保证水泥质量和对水泥用量进行总量控制，我公司采取统一供应，均采用品牌水泥。,对加固桩位统一编号，将每根桩加固的桩顶标高、桩底标高、水泥掺量、水灰比、水泥浆比重和总水泥用量在施工前预先按设计要求通过计算以列表形式表明，以指导施工。水泥浆配比计算准确，满足设计要求。,三轴搅拌桩桩架垂直度指示针调整桩架垂直度，并用经纬仪校正、线锤控制，确保桩体垂直度偏差不大于,1/200,，桩位偏差不大于,50mm,，底标高偏差在,-50,+100mm,。,对每批进场水泥进行复试合格后方可使用。每台班（,24,小时）做一组,7.077.077.07cm3,水泥土试块，一组六块试块。试样来源于沟槽中的置换出的水泥土，按规定条件养护，到达龄期送水泥土试块做抗压强度试验，试验报告及时提交监理与甲方。,施工现场常用配件如压力表、流量计等应备足，以确保连续施工。施工中应严格水泥的用量应达到设计要求。,严格控制搅拌桩下沉速度和搅拌提升速度，并保持匀速下沉（提升），搅拌提升时不应使孔内产生负压造成搅拌桩周边地基沉降，在桩机筒身上做好明显标志，严格控制桩顶和桩底标高。,用型钢定位卡确保,H,型钢顺利下插。搅拌过程中密切注意翻浆情况，随时调整下沉、提升速度，并在桩底停留,1min,，提高搅拌桩底部的均匀性。,H,型钢出厂必须提供原材料的质量证明书，并附带,H,型钢的加工出厂合格证。,H,型钢在达到工地后必须按长度整齐堆放，下垫放枕木。,管理上采用人盯人的办法，对每根桩施工过程进行全方位监控，每台桩架落实管理责任人。,加强交接班制度，操作工人和施工监管人员交接必须在一根桩施工完后进行。,三 实践结论,1,、防渗性能好,采用专用三轴搅拌机施工，两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌和，而且采用三轴搅拌机施工比单轴或双轴搅拌机施工，更加有效地减少因接缝搭接不好而造成的止水效果不佳现象，而且由于中轴高压喷出的气体在土中逆向翻转，使原来已拌合的土体更加均匀，成桩直径更加有效，成墙效果及止水性能更优。搅拌桩采用套接一孔施工，实现了相邻桩体完全无缝衔接。钻削与搅拌反复进行，使浆液与土体得以充分混合形成较为均匀的水泥土，与传统的围护形式相比具有更好的隔水性，水泥土渗透系数很小，一般可以达到,10,-7,1,0,-8,cm/s,2,、施工时基坑无噪声，低震动，对周围环境影响小符合环境保护要求,采用三轴搅拌机施工，由于机械的良好传动性能及稳定性，施工时基坑亡无噪声，震动小，在现场施工时，由于施工现场离民房很近，基本上能做到只见其形，未闻其音，地表的震动很小，这样就避免了“扰民”现象发生，尤其适合在市区施工。“,SMW”,工法施工时，将要置换出一部分泥浆,24,小时将硬化，由于施工前开挖沟槽，避免了泥浆的溢出，对周围的影响小，符合环境保护要求。,3,、具有双重功能,“,SMW”,工法水泥土搅拌桩具有承力及防渗双重功能，“,SMW”,工法成桩由于是在水泥土搅拌桩内插入,H,型钢或钢轨或其它种类的受拉材料，型钢作为支承侧壁水土侧压力，水泥土搅拌桩作为防渗墙。,4,、工期短,“,SMW”,工法水泥土搅拌桩，由于具有承力和防渗双重功能，相对于灌注桩和水泥土搅拌桩组合式排桩体系或其它体系、工序减小，施工工期大大缩短，对于施工工期要求紧的工程，此法施工特别有效。,5,、适应土层范围广,三轴水泥土搅拌桩施工时采用三轴螺旋钻机，适用土层范围较广，包括填土、淤泥质土、黏性土、粉土、砂性土、饱和黄土等。如果采用预钻孔工艺，还可以用于较硬质地层。,6,、费用低,相对其他的支护体系，工序减小，在工程主体结构施工完毕后，型钢能够回收重复利用，减少工程造价。在,6,10m,的围护结构施工中与常规的灌注桩加水泥土搅拌桩支护体系相比，可降低造价约,18,，与用钢筋混凝土地下连续墙施工方法相比，可降低造价约,35,。,四,SMW,工法的发展方向,原土混合法的,SMW,工法作为基础工程中桩、连续墙和地基加固这三大领域进行技术革新的共同方向，正在得到快速的发展，其施工机械也不断地进行着改革和完善，不断涌现出新型机种，其它考虑使用的技术有：,钻头倾斜测定管理系统。依靠安装在本机上的旋转编码器和钻头上的倾斜计测定各深度下的倾斜角，用计算机进行数据整理后将施工状态表示出来，以确定钻掘孔的垂直性。,化学加强剂喷入量管理系统。将旋转编码器和流量计测定的数据通过计算机处理，进行喷入量管理，以保证单位钻掘孔喷入的固化剂保持定值，如喷入量未达到数量则进行再搅拌补充喷入量。,选择最佳的化学加强剂成分和添加剂。目前主要采用添加膨胀润土的水泥液，在降低成本的同时提高在高有机质、高透水性、高崩塌性土质及海水场合的施工效果。,加大施工机械的能量，完善搅拌效果。,型钢等加强芯材插入位置度的控制。,使用方便价格低廉的型钢拔出减摩剂，以进一步降低施工成本和防止施工遗留物对环境的影响。,THE END！,敬请批评、指正，谢谢！,