工程施工论文.doc

SMW工法在深基坑工程中的应用

摘要:详细阐述了劲性水泥土连续墙(SMW工法)的受力与变形机理，并结合工程实例，通过各种方案比较．介绍了劲性水泥土连续墙在深基坑工程中的应用。

关键词：深基坑，围护结构，SMW工法
1 引言
劲性水泥土连续墙(SMW工法)是采用专用多轴搅拌机，就地钻进切削土体，同时从其钻头前端将水泥浆液注入土体，经反复搅拌和充分混合后，再将H型钢或其它芯材插入搅拌体内，形成地下连续墙体。这种墙体具有止水性好，对周围环境影响小，无泥浆污染，施工速度快，以及对地层适应性强等特点，在国外得到广泛的应用。在我国，SMW工法的应用尚处在初步应用阶段，2010年10月国家刚刚出版了《型钢水泥土搅拌墙技术规程》，很有必要对此工法的受力机理以及典型工程作详细的阐述。
2．SMW围护结构的受力分析
劲性水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。目前对水泥土与型钢之间的粘结强度的研究还不充分。很难想象，水泥土与型钢之间的粘结力可与混凝土与钢筋的粘结强度相比，也就很难认为水泥土与型钢是共同工作的。通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担；水泥土桩的作用在于抗渗止水。试验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的钢度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型钢失稳，对H型钢还可以防止翼缘失稳，这样可使翼缘厚度减小到很薄（甚至可以小于10mm）。
3．SMW围护结构的稳定和变形分析
基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。 
  因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级基坑的位移要求；对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。一般较深的基坑,刚性要求较高的支护结构,可以配合多道内支撑体系,其位移较小,可控制在30mm之内。
SMW围护结构稳定和变形计算包括如下内容：
(1) 整体稳定性验算
(2)墙底坑底抗隆起验算
(3)抗倾复验算
(4)水平位移验算
4 工程及地质概况
*****泵站工程位于******，泵站主体占地275.61 m2，宽为7-13.2m，长约33.2m，呈漏斗状，基坑周长约为80.2m，坑深8.6m，支护形式采用劲性水泥土连续墙。本工程地处渤海湾西侧，属冲积—海积平面滨海平原地貌类型。场地地形平坦，地面标高一般3.8米，基坑地下水属潜水类型，稳定水位在地表以下2.0米。基坑四周无污染源，地下水对砼无腐蚀。
5 基坑围护结构设计
5.1、围护方案
该基坑围护采用SMW工法，开挖深度为8.6米，采用Φ850三轴劲性水泥土搅拌桩作围护结构，有效桩长16.5米和19.5米，内插H700×300×13×24型钢，水泥掺量不小于20％，水泥搅拌桩搭接250毫米，H型钢间距1200毫米和600毫米。在有效桩长顶部设置C30的1200mm*700mm的混凝土冠梁支撑进行基坑的支护，在冠梁部位设置直径500mm钢管横撑。根据该工程基坑坑底土层为3层砂质粉土，透水性较强，对坑底采用降水加固方案。为降低造价，SMW桩中插入的H型钢在结构出±0.000后拔除。坑内采用水泥浆注浆加固。
5.2、围护结构形式的比较
目前，该地区深基坑围护墙体采用的结构形式一般都为地下连续墙（单墙或双墙），工程造价均较高，对环境的影响、污染均较大。与之相比较，SMW工法有如下优点：
（1）在现代城市修建的深基坑工程，经常靠近建筑物红线施工，SMW工法在这方面具有相当优势，其中心线离建筑物的墙面80厘米即可施工。
（2）地下连续墙由自身特性决定，施工时形成大量泥浆需外运处理，而SMW工法仅在开槽时有少量土方外运
（3）SMW工法构造简单，施工速度快，可大幅缩短工期。
（4）SMW工法作围护结构与主体结构分离，主体结构侧墙可以施工外防水，与地下连续墙相比结构整体性和防水性能均较好，可降低后期维护成本。
6 关键技术的处理
H型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作，以及H型钢的制作和打拔。
6.1、搅拌桩制作
与常规搅拌桩比较，要特别注重桩的间距和垂直度。施工垂直度应小于1％，以保证型钢插打起拔顺利，保证墙体的防渗性能。
注浆配比除满足抗渗和强度要求外，尚应满足型钢插入顺利等要求。
6.2、保证桩体垂直度措施
（1）在铺设道轨枕木处要整平整实，使道轨枕木在同一水平线上；
（2）在开孔之前用水平尺对机械架进行校对，以确保桩体的垂直度达到要求；
（3）用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正，确保搅拌轴垂直；
（4）施工过程中随机对机座四周标高进行复测，确保机械处于水平状态施工，同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测。
6.3、保证加固体强度均匀措施
（1）压浆阶段时，不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩，则在向下钻进50厘米后再喷浆提升；
（2）采用“二喷二搅”施工工艺，第一次喷浆量控制在60%，第二次喷浆量控制在40%；严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度；
（3）搅拌头下沉到设计标高后，开启灰浆泵，将已拌制好的水泥浆压入地基土中，并边喷浆边搅拌约1-2分钟；
（4）控制重复搅拌提升速度在0.8-1.0米/分以内，以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌；
（5）相邻桩的施工间隔时间不能超过24小时，否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆，以保证桩间搭接强度；
（6）预搅时，软土应完全搅拌切碎，以利于与水泥浆的均匀搅拌。
6.4、型钢的制作与插入起拔
施工中采用工字钢，对接采用内菱形接桩法。为保证型钢表面平整光滑，其表面平整度控制1‰以内，并应在菱形四角留Φ10小孔。
型钢拔出，减摩剂至关重要。型钢表面应进行除锈，并在干燥条件下涂抹减摩剂，搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。且搅拌桩顶制作围檩前，事先用牛皮纸将型钢包裹好进行隔离，以利拔桩。
型钢应在水泥土初凝前插入。插入前应校正位置，设立导向装置，以保证垂直度小于1％，插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压沉。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。
型钢回收。采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升，使其松动，然后采用振动锤，利用振动方式或履带式吊车强力起拔，将H型钢拔出。采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。
7 SMW工法的主要特点
（1）施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。
（2）钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点，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，它比传统的连续墙具有更可靠的止水性。
（3）它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。
（4）可成墙厚度550-1300毫米，常用厚度600毫米；成墙最大深度目前为65米，视地质条件尚可施工至更深。
（5）所需工期较其他工法短。在一般地质条件下，为地下连续墙的三分之一。
（6）废土外运量远比其他工法少。
8 结语
实践证明该工程采用SMW工法施工是可行的。由于四周可不作防护，型钢又可回收，造价明显降低，加快了工程进度，取得了良好的经济和社会效益。
参考文献
1.中国建筑科学研究院．建筑地基处理技术规范．北京；中国建筑工业出版社
2.李亚仲.专项安全技术在相邻建筑近距离深基坑开挖支护中的应用．安全
3.洪顺生SMW工法设计要点与施工难点分析研究[期刊论文]-科技资讯
4.李志宏.黄宏伟支撑体系支护参数对基坑支护效果的影响[期刊论文]-地下空间与工程学报
5.孔德志加劲水泥土地下连续墙中水泥土强度分析[期刊论文]-岩土力学
6.李涛.李红星深基坑SMW支护结构质量控制措施及监管要点[期刊论文]-工程质量