工法设计施工与应用副本 52页

SMW 工法施工工艺、适用条件 基本概念 优、缺点 设计要点 SMW 工法设计、施工 施工要点 一、 SMW 工法的基本概念 　 SMW 是 Soil Mixing Wall 的缩写，该工法是以多轴钻掘搅拌机将钻头处喷出的水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌，搅拌体之间重叠搭接，然后在水泥土未结硬前插入 H 型钢等应力补强材料，至水泥结硬，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。 H 型钢满堂设置 SMW 工法连续墙示意图 SMW 工法连续墙成墙示意图 　 SMW 工法桩由搅拌桩发展而来，但两者不同。首 先，搅拌桩搅拌头一般呈十字形， SMW 工法搅拌机 搅拌头呈螺旋形；其次，搅拌桩机械动力小， SMW 工法桩机械动力大；第三，搅拌桩水泥掺量小，在软 土地区，一般小于14%， SMW 工法搅拌桩水泥掺量 大，一般在20%左右；第四，搅拌桩浆液水灰比一般 为0.5~0.7（软土地区）， SMW 工法搅拌桩水灰比在 1.5~2.0；第五，搅拌桩搅拌时不排土，挤土较大，而 SMW 工法搅拌桩搅拌时有少量排土，挤土较小。 二、 SMW 工法的起源与发展 日本的深层搅拌法包括高压喷射搅拌工法、机械搅拌工法，以及兼具两种性能的高压喷射与机械工法三大类。我国工程界和学术界习惯上所指的深层搅拌法即为日本的机械搅拌工法。 SMW 工法于 1976 年在日本问世，是日本一家中型企业—成辛工业株式会社开发的一项专利。 1994 年，上海基础工程公司把 SMW 工法首次应用于上海软土地区（上海环球世界广场，基坑深8.65 m， 桩长18 m）， 取得了成功，也是在国内的首次应用。 三、 SMW 工法的优缺点 6 、施工工期短 ; 7 、施工场地小； 8 、废土外运少； 9、安全性较高； 10 、工程造价低。 优 点 1、施工扰动小； 2 、无泥浆污染； 3 、振动噪声小； 4 、止水性能好 ； 5、 适用范围广； 缺 点 1、水泥土养护时间较长； 2、与地下连续墙相比，施工质量较难控制； 3、与地下连续墙相比，整体性欠缺； 4、与地下连续墙相比，抗渗性欠佳。 四、 SMW 工法的设计 1、设计原则 安全（满足稳定条件和各部分材料强度条件） 经济（保证 H 型钢能够回收） 施工方便 2、水泥土配合比的确定 水泥和外掺剂的掺入量必须由现场试验确定，一般取7%、9%、11%、13%、15%做试验。 以 SMW 工法桩用于地下挡墙为例。 3、入土深度的确定 型钢的入土深度 型钢入土深度一般可比水泥土搅拌桩入土深度稍小，主要由基坑抗隆起稳定性、挡土墙的内力、变形、型钢拔出等条件决定。 水泥搅拌桩的入土深度 由三因素决定：确保坑内降水不影响基坑外环境；防止管涌发生；防止底鼓发生。 H 型钢设置形式 4、截面形式的确定 五、 SMW 工法的施工 （ 1 ）施工机械 日本的 SMW 工法三轴型钻掘搅拌机主要有 DH 系 列型号、 TMW 机型(可形成等厚度水泥土连续墙)。 另外还有四轴、五轴、六轴搅拌机。 钻杆有用于粘件土、砂砾土和基岩之分， 钻杆可 分节接成，可实现超过整机高度所容许的施工深度。 日本成辛株式会社还开发了适应城市高架下方等低 空间场地施工的 SMW5000 系列机型，整机高度只有5 m。 日本 SMW 工法施工机械 850 SMW 机 M15 型机(低重心) 预先钻孔 机 地基加固 机 SMW 5000 型 SMW 5000 型 SMW 7500 型 550 SMW 机 SMW 工法三轴搅拌机全貌 SMW 工法螺旋式三轴搅拌机 三轴搅拌机动力装置 SMW 工法三轴搅拌机现场搅拌 螺旋钻杆细部图 国内开发研制的 ZLD 系列多轴式 SMW 工法连续墙钻孔机 ， 非常适合于高层建筑、地下室和地铁车站的挡土防渗墙施工及江河堤坝的防渗施工，该系列钻机已广泛用于上海、南京、天津等地的地铁车站、高层建筑施工中。 ZLD 系列三轴搅拌机参数 上海的四轴深层搅拌机，技术性能达到日本 三轴搅拌机的性能，已成功应用于轻轨明珠线东 兴路车站基坑工程。已研制成功大深度大扭矩的四轴深层搅拌机，搅拌深度达28 m， 成墙速度达 40 m 3 / 日，达到日本同类搅拌机技术指标。 上海目前常用的进口 SMW 工法三轴搅拌机主要有： PAS-120VAR 型、 NSC-200-EP 型等，常用的搅拌桩直径有650 mm 和850 mm。 四轴搅拌机参数 SMW 工法工艺流程图 （ 2 ）施工工艺 （ 3 ）施工要点 需开挖沟槽接收返流浆液，设置固定架固 定 H 型钢； 需合理确定下行钻进时和上行提升时水泥 浆的灌入量； 需根据现场条件合理确定搅拌下沉和提升 速 度，合理确定水泥浆液的配合比； 控制水泥土搅拌桩和 H 型钢的垂直度； 需采取合理措施保证 H 型钢能够顺利回收。 （4） 施工质量保证措施 保证水泥、钢材质量，严格钢材加工质量检查； 检查桩架的定位，钻孔的深度、速度，检查水泥 浆液的搅拌操作规范、水灰比； 保证桩机平稳，做到固定端正，桩架垂直； 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； 控制钻管下钻、提升的速度，严防断桩、空桩； 在插入 H 型钢时，必须做到垂直不斜，控制插深， 严防错位、插偏、扭歪； SMW 工法重叠搭接施工方式 SMW 工法连续墙施工步骤示意图 六、 SMW 工法有哪些适用条件？ 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。 可成墙厚度 550 ～ 1300mm, 常用厚度 600mm ；成墙最大深度目前为 65m, 视地质条件尚可施工至更深。 SMW 工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分，此外还研制了其他一些机型，用于城市高架桥下等施工，空间受限制的场合，或海底筑墙，或软弱地基加固。 1999 年， SMW 围护桩被建设部和上海市建委立为 重点科技成果推广项目。 1994 年，上海基础工程公司把 SMW 工法首次应用 于上海软土地区（上海环球世界广场，基坑深 8.65 m， 桩长18 m）， 取得了成功。 目前已成功解决了型钢起拔设备与型钢减摩材料， 开挖深度、防渗止漏等一系列关键技术问题，形 成了一整套较为成熟的设计方法、施工工艺。 工程应用实例 “ 环球世界 ” 商业大厦基坑 基坑开挖面积约3000 m 2 ， 开挖深度为8.65 m， 围护结构采用三排水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径700 mm， 搅拌桩的中心间距为500 mm， 内插型钢 H 800×400，翼缘和腹板厚度均为10 mm，H 型钢长13.6 m， 间距1000 mm。 支撑体系采用一道钢筋混凝 土支撑，坑内进行注浆加固。 环球世界大厦基坑平面示意图 SMW 工法 H 型钢布置图 围护结构剖面图 SMW 工法施工成绩 墙体水平位移控制在3 cm 以内； H 型钢最大设计弯矩为设计值的80%； 围护结构造价比地下连续墙节约40%； 围护结构施工工期缩短1/3。 德隆大厦基坑 基坑开挖深度为5.5 m， 深坑7.10 m， 采用 SMW 工法三轴水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径为850 mm， 内插 H 700×300型钢， H 型钢长15 m、11m， 中心间距1200 mm。 支撑体系采用钢筋砼围檩(局部钢围檩) 加一道 H700 × 300 钢支撑的方案。 德隆大厦基坑平面图 局部支撑及围护结构平面图 上海南站基坑 地铁一号线上海南站站改建工程（除车站外），基坑开挖深度普遍为 15 米，局部深坑为 17 米，采用 Ф 850 三轴 SMW 工法桩、 H 700 × 300 × 13 × 24 mm 型钢作围护结构，最大成桩深度为 30 米，且施工环境紧邻运营中的地铁线路，施工难度大。 SMW 工法围护结构及钢管支撑平面图 H 型钢围檩及钢管支撑平面图 H 型钢顶端平面布置图 SMW 工法施工成绩 最大成桩深度达30 m； 解决了圆弧形测量放线精度控制难点； 解决了不良地质条件下施工难点 ； H 型钢量大、超长，解决了拔出难点。 施工场地狭小，周边管线众多； 东京第二国立剧场 SMW 工法连续 墙围护结构（深42 m） 浦东机场 SMW 工法 连续墙围护结构 日本 NTT 新宿 SMW 工法连续墙 围护结构（深34 m） 七、 SMW 工法的研究与发展 自1998年起，国内相继研制成功了 ZLD 系列多轴 式 SMW 工法连续墙钻孔机、四轴深层搅拌机、大 深度大扭矩四轴深层搅拌机等施工机械。 由上海市土木工程学会地下工程专业委员会组织 的 “ SMW 围护桩技术研讨会 ” 于1999年12月8日在科 学会堂召开，会议重点讨论了 “ SMW 工法在上海的 应用 ” 、 “ H 型钢回收技术 ” 、 “ 四轴搅拌机的研制 ” 等专题。 试验研究表明， SMW 工法水泥土搅拌桩在不同 的土层中使用，效果也不相同。一般说来，原状 土体性质越好，水泥土搅拌桩强度越大；原状土 体性质越差，则水泥土搅拌桩强度越小。例如水 泥土搅拌桩用在 砂质粉土与粉质粘土互层 ⑤1中的 效果要比用在 淤泥质粉质粘土③ 1、 ④中效果好 得多。 SMW 工法围护结构有着十分广阔的应用前景，已为 上海土木工程界肯定。 上海地区 SMW 工法设计、施工经验总结： 1. 水泥掺入比20%左右； 2. 浆液水灰比为1.5 ~ 2.0之间 ； 3. 垂直度控制1/150 ~ 1/200； 4. 搅拌下沉速度不大于1 m/min， 提升速度不大 于2 m/min； 5. 用水灰比为0.5的水泥砂浆自流充填 H 型钢拔 除后的空隙； 6. 一般 Ф 650mm 工法桩 适用于 7~8 m 基坑， Ф 850mm 工法桩适用10 m 左右基坑。 日本的 SMW 工法发展及研究 1953年日本从美国引入 MIP 工法。 1967年港湾技术研究所开始研制石灰搅拌施工机械。 1971年开始使用单轴或双轴搅拌机施工水泥土搅拌 桩连续墙，并在墙中插入钢管或 H 型钢，形成早期 SMW 工法的 MIP 桩列式地下连续墙。 1976年日本成幸工业株式会社与日本竹中土木株式 会社分别研制出3轴与4轴水泥土深层搅拌机，并应 用于 SMW 工法，之后还开发出5～6轴的 SMW 工法成墙 施工机械。 1992年北辰工业株式会社研制试验成功链锯式(简称 TRD 工法)成墙机械，于1993年由大成建设公司用于 SMW 工法施工。 1993年，研制成功低重心 SMW 工法三轴式成墙施工机 械，使 SMW 工法的成墙深度达到65 m。 当年还研制成 功伸缩式钻杆的低高度 SMW 工法( STS) 三轴式成墙施 工机械，成墙深度达到29.9 m。 1994年，开发研制了两种三轴式矩形断面成墙施工 机械(称 TMW 工法与 RMW 工法)。 2000年，又开发研制了低高度、矩形断面、能 横行连续成墙的回转式成墙机械(称 PTR 工法)， 由利根公司用于 SMW 工法施工。 日本 SMW 工法的成墙机械正向着整机低高度、大 深度和连续成墙施工方向发展。 八、 SMW 工法的存在的问题 有些工程应用中出现渗漏、变形过大、地面沉降、型钢无法起拔、甚至发生基坑坍塌的主要原因有： 水泥土中水泥掺量不够，或者没有区别对待不同 的土层； 泥浆液的配合比不当，浆液浓度过小， H 型钢易 发生倾斜或移位，浓度过大，则型钢插入困难； 水泥土搅拌过程中下沉或提升速度过快，造成搅 拌不均匀； 水泥土搅拌桩搭接厚度不够； 水泥土搅拌桩或 H 型钢垂直度未达到设计要求； 水泥土养护时间未到即进行开挖，强度不够； 施工过程中出现间断，造成施工冷缝； 基坑开挖时支撑设置不及时； H 型钢表面减阻剂涂抹不均匀； 施工队伍素质良莠不齐。 型钢拔出后的空隙未及时回填； 谢谢大家！