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浅谈SMW工法在施工中的应用

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第22卷第4期 2011年l2月 地基处理 、,01.22 NO.4 Ground Improvement Dec.20l】 浅谈SMW工法在施工中的应用 袁文忠 (浙江省大成建设集团有限公司,杭州310012) 1工程概况 SMW工法是Soil Mixing Wall的简称,于1976年在日本问世,它是一种劲性复合围 护结构,SMW工法是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,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使之在搅拌过 程中与地基土反复混合搅拌。在各施工平面之间,采取重叠搭接,在水泥土混合体未硬之 前插入受拉材料(常为H型钢),作为应力加强材料,直至水泥结硬,形成一道具有一定 强度和刚度、连续完整、无接缝的地下墙体。这种结构充分发挥了水泥土混合体和受拉材 料的力学特性,同时具有经济、工期短、高止水性、对周围环境影响小等特点。 SMW工法作为开挖深度在6~10米的基坑围护形式,同地下连续墙、组合排桩(咬 合式钻孔灌注桩或钻孔灌注桩+水泥搅拌桩隔水帷幕)等其他基坑围护形式相比,具有明 显的工艺简单、造价低、节约资源、减少地下空间资源的污染以及工期短等优势,具有很 大的潜在应用推广市场。 杭州市七格污水处理厂三期地基处理工程位于浙江省杭州市东北角江干区下沙镇七 格社区(已建的一期、二期工程旁),紧临钱塘江下游段。距下沙开发区lkm,距杭州市 区19km。东侧为杭州经济技术开发区,西侧为四格排灌站和月雅河,北侧为杭州市区至 杭州经济技术开发区的下沙路。 2工程地质和水文地质条件 2.1工程地质条件 经勘察单位勘察,工程区属冲海相沉积平原区,其大地构造位置属于杨子准地台(I) 钱塘台褶带(I2)余杭上海如陷(I2.2)带之西南端。地层结构经野外钻探,勘探深度内 场地区岩土可分八个大层。其中,第四系地层厚约65~68m,按地质时代、面因类型及工 程特性,可分①、②、⑧、⑤、⑦、⑧和⑨七个大层,细划为l8个亚层。 2.2水文地质条件 拟建场地所在水系属于钱塘江水系,场地水文地质条件较简单,地下水类型主要是第 四纪松散岩类孔隙水,根据场区地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征,可 第4期 袁文忠.浅谈SMW工法在施工中的应用 l3 划分为孔隙潜水和孔隙承压水。 孔隙潜水为场区浅层地下水,主要赋存于①层填土和②层粉土、砂土中,地下水分布 连续,埋深O.10---3.50m,其富水性和透水性具有各向异性。地下水与地表水系有密切的水 力联系。孔隙潜水来源以大气降水竖向渗入补给及场外区域地下水侧向径流补给为主,在 丰水期近地表径流处的场地地下水接受地表径流补给。排泄途径以蒸发方式排泄和向附近 河塘侧向径流排泄为主。孔隙承压水赋存于场区深部,对工程基本无影响。为保证三期施 工过程中对已经运行的一期二期不造成影响,根据实际情况并考虑经济安全等方面,对杭 州市七格污水处理厂三期地基处理工程西侧北侧进厂主干管基坑围护设计采用SMW工 法,采用直径为0850水泥搅拌桩(三轴)。 图1 sMw工法施工工艺流程 l4 地基处理 2O11年 3 SMW工法施工工艺 本工程围护采用SMW工法,即在 850三轴水泥土搅拌桩内根据开挖深度按“二插 一”的形式插入700 ̄300x 13 x24型钢。水泥土搅拌桩采用标准连续方式施工,搭接形式为 全断面套打。SMW工法桩采用三轴搅拌桩机进行搅拌和喷浆作业,水泥搅拌桩搅拌完成 后2小时内插入H型钢成桩。 3.1施工流程图 (1)SMW工法施工工艺流程如下图1所示。 (2)SMW搅拌桩施工顺序采用单侧挤压式连接方式,示意如图2~4所示。 图2 q ̄850三轴搅拌桩施IJt ̄,序图 旌工Jl匾序(3) 施工顺序(5) fI 厂———] 厂———] \ , ~ 一 ) 图3跳槽式全套复搅连接施工顺序 施工顺序(2) 施工顺序(4) 。h●。___。。。。。。。。。。。。。。。。 。’——’。。。。。。。。。。。—— ●‘ 。。。。。。。。。。。。。 ●— 。。。。。。。。。。。。。 —— 一 图4连续套打复搅施工顺序 第4期 袁文忠.浅谈SMW工法在施工中的应用 3.2施工流程 (1)施工场地平整 施工前先进行施工区域内的场地平整,清除表层硬物,素土须夯实,上铺道渣垫层 100mm。按照桩位平面布置图,确定合理的施工顺序及配套机械、水泥等材料的堆放位置。 (2)桩位放样 根据提供的坐标基准点,按照设计图进行放样定位及高程引测工作,并做好永久及临 时标志。为了保证结构内部净空及衬墙厚度,不影响结构施工,按设计要求每边外放(结 构外)10cm。放样定位,做好测量技术放复单,提请监理进行复核验收签证。确认无误后 方可进行搅拌桩施工。 (3)开挖导向沟槽 根据基坑围护内边控制线,采用0.6m 挖机开挖导向沟,遇有地下障碍物时,用挖土 机清除,开挖导向沟应及时处理,以保证桩机水平行走,并达到文明工地要求。 (4)定位型钢放置 垂直导向沟方向放置两根定位型钢,规格为200 ̄200,长约2.5m,再在平行导向沟方 向放置两根定位型钢规格300 ̄300,长约8 ̄20m,转角处H型钢采取与围护中心线成450 角插入,H型钢定位采用型钢定位卡。 (5)搅拌桩孔位定位 在开挖的沟槽两侧铺设导向定位轴线,按设计要求在导向定位轴线上划定钻孔位置和 插H型钢的控制位置,操作人员根据标定的位置严格控制钻机桩架就位,确保钻孔轴芯位 置正确;同时为控制钻杆下钻深度符合设计要求,将控制标高引测到定位型钢上,以正确 控制成桩深度。 机械设备的移动沿着基坑围护中心线方向按拟定的作业顺序进行,采用间隔全断面套 打的方式作业,以此循环直至围护墙体成型(如图3),在工作日施工间隙、围护转角位置 成桩施工拟采用单侧连续套打的办法连接施工(如图4)。水泥土搅拌桩为基坑内外止水帷 幕,施工时不容许出现施工冷缝,如因特殊原因出现超过12小时施工接缝,须采用措施 加以补强。 (6)搅拌下沉 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。三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液, 同时严格控制下沉和提升速度,喷浆下沉速度不大于1.0m/min,提升的速度不大于 2.0ndmin,在桩底部分重复搅拌注浆,停留1分钟左右,并做好原始记录。 (7)注浆、搅拌、提升 在施工现场搭建拌浆施工平台,平台附近放置50号吨的水泥罐,在开机前进行浆液 的拌制,开钻前对拌浆工作人员做好交底工作。水泥浆液的水灰比为1.5,以浆液输送能 力控制。土体加固后,搅拌土体28天抗压强度不小于1.2MPa. 开动灰浆泵,待纯水泥浆到达搅拌头后,按计算要求的速度提升搅拌头,边注浆、边 搅拌、边提升,使水泥浆和原地基土充分拌和,直到搅拌头提升到离地面50cm处或桩顶 l6 地基处理 设计标高后再关闭灰浆泵。 (8)复搅拌下沉在桩项上2米区域内应进行复搅。 (9)H型钢的插放和固定 在钻孔的水泥土充分搅拌均匀,又未初凝硬化前,采用大型吊装机械将焊接定尺的H 型钢吊起,在指定位置依靠H型钢的自重下插到设计规定深度、标高(定位如下图5); 型钢垂直度控制在1%以内,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。 需要拔出回收的H型钢在插放前必须先涂抹高分子隔离材料,在浇注混凝土圈梁时必 须用隔离材料将型钢和混凝土隔开,而且H型钢必须超出浇混凝土圈梁500mm左右(详 见图6)。 七 獠皖位型乡 / 吕 量 、 ]L][ r_-__ 口 G3 图5定位型刚示意图 O 0 /1 图6型钢与混凝土圈梁位置示意图 (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来, 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,确保三轴水泥搅拌桩的硬 第4期 袁文忠.浅谈SMW工法在施工中的应用 17 化成型及下道工序的施工,被清理的水泥土将在固化后,及时运到指定地点随基坑开挖土 运出场地。 (11、压顶圈梁制作 作为挡土的支护结构,每根桩必须通过桩顶连接共同作用。在不插入H型钢的搅拌桩 内插入2根 l2~ l6钢筋,然后制作压项圈梁,使每一根桩都能连成一体复合受力。 (12)H型钢拔除 现场要有卡车装车的场地,要留出一定的空间,保证拔除H型钢的履带吊车的旋转、 起拔余地和空间;还要有H型铡临时堆放整理的场地,原则上每一天或每二天外运一次; 在H型钢拔离地面的过程中,严禁吊车把杆下端进行施工操作;拔除前,基坑四周应该进 行回土、压实。 拔除H型钢的操作工艺如下: 1)采用液压千斤顶,利用混凝土圈梁的反力座,在H钢端头上装上插板,把H钢接 长,再安装上夹具、液压千斤顶将H型钢顶松,并顶起2米左右,如图7所示; 2)拆除插板,用夹具、液压千斤顶,逐步将H型钢顶出地面,如图8所示: 3)用履带吊车吊牢H型钢,待H型钢全部拔起吊离现场; 4)整理装车离场; 5)在拔出H型钢的同时,用水灰比1:1.5~1.8的水泥浆填充H型钢拔除后的空隙。 \ / ) 史具 一 L , 千斤顶  :一{ 争一  I :H型暂 { 圈梁!  l图7液压千斤顶项起H型钢示意图 图8液压千斤顶将H型钢顶出地面示意图 4施工要点、难点控制 4.1施工要点控制 (1)开机前必须探明和清除一切地下障碍物,须回填土的部位,必须分层回填夯实, 以确保桩的位置。 (2)桩机行使路轨和轨枕不得下沉,桩机垂直偏差不大于l%。 18 地基处理 20l1年 (3)采用标准水箱,按设计要求严格控制水灰比,水泥浆搅拌时间不少于2 ̄3min, 滤浆后倒入集料池中,随后不断的搅拌,为防止水泥离析压浆应连续进行,不可中断。 (4)按规定做70.7mmx70.7mmx70.7mm试块,采用标养,28天后测定无侧抗压强度, 应达到设计标号。 (5)严格控制注浆量和提升速度,防止出现夹心层或断浆情况。 (6)搅拌头二次提升速度均控制在2cm/min以内。注浆泵出口压力控制在0.4~ 0.6MPa. (7)桩与桩须搭接的工程应注意下列事项: 1)桩与桩搭接时间不应大于12h; 2)如超过12h,则在第二根桩施工时增加注浆量20%,同时减慢提升速度; 3)因相隔时间太长致使第二根桩无法搭接,则在设计认可下采取局部补桩或注浆措 施; (8)尽可能在搅拌桩施工完成后2小时内插入H型钢,若水灰比或水泥掺入量较大 时,H型钢的插入时间可相应增加。 (9)每根H型钢到现场后,都要检查垂直度、平整度和焊缝度等,不符合下列规定 要求的不得使用。 1)设置H型钢悬挂梁或其它可以将H型钢固定到位的装置,以免型钢插入到位后再 下沉; 2)涂刷H型钢隔离剂时,要严格按照操作规程作业,确保隔离剂的粘结质量符合要 求; 3)打桩完成后,凿除桩顶部水泥土,露出的H型钢表面需用隔离材料包扎或粘贴, 然后制作顶圈梁; 4)工地质量员应填写每根成桩记录,记好施工日记。施工过程中由专人负责记录, 记录要求详细、真实、准确。每天要求做一组70.7mmx70.7mmx70.7mm试块,试块制作 好后进行编号、记录、养护,到龄期后由监理单位随机抽取几组送实验室做抗压强度试验, 28天龄期无侧限抗压强度要求不小于1.0MPa。 -1.2施工难点控制 (1)水泥土配合比根据SMW工法的特点,水泥土配比的技术要求如下: 1)设计合理的水泥浆液水灰比,确保水泥土的强度.同时在插入型钢时,尽量使型 钢靠自重插入。若型钢靠自重仍不能顺利到位,则略微施加外力,使型钢插入到规定位置; 2)水泥掺入比的设计,必须确保水泥土强度,降低土体置换率,减轻施工时对环境 的扰动; 3)水泥土和涂有隔离剂的型钢具有良好的握箍力,确保水泥土和型钢发挥复合效应, 起到共同止水挡土的效果,并创造良好的型钢上拔回收条件,即在起拔型钢时隔离涂层易 损坏,产生一定的隔离层间隙; 4)水泥土在型钢起拔后能够自立不塌,便于充填孔隙; 5)根据设计要求并结合工程实际情况确定其基本配合比,水灰比为1.5,32.5级普通 第4期 袁文忠.浅谈SMW工法在施工中的应用 19 硅酸水泥掺量为22%,每立方米水泥掺量为396kg; 6)SMW搅拌桩施工时每班组需做试块同条件养护,28天强度应达到1.2MPa。 7)制备水泥浆液及浆液注入 a)在施工现场搭建拌浆施工平台,平台附近放置50吨水泥罐,在开机前按要求进行 水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。 b)水泥浆配制好后,停滞时间不得超过2小时,搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不 得超过l2小时。注浆时用2台注浆泵通过2条管路混合注入。注浆压力为l~2 MPa,注 浆流量为150.200L/min/每台。 (2)施工冷缝处理 施工过程中一旦出现冷缝则采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩方案。在围护桩未达到 一定强度前进行补桩,以防偏钻,保证搭接效果,素桩与围护桩搭接厚度约10cm。 图9施工冷缝的处理 (3)涂刷减摩剂 1)减摩剂重量配合比为氧化石蜡:阳离子乳化剂:OP:助乳剂:防锈剂:水 =l5:1.3:O.8:2:2:65。 2)清除H型钢表面的污垢及铁锈。 3)减摩剂必须用电热棒加热至完全熔化,用搅棒搅拌时感觉厚薄均匀,才能涂敷于H 型钢上,否则涂层不均匀,易剥落。 4)如遇雨天,型钢表面潮湿,先用抹布擦干其表面后涂刷减摩剂。不可以在潮湿表 面上直接涂刷,否则易剥落。 5)如H型钢在表面铁锈清除后不立即涂减摩剂,须在以后涂料施工前抹去表面灰尘。 6)型钢表面涂上涂层后,一旦发现涂层开裂、剥落,须将其铲除,重新涂刷减摩剂。 7)基坑开挖后,设置支撑牛腿时,必须清除H型钢外露部分的涂层,方能电焊。地 下结构完成后撤除支撑,必须清除牛腿,并摩平型钢表面,然后重新涂刷减摩剂。 8)浇筑连接梁时,埋设在梁中的H型钢部分必须用lOmm厚泡沫塑料片包裹好。使 型钢与砼隔离良好,以利于型钢拔除。 (4)插入型钢 20 地基处理 三轴水泥搅拌桩施工完毕后,吊机应立即就位,准备吊放H型钢。 H型钢使用前,在距其顶端20cm处开一个中心圆孔,孔径约8cm,并在此处型钢两 面加焊两块各厚1cm的加强板,其规格为450mm ̄450mm,中心开孔与型钢上孔对齐。 根据甲方提供的高程控制点,用水准仪直接控制型钢插入标高。误差控制: 1)在:/:5cm以内,型钢插入水泥土部分均匀涂刷减摩剂。 2)安装好吊具及固定钩,然后用35吨吊机起吊H型钢,用线锤校核其垂直度。 3)在沟槽定位型钢上设H型钢定位卡,固定插入型钢平面位置,型钢定位卡必须牢 固、水平,而后将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体 内,采用线锤控制垂直度。 4)若H型钢下插低于设计标高,则在该型钢顶端焊接吊筋,用槽钢穿过吊筋将其搁 置在定位型钢上,待水泥土搅拌桩达到一定硬化时间后,将吊筋及沟槽定位型钢撤除。 5)若H型钢插放达不到设计标高时,则重复提升下插使其达到设计标高,此过程中 始终用线锤跟踪控制H型钢垂直度。 6)型钢插入左右误差不得大于30mm,宣插在靠近基坑一侧,垂直度偏差不得大于 1/150,底标高误差不得大于200mm。 (5)基坑开挖过程中渗漏水处理 在基坑开挖阶段,密切注意基坑墙体渗漏情况,发现渗漏及时封堵。具体采用以下两 种方法补漏。 1)引流管。在基坑渗水点插引流管,在其周围用速凝防水水泥砂浆封堵,待水泥砂 浆达到强度后,将引流管打结。 2)双液注浆将配制拌合好的化学浆液和水泥浆送入贮浆桶内备用。注浆过程中应 尽可能控制流量和压力,防止浆液流失。 5 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与搅拌翼相间设置的特点,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,从而使它可比传统的连续墙具 有更可靠的止水性,其渗透系数K可达l0-7cm/s。 (3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、qblO0以上卵石及单轴抗压强度60MPa 以下的岩层应用。 (4)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。 (5)所需工期较其他工法为短,在一般地质条件下,每一台班可成墙70 ̄80m。。 (6)废土外运量远比其他工法为少。 第4期 袁文忠.浅谈SMW工法在施工中的应用 21 6 SMW工法质量控制措施 (1)在SMW水泥搅拌桩施工前,平整场地,并对场地进行硬化处理,清除施工范 围内的地面、地下障碍物。 (2)对控制点和水准点进行复测,并通知监理工程师进行复核。承包人对经监理工 程师复核确认后的测量控制点和基准点的保护负全部责任。 (3)定位型钢须安装安全牢固并且位置准确,必要时可采用导墙,保证成桩垂直度。 (4)用于SMW搅拌桩施工的所有设备在进场前必须通过监理工程师的检查和书面 确认,并在使用中经常维护和保养,以确保设备完好和使用安全。搅拌机架应配有垂直度 检测设备;水泥浆拌制系统应配有可靠的计量装置;喷浆系统应配备流量表、压力计等检 测装置;搅拌头下降、提升过程中应有速度控制装置和措施。 (5)型钢使用前应逐根检查、验收,检查验收标准见下表。型钢探伤率不少于5%。 (6)型钢的堆放场地必须平整,型钢堆放应安全并保证其平直度。 (7)SMw搅拌桩在施工中必须派专人进行详细的施工记录,包括:量测定位、浆液 水灰比、浆液流量、喷浆压力、搅拌头提升和下沉速度、成桩垂直度、H型钢吊装垂直度、 标高控制等。各项技术指标在得到监理工程师认可后方可进行下一道工序的施工。 (8)SMW桩采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1.5,水泥掺量22%,型钢插入困 难时应使用适当的振动锤振动插入,并保持型钢的垂直度。 (9)质量标准 1)施工过程必须严格控制和跟踪检查每根桩的水泥用量、桩长、搅拌头下降和提升 速度、浆液流量、喷浆压力、成桩垂直度、H型钢吊装垂直度以及标高等。 2)H型钢验收标准见表1,H型钢安装验收标准和搅拌桩桩体验收标准见表2。 表1 H型钢验收标准 实测项目 长度 允许偏差 截面高度 截面宽度 腹板中心线 型钢对接焊缝 型钢挠度 符合设计要求 10mm 3)在成桩过程中应对水泥土取样,取样数量为每台班每机架一组,每组6块。 22 地基处理 2011年 4)搅拌桩桩体在达到龄期28天后,应钻孔取芯测试其强度,其抗压强度满足设计要 求。检查桩的数量应不小于己完成桩数的2 。 5)SMW桩体不允许出现大面积的湿迹和渗漏现象。若有渗漏应及时封堵。 表2 H型钢安装验收和搅拌桩桩体验收标准 H型钢安装验收标准 实测项目 型钢定位轴线 项标高 型心转角 允许偏差 +20mm  ̄4nlm 士2。 搅拌桩桩体验收标准 实测项目 桩位 偏差 平行基坑方向 垂直基坑方向 垂直度 允许偏差  ̄30mm 士3Omm 3%0 垂直度 3960 成桩深度 +100mm,。0mm 7 SMW工况示意图 SMW工况示意图如图10所示。 工况 工况一:开挖沟槽、放置定位导粱 T ̄gU-:搅拌机定位、搅拌、喷浆 -r况三:形成挡土止水帷幕。 图10 SMW52况示意 参考文献: [11建筑地基处理技术规范JG79.91[S】.北京:中国计划出版社,1992. 【2]刘建航,侯学渊.基坑工程手N[MI.北京:中国建筑工业出版社,1997. 『31隧道工程『M1.上海:上海科学技术出版社,1997. 『41 JGJ120--99,建筑基坑支护技术规程[s】.北京:中国建筑工业出版社,2002, f51地基处理手册》编委会.地基处理手册【MI.北京:中国建筑工业出版社,2000 『61王建劲性水泥土地下连续墙试验研究[J].建筑技术开发,2000. 

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