SMW工法在深基坑中的应用

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SMW工法由日本成辛工业株式会社开发成功。SMW工法是利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，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。其主要特点是构造简单，止水性能好，工期短，造价低，环境污染小，特别适合城市中的深基坑工程。
    一、工程及地质概况
    古－1商办楼位于上海天山路、古北路交叉口，为地下3层、地上6层商场。该建筑全长244.2米。本工程场地属长江三角洲入海口东南前缘的滨海平原地貌类型，微地貌上属吴淞江古河道沉积区。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0.51.0米。基坑四周无污染源，地下水对砼无腐蚀。
    二、基坑围护结构设计
    1、围护方案
    该基坑围护采用SMW工法，开挖深度为11.5-13.1米，采用进口Φ850三轴劲性水泥土搅拌桩作围护结构，内插H800×300×13×24型钢，水泥掺量不小于20％，水泥搅拌桩搭接200毫米，H型钢间距＠1200毫米和700毫米。设3道2H700×300×15×15双拼型钢支撑，转角处采用钢筋砼和H型钢混合支撑，支撑间距一般为4.5米。桩顶用钢筋砼圈梁兼作首道支撑围囹，其余选用2H400×400×13×21双拼作钢围囹。为减少围护桩在基坑开挖时的位移，对钢支撑施加预应力，其值为140吨。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。坑内采用水泥搅拌桩和压密注浆加固。
    2、围护结构形式的比较
    目前，上海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。
    三、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。
    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。
    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。
　　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。
    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。
    四、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。
    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。