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1、基于SMW工法的探讨摘要：SMW工法是近年来从国外引进的一种比较新颖的基坑支护方法，是一种在相互搭接的水泥土搅拌桩中插入型钢而形成的复合支护结构。具有占地面积小、抗渗性好等特点，但由于设计理论不完善等多种因素的影响，目前制约了其在我国的推广应用。本文介绍了SMW工法桩的施工工艺，以及技术要点和控制措施。关键词：SMW工法;优越性;设计理论;施工流程;控制措施 引言随着经济的快速发展，工程建设规模不断升级，地面空间的日趋饱和，人们开始把目光转向地下寻求发展空间，即进行地下空间的开发利用。而开发建设地下空间首先进行的就是基坑开挖，随着地下空间开发层次的不断深入，地下室的层数增加，基坑深度越来越大，
2、对施工技术也提出了越来越高的要求，尤其是在各种复杂的地质条件下，如何经济合理地解决好基坑支护方面的问题，保障基坑的稳定和周围建筑、地下管线的安全，岩土工程界的学者和工程技术人员进行了不懈的努力，取得了许多新的成果，积累了丰富的经验。在20世纪末，随着大量高层建筑及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，要求工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老课题，从而促使许多新的理论和研究方法得以出现与成熟。SMW工法以它独有的优越性渐渐受到重视。1 概述1.1 SMW工法简述SMW是Soil Mixing Wall的缩写，亦称作劲性水泥上搅拌桩地下连续墙，是基于深层
3、搅拌桩施工方法发展起来的。是利用多轴型钻探搅拌机就地钻掘切削上体，钻到预定深度后，边提钻边从钻头处喷出水泥浆，与地基土搅拌混合，然后在水泥混合物凝固前插入H型钢或其他型钢材，以此形成一道具有一定强度、刚度、连续完整的、复合均匀无接缝的地下连续墙体。SMW将承受荷载与防渗挡水结合起来，是一种同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构。1.2 SMW工法的应用与发展SMW工法自用于工程以来，成桩设备、施工工艺不断得到完善和提高。在日本，SMW工法的用途日益扩大。该工法广泛应用于深基坑支护、地下坝、环境保护工程等。有资料统计，至1993年7月，SMW工法在日本的施工墙壁面积已达1216万m2，约合建筑面积
4、800万m2，占日本各种工法地下墙结构施工的50%左右，而到2003年7月，该法在日本各地施工已达2594万m2，约合1706万m2，占全日本用各种工法施工地下连续墙的70%左右。至今，该工法已在英国、美国、法国、新加坡、泰国和我国台湾、香港地区均有广泛的应用。在日本，SMW工法成桩的搅拌机一般采用三轴机，此外还有四轴至六轴的大型成桩搅拌机，一次成墙宽度可达1.5m-3.0m，最大成墙深度可达65 m，水泥土强度达到1.0-3.0 MPa，钻孔垂直精度达1/200。由于施工机械的多样化和施工技术的先进性，该工法可在各种地质条件中施工。SMW工法施工时，为了确保H型钢能够依靠自重插入并且垂直到位
5、，需要用大量的水泥浆，所以在制浆、送浆等环节上配有大流量的注浆泵和智能化上料系统，同时还配有计量装置。在施工时，现场还配备小型挖机、履带式打桩架和履带式吊车等配套设备，形成了一套很完善的施工体系，提高了施工效率和质量。在国内，水泥土深层搅拌桩作为重力式挡土墙和防渗止水帷幕很早就在基坑工程中得以应用，其设计理论和施工方法较为成熟。上世纪80年代末期，SMW工法引起我国工程界的注意，该工法于1993年和1994年在上海静安寺“环球世界”商厦和南京某大厦基坑围护工程中得以成功应用，这是在我国最早的工程实例，但尚未做到型钢的回收利用，工程造价的费用基本与钻孔灌注桩的预期造价持平。后经不断完善和发展，在
6、上海地铁二号线等基坑工程中得到成功的应用，并实现了H型钢的回收。上海隧道工程股份有限公司针对SMW工法进行较早的引进和研究，1994年该公司对SMW工法展开研究，尤其是对型钢的起拔技术作了重点攻关，做了大量的工程试验。1996年工程试验取得成功，1997年初将科研成果成功用于申海大厦基坑围护工程。1997年8月“型钢水泥土复合搅拌桩支护结构研究”通过上海市科委技术鉴定，1999年建设部将其列为科学成果重点推广项目。该公司施工技术研究所对搅拌桩的施工方法、施工设备、水泥土配合比、型钢水泥土的组合受力性能、型钢减摩剂、型钢水泥土墙的设计计算方法、型钢起拔回收技术等进行了全面系统的研究，并将研究成果
7、应用在大量实际工程中。据不完全统计，上海地区采用SMW工法施工的围护墙面积约9万m2，最大基坑面积为1.34万m2，最大成桩深度为25 m，基坑开挖最深为15m，累计完成工程量约六千万元。2005年上海市已经编制了地方标准型钢水泥土搅拌墙技术规程(DGJ08-116-2005 ),2010年中华人民共和国住房和城乡建设部发布了行业标准型钢水泥上搅拌墙技术规程(JGJ/T199-2010 )，使我国对SMW工法的设计施工有了新的依据，摆脱了以前全面照搬日本的相关理论与规范的局限性。根据我国目前国情，应用推广 SMW工法还存在以下一些困难:首先，我国机械水平相对较低，施工机具的滞后制约了新技术的发
8、展和应用，施工机具及其配套设施包括减摩剂等大多都依赖日本进口；其次，该工法所选型钢截面较大，自重较重，需用大型吊车和压桩机进行施工，费用较为昂贵；自制型钢的焊接加工工艺要求较高，否则不利于型钢的回收；大型机械的协同工作给施工管理带来难度等。因此，我们应立足于消化吸收引进的先进设备、技术，开发适合国情的施工专用配套设备，完善施工技术，以提高施工质量和效率；通过更多的工程实例，完善SMW工法的设计计算理论和设计规范，从而使SMW工法得到广泛地发展应用。2 SMW工法的优越性 SMW工法桩是把水泥土的止水性和芯材的高强度特性有效地组合而成的一种抗渗性好、刚度高、经济的基坑支护结构，同其它支护形式相比
9、，有以下特点: (1)占地面积小，对周围地层影响小 与钻孔灌注桩、地下连续墙等传统支护形式不同，SMW工法桩是直接把水泥类悬浊液就地与切碎的土砂混合，不需要开槽或钻孔，所以也就不存在孔(槽)壁坍塌现象，故不会造成邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损或地下设施破坏等危害。H型钢插入水泥土桩中，二者结合为一体，占地面积小，从而解决了施工场地狭窄的难题。 (2)抗渗性好 SMW工法桩施工机械的搅拌头一般为双螺旋钻头，优点是可以使土体的搅拌次数增加，搅拌更加均匀。搅拌的同时注入高压空气，使搅拌更加充分，将水泥液均匀掺入土体中，同时置换出大量的原状土。由于钻削与搅拌反复进行，使水泥浆液与土得以充分混合形成较
10、均匀的水泥土，相邻搅拌桩之间完全搭接无接缝，与传统的支护形式相比具有更好的止水性，水泥土渗透系数很小，达10-7-10-8cm/sec。 (3)支护体系安全可靠 SMW工法在设计计算时仅考虑了H型钢的刚度和强度，而将水泥土的强度和刚度作为基坑支护体系中的安全储备，虽然不是很经济，但可有效保证支护结构的安全性。验算抗倾覆也仅计算H型钢，其刚度比同规格桩径的其他类型桩要高许多。 (4)技术经济指标好 SMW工法的主要消耗材料是水泥类悬浊液和H型钢，在基坑施工完毕，主体结构建到地面标高以上，SMW工法支护体系完成使命，且基坑回填夯实后，使用专用起拔机械，回收H型钢，在地下仅留有水泥搅拌桩，节省投资，
11、故工程施工成本比其他支护型式相对较低。H型钢可回收重复利用，故可节约资源。 (5)施工噪音小、无振动、工期短 SMW工法技术采用一喷一搅的施工工艺，H型制时击入为自由落体，成桩速度快，墙体构造简单，施工效率高，与传统支护形式相比，省去了挖槽、安放钢筋笼等工序，工期可缩短近一半。 (6)废土产量少、无泥浆污染 水泥浆液与土混合不会产生废泥浆，无需回收处理泥浆，在施工前一般先做废土基槽，这样就减少了废水泥土的渗流污染，施工中产生的少量废水泥土经处理还可以作为铺设场地道路的材料，达到降低造价，消除建筑垃圾公害的目的。 (7)大壁厚、大深度 搅拌桩成墙厚度在550-3000 mm之间，最大深度可达几十
12、米，视地质条件尚可施工更深，而且成孔垂直精度高，安全性大。 (8)适用土质范围广 SMW工法采用多轴螺旋钻机施工，适用于从软弱地层到砂、砂砾地层及直径100 mm以上的卵石，甚至风化岩层等各类土层。如果采用预削孔方法还可适用于硬质地层或单轴抗压强度60MPa以下的岩层。3 SMW工法的设计理论3.1 型钢水泥桩的受力分析型钢桩是在水泥土搅拌桩中插入H型钢构成的，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比水。根据参考文献上的试
13、验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用。此外，水泥土起到套箍作用，可以防比型钢失稳，对H型钢还可以防比翼缘失稳，这样可使翼缘厚度减小到很薄。日本材料协会曾进行过H型钢与水泥土共同作用的试验研究。试件在现场养护70 d后进行压弯试验，为了对比，同时用相同尺寸的H型钢进行压弯试验，对比得出，在同样的荷载作用下水泥土与H型钢的组合体挠度要小一些，其抗弯刚度比相应同等型号H型钢的刚度大20%。3.2 水泥土配合比的确定用水泥作固化时，水泥与水反应生成水化生成物，再与黏土矿物反应，从而胶结了黏土颗粒形成强度较高的水泥土。所用水泥和外掺剂的掺入量必须在现场做试验以取得最优配合
14、比。3.3 入土深度的确定型钢与水泥土搅拌桩都需要插入土中，需要确定入土深度。(1)型钢入土深度的确定为了基坑施工结束后型钢能顺利回收，一般型钢的入土深度可比水泥土搅拌桩的入土深度小一些。型钢的入土深度主要由基坑的抗隆起稳定性和挡土墙的内力、变位不超过允许值，以及能顺利拔出等条件决定。在进行挡墙结构内力、变位和基坑抗隆起稳定分析时，挡墙结构的深度仅计算至型钢底端，不计型钢底而以下那部分水泥土搅拌桩对抗弯、抗隆起的作用。(2) 水泥土搅拌桩入土深度的确定在SMW工法中水泥土搅拌桩的入土深度主要由3方而条件决定:1）确保坑内降水不影响到基坑外环境；2）防比管涌发生；3）防比底鼓发生。3.4 截面形
15、式的确定日本有关资料介绍的SMW挡墙截而形式基本上是单排型钢“全位布置方式，结合我国的情况，在地下水丰富且渗透系数大的地区因止水需要，水泥土搅拌桩有时也需做成双排形式。4 SMW工法施工流程SMW工法的施工流程大致为：导沟开挖置放导轨设定施工标志SMW搅拌桩施工置放应力补强材(H型钢)固定应力补强材施工完成SMW。4.1 导沟开挖开挖导向沟槽，导沟一般宽0.8-1.0m,深0.6-1.0m。导沟放样以设计图中SMW围护体的中心线为导沟的中心线，在导沟的两侧设置可以复原导沟中心线的标桩，以便在己经开挖好导沟的情况下，也能随时检查导沟的走向中心线。开挖导沟时，应清除地下浅埋障碍物。开挖导沟的余上应
16、及时处理，以保证SMW工法正常施工。4.2 置放导轨导轨主要用于施工导向与型钢定位。垂直沟槽方向放置两根定位型钢，规格为200200，长度2.5m，再在平行沟槽方向放置两根定位型钢规格为300300，长约8-12m。H型钢定位采用型钢定位卡(具体位置视实际情况定)。4.3 设定施工标志根据设计的型钢间距，设定施工标志。在沟槽两侧定位型钢上用红色油漆做好标记，保证搅拌桩每次准确定位3.4 搅拌桩施工SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机。三轴搅拌桩的搭接以及成形搅拌桩的垂直度补正是依靠搅拌桩桩孔重复套钻来实现的，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。常用的套钻连接方式为跳槽式双孔复搅式连接。4.5 插入型钢型钢
