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1、主讲人：李象范,SMW工法设计、施工与工程应用,引 言,目前，随着城市地铁、越江隧道、引水隧道、地下工厂、地下民用设施、地下军用设施、高层建筑地下室等工程的建设，城市地下空间开发的高潮即将到来，在场地狭小、建筑密集、管线众多等复杂条件下进行深基坑设计和施工，是广大土木工程技术人员所面临的紧迫而又艰巨的课题。,基坑围护结构形式,基本概念 起源发展 优、缺点 设计要点,SMW工法设计、施工与工程应用,施工要点 工程应用 研究进展 问题分析,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
2、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0.50.7（软土地区），SMW工法搅拌桩水灰比在 1.52.0；第五，搅拌桩搅拌时不排土，挤土较大，而 SMW工
3、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8.65m，桩长18m），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
4、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
5、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,5、内力计算,SMW工法挡墙计算模式与壁式地下墙类似，考虑水土压力全部由H型钢承担，水泥土搅拌桩只起止水作用，具体计算步骤为： （1）按刚度等效原则计算壁式地下墙折算厚度；,分两种情况： 考虑刚度提高 不考虑刚度提高,劲性桩等刚度壁式地下墙厚度折算示意图,（2）按按等效厚度的混凝土壁式地下墙，计算出 每延米墙的内力与位移； （3）换算得到每根型钢承受的内力和位移；,6、强度验算,（1）抗弯验算 考虑弯矩全部由型钢承担验算强度；
6、 （2）抗剪验算 分两部分： 型钢抗剪验算 水泥土局部抗剪验算,型钢与水泥土之间错动 剪应力示意图,7、型钢抗拔验算,为保证型钢顺利回收，需进行抗拔验算，最好进行现场试验确定型钢最大抗拔力。,8、型钢底端水泥土强度校核,型钢底端截面为一变刚度截面，须校核水泥土的抗剪切强度。,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SM
7、W5000系列机型，整机高度只有5m。,日本SMW工法施工机械,850SMW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,550SMW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
8、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28m，成墙速度达 40m3/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650mm和850mm。,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
9、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,建筑及土木工程之地下挡土墙； 防渗止水墙（水坝、污水池等）； 软土地基加固。,工程应用主要范围,六、SMW工法的工程应用,1999年，SMW围护桩被建
10、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 8.65m，桩长18m），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3000m2 ，开挖深度为8.65m，围护结构采用三排水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径700mm，搅拌桩的中心间距为500mm，内插型钢 H800400，翼缘和腹板厚度均为10mm，H型钢长13.6m，间距1000mm。支撑体系采用一道钢筋混
11、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3cm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5.5m，深坑7.10m，采用SMW工法三轴水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径为850mm，内插H700300型钢，H型钢长15m、11m，中心间距1200mm。支撑体系采用钢筋砼围檩(局部钢围檩) 加一道H700300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
12、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850 三轴SMW工法桩、H7003001324mm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30m；,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42m）,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（
13、深34m）,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1中的
14、 效果要比用在淤泥质粉质粘土1、 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1.52.0之间； 3. 垂直度控制1/1501/200； 4. 搅拌下沉速度不大于1m/min，提升速度不大 于2m/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650mm 工法桩适用于78m基坑， 850mm工法桩适用10m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M
