SMW工法研究分解.doc

型钢水泥墙支护摘要 随着我国经济发展，地上空间的发展逐渐趋向与地下空间。大规模高层建筑地下室、地下商场、地下停车场、地铁车站等都面临着深基坑工程，随着基坑面积的加深面积的加大，环境保护的要求越来越高，一种新型的深基坑支护技术，型钢水泥墙支护应运而生 。 型钢水泥墙支护又称为工法，是基于深层搅拌桩施工工艺发展起来的，目前在建筑业地基基础施工中属于先进的技术。这种结构充分发挥了水泥土和型钢的力学特性，具有高强度、刚度好、隔水性强、对周围环境影响、噪音小、施工过程中无污染、节能环保等特点。目前该技术在我国上海、浙江、江苏、福建等沿海地域应用比较普遍，但尚未在全国范围内广泛使用。构造及适用范围 工法是一种连续套接的三轴水泥土搅拌装内插入型钢形成的复合挡土隔水结构。即利用专门的三轴搅拌钻机在原地层钻进切削土体，同时在钻头端部低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌均匀，水泥、土体和水一起搅拌后的混合物的固体结构称为水泥土，随着灰结合反应的持续，水泥土的强度得以稳定提高，可达到，渗透系数可达到，通过持续的重叠搭接施工，在水泥土浆液尚未硬化前将H型钢插入搅拌桩内形成地相爱连续墙，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。 工法的适用范围非常广，凡是能够施工三轴水泥土搅拌桩的场地都可以考虑工法，从粘性土到砂性土，从软弱的淤泥和淤泥质土到较硬较密实的砂性土，甚至在含有砂卵石的地层中经过适当的处理都能进行施工。 工法的构造要求主要有以下7点。1. 型钢水泥土搅拌墙中的搅拌桩应符合以下规定： 1）当搅拌桩达到设计强度，且龄期不超过后方可进行基坑开挖。当工期紧张等情况下无法满足水泥土搅拌墙龄期达到的要求时，可通过加早强剂等特殊措施保证水泥土搅拌墙在土方开挖时的强度满足设计要求。 2）搅拌桩的入土深度宜比型钢的插入深度深。 3）搅拌桩体的垂直度不大于。2. 型钢的选用 型钢水泥土搅拌墙是水泥土与型钢等劲性芯材的组合结构，芯材宜采用型钢等抗弯强度较高的劲性材料。工程中常采用、的标准型钢。型钢截面型号宜按下列规定选用： 1）当搅拌桩直径为时，内插型钢截面宜采用； 2）当搅拌桩直径为时，内插型钢截面宜采用； 3）当搅拌桩直径为时，内插型钢截面宜采用、。3. 型钢水泥土搅拌墙中内插型钢应符合下列规定： 1）内插型钢的垂直度不应大于。 2）当型钢采用钢板焊接而成时，应按照现行行业标准焊接型钢 的有关要求焊接成型。 3）型钢宜采用整钢：当需要采用分段焊接时，应采用坡口焊等强焊接。对接焊缝的坡口形式和要求应符合现行行业标准建筑钢结构焊接技术规程的有关规定，焊缝质量等级不应低于二级。单根型钢中焊接接不宜超过个，焊接接头的位置应避免设在支撑位置或开挖面附件等型钢受力较大处；相邻型钢的接竖向位置宜相互错开，错开距离不宜小于，且型钢接头距离基坑底面不宜小于。 4）对于周边环境条件要求较高，桩身在粉土、砂性土等透水性较强的土层中或对搅拌桩抗裂和抗渗要求较高时，宜增加型钢插入密度。 5）型钢水泥土搅拌墙的转角处由于水、土侧压力作用受力集中，变形较大，宜插型钢增强墙体刚度，转角处的型钢宜按照基坑边线角平分线方向插入。 6）除环境条件有特殊要求外，内插型钢宜预先采取减摩措施，方便基础工程完成后的型钢拔除。4. 冠梁的设置 型钢水泥土搅拌墙的顶部应设置封闭的钢筋混凝土冠梁。在板式支护体系中，冠梁对提高围护体系的整体性，并使围护桩和支撑系统形成共同受力的稳定结构体系具有重要作用。当采用型钢水泥土搅拌墙时，由于桩身由两种刚度相差较大的材料组成，冠梁作用的重要性更为突显。 冠梁宜与第一道支撑的腰梁合二为一。冠梁的高度和宽度应由设计计算确定，计算时应考虑型钢穿过对冠梁截面的削弱影响，同时应满足拔起型钢时的需要，并应符合下列规定： 1）冠梁截面高度不应小于，截面宽度宜比搅拌桩直径大。 2）内插型钢应锚入冠梁，冠梁主筋应避开型钢设置。型钢顶部高出冠梁顶面不应小于，型钢与冠梁间的隔离材料应采用不易压缩的材料。 3）冠梁的箍筋宜采用四肢箍，直径不宜小于，间距不应大于；在冠梁与支撑交点位置，箍筋宜适当加密。 4）为方便型钢拔除，型钢需锚入冠梁，并高出冠梁顶部一定高度。一般不应小于，同时不能高出自然地面。 5）冠梁与型钢之间采用一定的材料隔离，方便日后的拔出，所以型钢对冠梁截面的削弱作用是不能忽略的。5. 腰梁 在型钢水泥土搅拌墙基坑的支撑体系中，支撑和腰梁的连接、腰梁与型钢的连接以及钢腰梁的拼接是整体性的关键。钢支撑杆件的拼接一般应满足等强度的要求，但实际工程中钢腰梁的拼接受场地限制，很难达到要求，应在构造上对拼接方式予以加强，如附加缀板、设置加劲肋板等。6. 当基坑内支撑体系中采用竖向斜撑并需要支撑在型钢水泥土搅拌墙的冠梁上时，需考虑支撑竖向分力产生的冠梁沿型钢向上的剪力，并在内插型钢与冠梁之间设置竖向抗剪构件。7. 当型钢水泥土搅拌墙中搅拌桩桩径发生变化，或型钢插入密度发生变化，为防止其他支护结构刚度的 突变对整体支护结构受力不利，宜将较大直径的搅拌桩或型钢插入密度较大的区段做适当的延伸过度。 施工工艺 型钢水泥土搅拌墙的施工工艺是由三轴钻孔搅拌机，将一定深度范围内的地基土和钻头处喷出的水泥浆液，压缩空气进行原位均匀搅拌，在各施工单元间采取套接一孔法施工，然后在水泥土未结硬之前，将型钢插入，形成一道具有一定强度和刚度、连续完整的地下复合挡土连续墙结构。施工工艺如下：1. 测量放样，开槽挖沟；2. 设置导向、定位型钢；3. 搅拌机就位，校正复核桩机水平和垂直度；4. 伴制水泥浆液，开启空压机，把浆液送至钻头处；5. 钻头喷浆，并切割土体下沉至设计桩底标高；6. 型钢垂直起吊、定位，校核型钢垂直度；7. 依靠型钢自重插入水泥土，固定型钢；8. 循环施工步骤，直至基坑支护施工完毕；9. 残土处理，搅拌机撤出；10. 型钢顶部连接梁施工，浇筑钢筋混凝土。需要注意的是，型钢进场之间通过后，在插入水泥土之前需要涂上减摩擦材料，方便基坑工程完成后型钢的回收。桩位放样时，考虑围护结构施工误差及变形，围护桩中心线外放。钻孔搅拌桩需注意：1.搅拌桩下沉速度宜控制在，提升时速度宜控制在 并保持匀速下沉或提升。2.三轴水泥搅拌桩施工过程中严格控制水泥用量，因搁置时间过长，产生初凝的水泥土应作废浆处理，严禁使用。3.水泥土搅拌桩搭接施工的间隔时间不宜大于，当超过时，搭接施工时应放慢搅拌速度。若无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并应经设计单位认可后，在搭接处采取补救措施。4.采用三轴水泥土搅拌桩进行土体加固时，在加固深度范围以上的土层被扰动区域应采用低掺量水泥加固，控制基坑变形。5.施工时如因故停浆，应在恢复喷浆前，将搅拌机头提升或下沉后再喷浆搅拌施工。6.搅拌机头在正常情况下应上下各一次对土体进行喷浆搅拌，。对含砂量大的土层，为避免底部堆积过厚的砂层，宜在搅拌桩底部范围内上下重复喷浆搅拌一次，利于型钢的插入。7.周边环境复杂、支护要求高的基坑工程，型钢不宜收回。 在土方回填的过程中，应严格遵守分层，分段回填的原则，每层不超过，回填土料采用粉沙土，土料回填后再用水冲实，保证填方的强度和稳定性。不能选用淤泥和淤泥质土、膨胀土等不符合设计要求的土料。土料回填前，应先清除基底上的垃圾、草皮、树根等杂物，排除坑穴中积水、淤泥、耕植土等，并应将基底充分夯实和碾压密实。土方回填时，应从最低处开始，由下往上整个宽度分层铺填碾压夯实，并且尽量分层采用同类土。在型钢拔除前,必须先进行平整场地并做好顶圈梁上的清土工作，以保证千斤顶垂直平稳的放置。通病及防治工法的施工时出现的主要问题如下边所示：通病产生的原因防治措施搅拌体不均匀工艺不合理，搅拌机械操作中发生故障，造成注浆不连续供水不均匀，搅拌机械提升或沉降速度不均匀1.选择合理的工艺2.采取提高搅拌转速和降低钻进速度，边搅拌边提升等措施提高搅拌的均匀性3.单位时间的注浆量要相等，不允许注浆中断4.搅拌固化剂不能随意加水，以防改变水泥浆的水灰比，降低搅拌体强度喷浆不正常注浆泵、搅拌机出现故障喷浆口被堵住，管路中有砖块等杂物，水泥浆的水灰比和稠度不合适1.注浆泵和搅拌泵应该在施工前进行检修2.喷溅口采用逆止阀门3.喷浆应该连续作业，不得中断4.搅拌机与喷浆高压管路应该连续可靠5.选用适合的水灰比通病产生的原因防治措施型钢插入不到位水泥将稠度以及水灰比不合适；型钢轻薄，无法依靠自重下沉；钻孔偏斜，遇到巨石1.选用合适的水灰比，水泥应该采用级普通硅酸盐水泥，水泥掺入量宜为2.采用柴油垂或者振动锤将型钢插到位3.保证成孔垂直度在以上4.预钻孔H型钢难回收插入型钢形状弯曲型钢插入没有涂抹隔离剂；基坑开挖时，没有及时支撑使得型钢变形过大1.型钢插入前应该仔细检查并修正弯曲2.型钢插入前应该在表面涂抹减摩剂3.开挖是应该及时加撑，开挖结束后应该及时回填土，尽可能使得型钢两侧土压力平衡抱钻遇到硬质粘土，粘结力强，不易搅拌均匀，搅拌过程中常常出现抱钻，有些土层虽然容易搅拌均匀，但是其上部土层压力较大持浆能力不好，容易出现冒浆1.搅拌头沉入前，应该在桩位注水，使得搅拌头表面湿润2.地表为软土时可以加入适当的砂子，改变土的黏度，防止抱钻3.选择适合的搅拌工艺，遇到硬土时应该采用输水搅动，输浆拌和、搅拌工艺，并适当提高钻机钻速，降低钻进速度断桩压浆阶段输浆管道堵塞，发生断浆立即停泵处理，待处理后立即把搅拌钻具上提或下沉后方能继续注浆，等恢复向上提升搅拌钻孔倾斜1.桩架不稳；桩杆不垂直2.土层软硬不均匀；遇到大孤石1.桩架下的土基密度、平整、保证桩架平稳2.对桩杆进行垂直校正3.预钻孔漏水水泥土的不良固结1.挖掉不良部分，用硬搅拌水泥土或水泥浆置换填充2.贴钢板并填充砂浆冷缝桩体施工自开始至结束，由于施工间隔时间长，起点桩水泥超过初凝时间1.围护桩达到一定强度后在冷缝处围护桩外侧补素桩，素桩与围护桩搭接厚度约2.无法采取素桩补救，则在围护桩达到一定强度后，采用高压旋喷桩在外围进行旋喷加固施工监测为了确保工程安全顺利地进行，在基坑开挖及结构构筑期间必须进行严密的施工监测，因为不论是安全还是隐患状态都会在数据上有所反映。从某种意义上来说施工监测也可以说是一次岩石工程实验，所取得的数据是基坑支护结构和周围地层在施工过程中的真实反映，是各种复杂因素影响下的综合表现。开挖深度超过、或开挖深度未超过，但现场地质情况和周围环境比较复杂的基坑工程均应实施基坑工程监测。监测项目：基坑监测的内容分为两大部分，即基坑本体监测和周边环境监测。基坑本体中包括围护桩墙、支撑、锚杆、土钉、坑内立柱、坑内土层、地下水等；周边环境中包括地层、地下管线、周边建筑物、周边道路。基坑工程的监测项目应与基坑工程设计、施工方案相匹配。应针对监测对象的关键部位，做到重点监测、项目配套并形成有效的、完整的监测系统。现象观测;1. 支护结构成型质量；2. 冠梁、围檩、支撑有无裂缝出现；3. 支撑、立柱有无较大变形；4. 止水帷幕有无开裂、渗漏；5. 墙后土体有无裂缝、沉陷级滑移；6. 基坑有无涌土、流砂、管涌；7. 周边管道有无破损、泄漏情况；8. 周边建筑有无新增裂缝出现；9. 周边道路有无裂缝、沉陷；10. 邻近基坑级建筑的施工变化情况；11. 开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；12. 基坑开挖分段长度。分层厚度及支锚设置是否与设计要求一致；13. 场地地表水、地下水排放情况是否正常，基坑降水、回灌设施是否正常运作；14. 基坑周边地面有无超载。工法的主要施工监测项目有以下几个;1. 桩顶位移2. 围护水平位移3. 立柱竖向位移4. 支撑轴力5. 坑底隆起6. 围护墙侧向土压力7. 孔隙水压力8. 地下水位9. 建筑物的变形监测 1）建筑物的沉降监测 2）建筑物的倾斜观测 10.周边管线监测SMW工法案例1. 工程概况某工程位于钱江新城核心区，临街建筑，形状为 三角形区块，总建筑面积( 其中地下室建筑面积 ) ，框剪结构，主体建筑 幢 层高层， 幢 层为配套用房，地下室 层，建筑物最高为，基坑开挖深度分别为、，局部深坑开挖深度为，坑底位于 63 圆砾持力层大于等于处。2. 场内工程地质条件岩土工程勘察报告显示，拟建场地表层主要为第四纪钱塘江河漫滩相沉积，分布有多的砂性土层，中部为浅海相沉积淤泥质土质，中下部为海陆交互沉积的黏性土层夹砂性土层，下部为陆相沉积的砂砾石层，第四纪覆盖厚达，基底为白垩纪的泥质粉砂层和砂砾层。在地表向下勘探范围内，场内工程地质可划分为7层12个压层。各土层物理力学指标见表 1。表1 各土层物理力学指标层序岩土名称含水量土的重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数粘聚力内摩擦r / ( kN /m3 )角 /w0 /%e0 /%w1 /%wp /%IpIlC /kPa1 0a杂填土1 0b素填土1 2a粘质粉土29 319 130 82131 624 27 229 31 2b砂质粉土27 719 390 77329 723 06 132 01 2c砂质粉土28 419 350 78630 323 56 432 32 2b粉砂25 819 590 71329 523 65 833 02 2c粘质粉土28 519 310 78930 824 06 532 13 2a淤泥质粉质黏土36 218 321 02332 018 213 81 2815 713 14 1b黏土28 619 390 82239 721 118 70 40451 216 95 1粉质黏土25 719 800 72931 317 913 40 59127 825 25 3粉砂22 320 030 6265 834 53. 基坑围护及降水设计本工程由于场地狭小，位于临街地段，故基坑支护设计采用以下方案: 基坑分两个施工阶段进行施工，第一阶段为轴、轴，第二阶段为轴。基坑第一施工阶段围护的支撑结构采用排三轴水泥搅拌桩（内插型钢），桩长，加一道钢筋混凝土内支撑（角撑）和一道钢支撑，部分采用素混凝土放坡，厚，三轴水泥搅拌桩兼作水帷幕。待第一阶段地下室施工完毕后，拔出第一施工阶段的东西两侧型钢后，开始第二阶段的基坑施工。第二阶段南北两侧仍采用工法桩结合一道钢支撑支护施工。基坑平面布置图1图 1基坑平面布置图4. 施工技术4.1施工工艺施工顺序如图2所示图 2 SMW工法施工顺序4.2施工技术要点 4.2.1 测量放线 根据座标基准点，按设计图放出桩位，并设临时控制桩，经复核无误后才能使用。 4.2.2 开挖导沟及放置定位型钢 采用挖掘机开挖沟槽，并人工清理沟槽内土体，为确保桩位以及安装 H 型钢提供导向装置，在沟槽旁边沿纵向打入5 m长 10#槽钢( 间距3 m) 作为固定支点，垂直沟槽方向放置两根200 mm 200 mm工字钢与支点焊接，平行沟槽方向放置两根300 mm 300 mm工字钢与 下面的工字钢焊接，定位型钢上设桩位标志。导沟与定位型钢型式见图 3图 3导沟与定位型钢型示意图4.2.3 搅拌机就位 根据定位型钢上的桩位标志进行桩机定位，定位后桩机应平稳、平正，并用经纬仪检查其垂直度。 4.2.4搅拌及注浆速度 (1) 三轴搅拌机在钻进 和提升过程中应注入水泥浆液，同时严格控制下沉 和提升速度，一般下沉速度为 提升为，在桩底部分重复搅拌注浆，并做好原始 记录;(2) 在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近 搭建 水泥库，在开机前进行水泥浆液的搅拌， 水泥浆液的水灰比为 ，每立方米水泥土水 泥用量为，膨润土为 ，注浆压力为。4.2.5 成桩在桩体施作顺序中采用套打施工，施工步骤: 先施作跳桩孔，搅拌成桩，然后进行夹桩的钻孔、搅拌、成桩。夹桩的施作时间应在两边桩施作完内进行，以保证咬合部分的浆体易于切削。搅拌机在下沉过程和提升过程中注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度。4.2.6 H 型钢安放型钢必须在搅拌桩施工完毕后内插入，用吊机起吊型钢，靠型钢自重插入，型钢上涂减摩擦材料，减少阻力，保证其完整回收。型钢 应平直、光滑、无弯曲、无扭曲，在孔口设定向装置。4.2.7 H 型钢固定当型钢插到设计标高时，用10 吊筋将型钢固定。溢出的水泥土必须进行处 理，控制到设计顶标高,才可进行下道工序施工。4.2.8型钢成型 待水泥搅拌桩达到一定硬化 时间后，将吊筋以及沟槽定位卡撤除。为确保桩身 强度和均匀性，施工过程中要求做到:(1) 严格按设计要求配置浆液; (2) 土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，使原状土充分破碎以有利于同水泥浆均匀拌和; (3) 浆液不能发生离析，水泥浆液严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，注浆前必须搅拌再倒入存浆桶;(4) 压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层; (5) 发生管道堵塞，立即停泵处理，待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉 后方能注浆， 等恢复向上提升搅拌，以防断桩。4.2.9型钢回收 当地下室结构完成且地下结 构防水及围护与地下室外墙的空隙回填密实后才可进行 H 型钢回收，以确保型钢的顺利回收。由于型 钢上涂减摩擦材料，型钢的抗拔力降低。由于围护结构变形导致型钢扭曲使型钢很难拔出。确保搅拌桩