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SMW工法设计、施工要点

 2016-01-12    来源:中国桩工机械网   浏览次数:1578
 导读:本文讲述SMW工法的基本概念,优、缺点,设计要点,施工要点,工程应用,研究进展,问题分析。

▲H型钢满堂设置SMW工法连续墙示意图

 

一、SMW工法桩与搅拌桩的不同

SMW工法桩由搅拌桩发展而来,但两者不同。

▲SMW工法连续墙成墙示意图

 

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0.5~0.7(软土地区),SMW工法搅拌桩水灰比在1.5~2.0;

第五,搅拌桩搅拌时不排土,挤土较大,而SMW工法搅拌桩搅拌时有少量排土,挤土较小。

 

二、SMW工法的优缺点

优点:1、施工扰动小;2、无泥浆污染;3、振动噪声小;4、止水性能好;5、适用范围广;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。

 

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。

 

三、SMW工法的设计要点

以SMW工法桩用于地下挡墙为例。


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。
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。
4、截面形式的确定
H型钢设置形式

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;
(2)抗剪验算
分两部分:
型钢抗剪验算;水泥土局部抗剪验算

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。

 

四、SMW工法施工要点
1、施工工艺

▲SMW工法工艺流程图

 

2、施工要点

(1)需开挖沟槽接收返流浆液,设置固定架固定H型钢;
(2)需合理确定下行钻进时和上行提升时水泥浆的灌入量;
(3)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;
(4)控制水泥土搅拌桩和H型钢的垂直度;
(5)需采取合理措施保证H型钢能够顺利回收。


3、施工质量保证措施
(1)保证水泥、钢材质量,严格钢材加工质量检查;
(2)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;
(3)保证桩机平稳,做到固定端正,桩架垂直;
(4)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;
(5)控制钻管下钻、提升的速度,严防断桩、空桩;
(6)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

五、SMW工法的工程应用

工程应用主要范围
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。


工程应用实例
(1)“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H800×400,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凝土支撑,坑内进行注浆加固。

SMW工法施工成绩
(1)墙体水平位移控制在3cm以内;
(2)H型钢最大设计弯矩为设计值的80%;
(3)围护结构造价比地下连续墙节约40%;
(4)围护结构施工工期缩短1/3。

 

六、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⑤1中的效果要比用在淤泥质粉质粘土③1、④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。
高精度地下连续墙的建造(TRD工法)

 

七、SMW工法存在的问题
有些工程应用中出现渗漏、变形过大、地面沉降、型钢无法拔起、甚至发生基坑坍塌的主要原因有:
(1)水泥土中水泥掺量不够,或者没有区别对待不同的土层;
(2)泥浆夜的配合比不当,浆液浓度过小,H型钢易发生倾斜或位移,浓度过大,则型钢插入困难;
(3)水泥土搅拌过程中下沉或提升速度过快,造成搅拌不均匀;
(4)水泥土搅拌桩搭接厚度不够;
(5)水泥土搅拌桩或H型钢垂直度未达到设计要求;
(6)水泥土养护时间未到即进行开挖,强度不够;
(7)施工过程中出现间断,造成施工冷缝;
(8)基坑开挖时支撑设置不及时;
(9)H型钢表面减阻剂涂抹不均匀;
(10)型钢拔出后的空隙未及时回填;
(11)施工队伍素质良莠不齐。





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