smw工法桩施工方法

SMW工法桩施工工法SMW工法桩施工工法中国能源建设集团江苏省电力建设第一工程公司陆云鹏朱嵘嵘吴雄1前言目前各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，一些基坑可直接开挖或放坡开挖，但当基坑深度较深，周围场地又不宽时，一般都采用基坑支护，过去支护比较简单，也就是钢板桩加井点降水，一般能满足基坑安全施工，而对于深基坑已不能满足要求，近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，主要有深层搅拌支护、排桩支护、地下连续墙支护、土钉支护等。其中SMW工法连续墙于1976年在日本问世，随后便得到了大力推广应用，SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分，此外还研制了其他一些机型，主要用于城市高架桥下等施工，空间受限制的场合，海底筑墙，和软弱地基加固。特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑。此项围护工法一般都能通过一定施工措施回收H型钢等抗弯材料降低施工成本；因而具有较大发展前景。2工法特点2.1、对周边环境影响小。施工对邻近土体扰动较小,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；SMW工法施工占用场地仅为其它施工方法的60%～80%，有利于保护周边的建筑、道路及空中、地下管线;同时残士及泥浆量小比较容易处理，有利于保护环境卫生。2.2、成桩质量可靠。目前SMW工法采用的三轴搅拌钻机为中空叶片螺旋式钻机，在钻进土体的同时置换出大量的原状土。同时利用高压空气压入水泥浆使水泥土得到充分搅拌，使得桩体无分层夹泥现象。桩体中插入型钢后,型钢与水泥紧密结合增加了型钢翼缘厚度,使桩体强度大大增加。2.3、连续施工防水效果好。SMW工法钻机的钻杆具有螺旋翼与搅拌翼相间设置的特色，随着钻掘与搅拌反复进行，可使水泥浆与土体得到充分均匀的搅拌，且水泥掺入量高，水灰比大，墙体全长无接缝，这样一方面使得形成的水泥土墙具有较高的抗压、抗剪强度，另一方面可使它比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K可达8×107cm/s。2.4、工程造价低，施工进度快。一方面搅拌桩的水泥使用量远低于其它围护施工方法，另一方面SMW工法每台班可成桩390m以上，一般情况下施工周期可缩短30%左右，在压缩工期的SMW工法桩施工工法同时节约了人工费，所以可大大减少投资。2.5、它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。2.6、可成墙厚度550～1300mm，常用厚度600mm；成墙最大深度目前为65m，视地质条件尚可施工至更深。2.7、所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一台班可成墙70～80m2。2.8、废土外运量远比其他工法为少，无废弃泥浆，对环境污染小。2.9、耗用水泥钢材少，造价低。特别是H型钢能够回收，成本大大降低。有资料分析，SMW工法的成本一般为地下连续墙的70%左右，若考虑型钢回收，则成本可再下降20%～30%。3适用范围SMW工法以水泥土搅拌桩法为基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用该工法，特别适合于以黏土和粉细砂为主的松软土层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。3.1高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。3.2当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时，对淤泥和泥炭土以及已有建筑物的湿陷性黄土地基的加固，应根据现场试验结果确定其适用程度。应通过高压喷射注浆试验确定其适用性和技术参数。3.3高压喷射注浆法，对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层，地下水流速过大和已涌水的地基工程，地下水具有侵蚀性，应慎重使用。3.4高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。4工艺原理SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，充分利用水泥土挡土墙的高止水性及复合土钉墙支护具有的强度，通过二者的复合作用，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。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程SMW工法桩施工工法5.2操作要点SMW工法桩施工步骤见下图：导轨横撑（）置放型钢（或其他加劲材料）吊架导轨导轨横撑型钢固定型钢标志废土挖掘机倾卸车浇筑钢筋混凝土钻掘搅拌机钻掘搅拌；重复搅拌；上提时搅拌型钢回收现场查勘，清除地下障碍物，平整场地根据设计图纸测量定位，设置导向桩保证墙体水平精度确定施工位置开挖导向沟设置导向架与定位型钢搅拌机就位成墙钻进及搅拌插入芯材与固定墙体硬化墙顶设置圈梁取样强度测定弃土处理压浆注入水泥浆配置(搅拌站设立及注入泵就位)SMW工法桩施工工法导轨导轨横撑（）置放导轨导购开挖确定是否有障碍物及做水泥沟3.设定施工标志标志导轨导轨横撑（）置放导轨钻掘搅拌机钻掘搅拌程序钻掘及固定型钢标志3.设定施工标志导沟开挖确定是否有障碍物及做水泥沟5.2.1开挖导沟、设置定位型钢在沿SMW墙体使用挖掘机在搅拌桩桩位上预先开挖沟槽，沟槽宽约1.2m，深1.5m（作用是：1、施工导向，2、临时堆放置换出来的残土和泥浆）,并设置定位型钢。如果做导墙：施工方法和地连墙导墙施工方法一样；如果采用型钢：垂直沟槽方向放置两根H型定位型钢，规格为200×200mm，长约2.5m，再在平行沟槽方向放置两根H型定位型钢，规格为300×300mm，长约8~12m。并在导墙或型钢上面做好桩心位置。5.2.2桩机就位1桩机平面位置控制用卷扬机和人力移动搅拌机到达作业位置，使钻杆中心对准桩位中心。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前仔细观察现场情况，保证移位平稳、安全。桩位偏差不得大于30mm。2垂直度控制在桩架上焊接一半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤线正好通过铁圈中心。每次施工前适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在3‰以内。3桩长控制标记施工前在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，SMW工法桩施工工法做好新标记。5.3搅拌施工顺序SMW工法施工按连接方式分间隔式双孔全套复搅式连接和单侧挤压式连接方式两种（如下图），其中阴影部分为重复套钻，以保证墙体的连续性和接头的施工质量，水泥搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。5.3.1间隔式双孔全套复搅式连接，一般情况下均采用图1施工顺序方式进行施工。方式一：施工顺序1施工顺序2施工顺序4施工顺序3施工顺序5SMW工法桩间隔式双孔全套复搅式施工顺序示意图5.3.2单侧挤压式连接方式：对于围护桩转角处或有施工间断情况下采用图2施工顺序进行施工。施工顺序3施工顺序1施工顺序5方式二：施工顺序2施工顺序4SMW工法桩单侧挤压式施工顺序示意图5.4预搅下沉待搅拌桩机钻杆下沉到SMW桩的设计桩顶标高时，开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按1m/min的速度下沉搅拌头，边注浆（注浆泵出口压力控制在0.4-0.6Mpa）、边搅拌、边下沉，使水泥浆和原地基土充分拌和，通过观测钻杆上桩长标记，待达到桩底设计标高。下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不大于70A。(如下图)SMW工法桩施工工法5.5制备水泥浆待钻掘搅拌机下沉时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，拌制水泥浆液的水、水泥和外加剂用量以及泵送浆液的时间由专人记录。SMW工法桩施工工法5.6喷浆搅拌提升钻掘搅拌机下沉到设计深度后，稍上提10cm，再开启灰浆泵，边喷浆、边旋转搅拌钻头，泵送必须连续。同时严格按照设计确定的提升速度提升钻掘搅拌机，喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。5.7重复搅拌下沉和提升至孔口为使土体和水泥浆充分搅拌均匀，要重复上下搅拌，但要留一部分浆液在第二次上提复搅时灌入，最终完成一根均匀性较好的水泥土搅拌桩。SMW桩主要施工技术参数见下表。SMW桩主要技术参数表序号项目技术指标1水泥掺量不小于20%2下沉速度0.8~1.0m/min3提升速度2.0m/min4搅拌转速30~50rod/min5浆液流量40L/min5.8桩机移位将深层搅拌机移位，重复（5.1~5.6）步骤，进行下一根桩的施工。5.9减模剂的调制、涂抹及保护H型钢的减摩，是H型钢插入、顶拔顺利进行的关键工序。减摩剂要严格按试验配合比及操作方法并结合环境温度制备，将减摩剂均匀涂抹到型钢表面2遍以上，厚度控制在3mm左右，SMW工法桩施工工法型钢表面不能有油污、老锈或块状锈斑。涂完减摩剂的型钢在吊运过程中应避免变形过大和碰撞受损。若插入桩体前发现上述情况，应及时补涂。在施工过程中特别注意以下几点：5.9.1清除H型钢表面的的污垢和铁锈。5.9.2用电热棒将减摩剂加热至完全熔化，搅拌均匀，方可涂敷于H型钢表面，否则减摩剂涂层不均匀容易产生剥落。5.9.3如遇雨雪天，型钢表面潮湿，应事先用抹布擦去型钢表面积水，待型钢干燥后方可涂刷减摩剂。5.9.4型钢表面涂刷完减摩剂后若出现剥落现象应及时重新涂刷。5.10插入型钢在插入型钢前，安装由型钢组合而成的导向轨，其边扣用橡胶皮包帖，以保证型钢能较垂直地插入桩体并减少表面减摩剂的受损。每搅拌1~2根桩，便及时将型钢插入，停止搅拌至插桩时间控制在30min内，不能超过1h。现场还要准备锤压机具，以备型钢依靠自重难以插入到位时使用。型钢水泥土搅拌墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算和设计图纸确定，常用的型钢布置型式有“密插、插二跳一和插一跳一”三种，如下图所示:SMW工法桩施工工法搅拌桩和内插型钢的平面布置如果不采用筒靴下插定位型钢，安装型钢定位卡（如下图）槽沟定位型钢型钢定位卡1000800型钢的起吊和下插5.10.1型钢起吊前在型钢顶端150mm处开一中心圆孔，孔径约100mm，装好吊具和固定钩，根据引设的高程控制点及现场定位型钢标高选择合理的吊筋长度及焊接点。5.10.2型钢用两台吊车合吊，以保证型钢在起吊过程中不变形。吊车起吊吨位根据计算确定（以25T和16T为例），吊点位置和数目按正负弯矩相等的原则计算确定，在型钢离地面一定高度后，再由25T吊垂直起吊，16T的汽车吊水平送吊，成竖直方向后，用25T吊车一次进行起吊垂直就位，型钢定位卡牢固、水平，将H型钢底部中心对准桩位中心沿定位卡靠自重垂直SMW工法桩施工工法插入水泥搅拌桩内。在孔口设定向装置，当型钢插到设计标高时，用φ8吊筋将型钢固定。当H型钢不能靠自重完全下插到位时，采取SMW钻管头部，静压或采用振动锤进行振压。H型钢留置长度为高出顶圈梁500mm，以便型钢回收时拔出。H型钢3、H型钢固定吊钩Φ8钢筋H型钢槽钢水泥土搅拌桩定位型钢1、H型钢吊放4、H型钢成型水泥土搅拌桩定位型钢定位卡H型钢2、H型钢定位吊钩图3：H型钢成桩步骤SMW工法桩施工工法5.11清洗向集料斗中注入适量的清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残余的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。5.12型钢回收在SMW工法桩施工施工中，型钢的造价通常约占总造价的40％~50％。要保证型钢顺利拔出回收，其施工要点如下：5.12.1在围护结构完成使用功能后，由总包方或监理方书面通知进场拔除。并根据基坑周围的基础形式及其标高，对型钢拔出的区块和顺序进行合理划分。具体作法是：先拔较远处型钢，后拔紧靠基础的型钢；先短边后长边的顺序对称拔出型钢。5.12.2用振动拔桩机夹住型钢顶端进行振动，待其与搅拌桩体脱开后，边振