SMW工法基坑支护施工介绍

1SMW工法基坑支护施工介绍1.前言近年来，随着我国经济和城市建设的发展,地下工程愈来众多，开发和利用地下空间的要求日显重要。在公用工程和房建工程中大量深基坑工程的出现，促进了基坑支护设计计算理论的提高和施工工艺的发展。SMW基坑支护工法是一种新型的基坑支护技术，也称柱列式水泥搅拌土连续墙支护工法。该工法于1976年在日本问世，并得到很大推广，广泛应用于城市下穿隧道工程、共用管沟工程、地铁以及各类高层建筑的深基坑开挖支护工程等。最近数年，SMW基坑支护工法在昆明市得到了应用并在市政建设工程中,如城市下穿隧道、共用管沟等工程中得到使用。2.工法特点2.1地下支护墙体施工过程中不扰动邻近土体，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。2.2在基坑开挖过程中，配合使用内撑支护法或预应力锚索支护法对SMW墙体施加预应力，消除基坑周围土体主动土压力对基坑的变形影响，保证基坑在开挖过程中的安全。2.3钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土壤得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的止水围幕墙具有更可靠的止水性。2.4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。22.5可成墙厚度650～1300mm,常用厚度650～850mm；成墙深度可达35m。2.6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200～300m2。2.7废土外运量远比其他工法为少。且外运废土为掺了水泥的改良土，可作为回填材料使用。3.适用范围临近建（构）筑物、地面条件限制、地层结构复杂、富水和垂直开挖条件下的明挖地下工程。也可用于软基处理和止水帏幕工程。4.工艺原理SMW工法施工适用软硬各类土层，包括砂烁层、卵石层、岩层。该工法以多轴型钻掘搅拌机在现场一定位置向一定深度进行钻掘，在钻头处喷出水泥系固（强）化剂在钻具搅拌叶片和压缩空气的气举作用下，土体自上而下、自下而上反复进行混合搅拌，在各施工单元之间则采取部分重叠搭接施工，在水泥土混合体未固结之前插入H型钢作为桩体加劲材料，与水泥土固结形成具有一定强度、密度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。基坑在开挖过程中，根据地质情况进行坑壁土压力设计计算，按设计数据，可采用钢（砼）围檩、预应力钢管支撑进行内支撑或预应力锚索外支撑，抵消基坑周围土体主动土压力对基坑的变形影响，形成有效的深基坑支护体系。在地下永久结构分阶段形成后，通过支撑体系转换，即可分步骤拆除内支撑，完成基坑支护。3地下永久结构完成后，可对H型钢进行拔出回收。在环保方面，SMW工法施工的噪音小，制浆设备采用自动配浆系统几乎无粉尘，对周围的环境影响较小。拔出H型钢的同时对拔出H型钢形成的空隙进行灌浆处理，SMW墙体由于成墙后的强度低（1.2～3.0Mpa）,在拔出H型钢后不会在地下形成障碍物,对以后的地下建筑施工不会有影响，显示出了独特的经济和环保优势。工艺原理见图2.1-1、图2.1-2压浆管高压气管压浆管4DH608钻架30T履带吊SMW墙ZKD多轴钻机压浆机制浆机空压机压浆机制浆机挖掘机SMW工法设备配置图2.1-2工艺原理图2.1-155.SMW基坑支护工法施工步骤5.1场地清理路基承重荷载以能行走50T履带式吊车及步履桩机为准。5.2测量放线根据提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。放样定线后做好测量技术复核单，提供监理进行复核验收证。确认无误后方可进行搅拌施工。5.3定位线设置及三轴搅拌桩孔位定位在SMW工法施工导沟的外侧设置一条定位线（钢线）。以φ850SMW为例，三轴搅拌三轴中心间距为900mm，根据这个尺寸在定位钢线上每隔900mm作出定位标记。定位线示意图5.3-15.4SMW工法施工5.4.1根据施工工艺的要求，采用SMW三轴钻机，桩架可采用履带式桩架或步履式桩架。根据工程的规模和工期的要求以及现场场地条件和临时用电等情况，合理确定设备的投入力量和机械的配套工具，详见下表和图2.1-2：（以φ850SMW为例）定位线钢线定位标记SMW工法施工导沟6SMW工法主要施工设备表序号设备名称规格型号数量备注1三轴搅拌桩机ZKD85-31台180kw2步履式桩架1台80kw3拌浆设备3m31套15kw4压浆泵320L/min3台1台备用30kw5履带式吊机50t1台6水准仪1台7挖掘机0.8m31台柴油8空压机6m31台柴油5.4.2施工顺序SMW工法施工按图5.4.2-1或图5.4.2-2顺序进行，其中阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，以达到止水的作用。1单侧挤压式连接方式：对于围护墙转角处或有施工间断情况下采用此连接。单侧挤压式连接施工顺序示意图5.4.2-1施工顺序2施工顺序4施工顺序N施工顺序1施工顺序3施工顺序512345N72跳槽式双孔全套复搅式连接：一般情况下均采用该种方式进行施工。跳槽式双孔全套复搅式连接施工顺序示意图5.4.2-25.4.3桩机就位5.4.4搅拌速度及注浆控制1三轴搅拌桩在成孔下沉和搅拌提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度。根据设计要求和有关技术规定，下沉速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min，在桩底部分适当持续搅拌注浆，做好每次成桩的原始记录。匹配好浆量与泵量，在导沟底部以下0～0.5米开始喷浆，下沉过程中将浆量尽可能注入。35施工顺序4施工顺序3施工顺序1施工顺序2施工顺序1施工顺序2施工顺序3施工顺序1施工顺序2施工顺序4施工顺序5施工顺序N124N8时间提升注浆（2m/min）下沉搅拌注浆（1m/min）停止注浆⑷⑴⑶⑵搅拌时间—下沉提升关系图5.4.4-12制备水泥浆液及浆液注入水泥标号为普通硅酸盐水泥Po42.5，每立方搅拌水泥土水泥用量常规为360kg。在SMW施工前应进行浆液的配制，开钻前对拌浆工作人员做好交底工作。水泥浆液的水灰比为1.5:1，每立方搅拌水泥土水泥用量为360kg，拌浆及注浆量以每钻的加固土体方量换算，注浆压力为4～6Mpa来控制。5.4.5H型钢插入H型钢可采用热扎H型钢或焊接H型钢。三轴水泥搅拌桩施工完毕后应立即进行H型钢插入。在成型的SMW墙体两侧安放定位型钢和H型钢定位卡，固定插入H型钢的平面位置，然后将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入SMW墙体内。深度9H型钢插入图5.4.5-1施工完成后的SMW墙体，H型钢插入的密度根据支护结构刚度的要求，可采用隔一插一、隔一插二、满插等插法。工艺流程见图5-1工艺流程图5-1场地清理测量放线开挖导沟SMW桩机就位，校正桩机水平、垂直度制备水泥浆液开启钻机、压浆机、空压机。喷浆加气钻具切割土体下沉至设计桩底标高喷浆加气钻具提升至设计桩顶标高SMW桩机组装SMW下一施工循环H型钢插入、固定H型钢制备、刷隔离剂施工结束105.5基坑降水、支撑、开挖施工SMW墙体具有止水、挡土和一定的支护作用，为使其具有稳定的基坑支护，必需进行SMW墙体支撑。为使成型后的SMW墙体形成整体和便于内支撑钢管施加预应力或进行预应力锚索施工，在SMW墙体顶部制作一道钢筋混凝土冠梁。浇注冠梁时，在冠梁中的H型钢须用塑料泡沫板将其与混凝土隔开，否则将影响H型钢的起拔回收。基坑降水基坑土方开挖前，应采用井点降水等方法对基坑进行降水。由于SMW墙体具有很好的止水性能，基坑外无需进行回灌补水。支撑施工1、内支撑施工，在基坑土方开挖的同时，对SMW基坑支护墙体进行内支撑施工。内支撑一般使用螺旋焊接钢管。壁厚为14～16mm，直径为516～609mm。在内支撑钢管的一端，设置预应力施加活动头。内支撑钢管及预应力施加见下图：为扩散内支撑钢管应力，在SMW基坑支护墙体上设置钢围檩，顶层围檩一般以冠梁替代。顶层内支撑也可采用现浇钢筋混凝土支撑结构。第二层围檩一般使用由钢板焊接的钢围檩，壁厚为14～16mm，楔铁千斤顶支撑钢管活动头11断面为：400×500mm的双H型钢围檩。钢围檩安装方法采用在SMW墙体内的H型钢上焊接牛腿或钢索吊挂。安装见下图：2、基坑外预应力锚索支撑，在冠梁和腰梁上预留锚索孔，通过设置预应力锚索对SMW墙体施加支撑。冠梁H型钢焊接牛腿钢围檩SMW墙体支撑钢管基坑底板垫层H型钢SMW墙体125.6H型钢回收待地下主体结构完成并达到设计强度后，采用专用夹具及千斤顶以圈梁为反力梁，起拔回收H型钢。8.应用实例8.1东风路下立交工程：东风路下立交工程为穿越近日公园和原南屏街的城市下穿隧道工程，隧道采用明挖施工,最大开挖深度12米，由于开挖宽度限制，只能采用垂直开挖施工。基坑两侧为建筑物，最近建筑物距开挖基坑不到3米，基坑开挖需穿越淤泥质粘土层、粉砂及圆砾层并伴有承压水。在这种施工环境下，采用φ850SMW工法做基坑围护并采用500×600钢筋混凝土顶支撑和400×500双H型钢围檩加φ609×16支撑钢管内撑体系。基坑开挖后，基坑两侧地面、建筑物无沉降变形，基坑内无水。顺利的完成了东风路下立交工程。8.2昌宏路下立交工程：昌宏路下立交为昌宏路下穿南连接线，该工程地处滇池泥沼地质，地下水丰富，土体经扰动后处于流塑状，无法进行开挖。采用φ850SMW工法做基坑围护，隔绝基坑外补水，利用SMW墙体止水、挡土和单端锚固的支护作用，作悬臂基坑支护体系，该基坑最大开挖深度7米,开挖宽度56米。8.3乌龙河泵站工程：乌龙河泵站地处滇池草海湖边，地质松软（泥碳土），地下水丰富，使用常规的桩加止帷幕难以保证基坑稳定和不渗水。后采用SMW工法做泵站基坑围护。利用SMW桩互相咬合和径向受力大的特点，泵站基坑采用直径20米桶形围护体，最大开挖深度12米。基坑开挖后，基坑稳定无沉降变形，基坑内无水。顺利的完13成乌龙河泵站工程。8.4玉溪玉水金岸水云间A区基坑工程：玉水今岸水云间A区主要建筑物为7栋楼高33层建筑，为框架剪力墙结构类型，地下室2层。最大挖深为：8米，基坑长度770米。由于地层为圆砾和粉沙并伴有局部钙、锰胶结地质，普通的单轴深层搅拌设备无法进行有效的止水帷幕施工。采用SMW工法加基坑外预应力锚索支撑作基坑支护体系。9.SMW工程照片9.1SMW工法施工9.2东风路下立交工程SMW基坑149.3昌宏路下立交工程SMW基坑昌宏路下立交工程SMW基坑159.4新螺丝湾隧道工程SMW基坑9.5草海隧道工程SMW基坑169.6环湖东路中央公园下穿工程SMW基坑9.7呈贡圆塘路下穿工程SMW基坑179.8开挖后的基坑(乌龙河泵站工程)9.9玉溪玉水金岸A区SMW基坑工程开挖后的基坑189.10滇池路湖岸花SMW基坑工程开挖后的基坑9.11广福路共用管沟工程SMW基坑支护199.12环湖截污干渠SMW基坑支护9.13H型钢拔出20