SMW工法設(shè)計(jì)計(jì)算中的幾個(gè)問題

1、SMW工法設(shè)計(jì)計(jì)算中的幾個(gè)問題胡春林(武漢巖土工程學(xué)會(huì)；武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院)(詳細(xì)摘要)勁性水泥土攪拌樁地下連續(xù)墻(SMW)工法是深層攪拌樁和芯材的組合結(jié)構(gòu)，在水泥土未硬化之前插入H型鋼或鋼板樁等芯材作為應(yīng)力加強(qiáng)材料。樁與樁之間采用重疊搭接的方法，在地下形成一個(gè)抗?jié)B性好、剛度大，同時(shí)又利用H型鋼的強(qiáng)度，能承受較大水平土壓力的地下壁體。SMW工法的主要計(jì)算和驗(yàn)算有：型鋼水泥土攪拌墻的墻體計(jì)算抗彎剛度，一般只計(jì)內(nèi)插型鋼的截面剛度，型鋼承受全部彎矩，水泥土攪拌樁承受的彎矩值很小，水泥土只作止水考慮。型鋼水泥土攪拌墻中的內(nèi)插型鋼入土深度應(yīng)滿足基坑抗傾覆穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性、抗滑

2、移穩(wěn)定性、抗?jié)B透抗管涌驗(yàn)算要求。支護(hù)墻的內(nèi)力、變形的計(jì)算要求。在進(jìn)行支護(hù)墻內(nèi)力和變形計(jì)算以及基坑上述各項(xiàng)穩(wěn)定性分析時(shí)，維護(hù)墻的深度以內(nèi)插型鋼底端為準(zhǔn)，不計(jì)型鋼端部以下水泥土攪拌樁的作用?？紤]地下結(jié)構(gòu)施工完成后型鋼能順利拔出。SMW工法應(yīng)用于軟土地區(qū)深基坑工程中，可能存在支護(hù)樁墻變形過大、滲漏、坑外地面沉降、型鋼無法起拔，甚至基坑坍塌等問題。主要原因有：設(shè)計(jì)計(jì)算不合理、不可靠；設(shè)計(jì)水泥土中水泥摻量不夠，或者沒有區(qū)別對(duì)待不同的土層；泥漿漿液的配合比不當(dāng)，漿液濃度過小，H型鋼易發(fā)生傾斜或移位；漿液濃度過大，則型鋼插入困難；水泥土攪拌過程中下沉或提升速度過快，造成攪拌不均勻；工法樁施工過程中出現(xiàn)間斷，

3、造成施工冷縫；水泥土攪拌樁搭接厚度不夠；水泥土攪拌樁或H型鋼垂直度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求；水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間未到即進(jìn)行開挖，強(qiáng)度不夠；基坑開挖時(shí)支撐設(shè)置不及時(shí)；H型鋼表面減阻劑涂抹不均勻；型鋼拔出后的空隙未及時(shí)回填等。值得進(jìn)一步深入研究的幾個(gè)問題包括：(1) SMW擋墻的受力破壞模式作為基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)H型鋼和水泥土兩種材料共同組成的SMW擋墻，其受力破壞模式是現(xiàn)今追蹤的熱點(diǎn)。關(guān)鍵問題是H型鋼和水泥土兩種材料的二者接觸程度。在交接面處，如果沒有發(fā)生水平向和垂直向的分離，這種理想化剛性結(jié)合為完全的共同作用。然而，實(shí)際情況的H型鋼和水泥土接觸并非完全剛性，總是存在不同程度的柔性，故為部分共同作用。試驗(yàn)結(jié)果表明：

4、水泥土不但起止水的作用，還起到增加總體剛度的作用。(2) 水泥土對(duì)SMW組合結(jié)構(gòu)抗彎能力增加的貢獻(xiàn)量水泥土對(duì)SMW組合結(jié)構(gòu)抗彎能力增加的貢獻(xiàn)量到底有多少? 需要進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M研究。在擋墻組合剛度問題上，應(yīng)結(jié)合模型試驗(yàn)做進(jìn)一步的研究，進(jìn)一步完善型鋼-水泥土間的相互作用和共同作用理論，包括型鋼-水泥土接觸界面摩擦、滑移及水泥土失效機(jī)理；SMW組合結(jié)構(gòu)從共同協(xié)調(diào)作用到水泥土開裂破壞演化過程與演化機(jī)理。(3) 水泥土的抗拉能力差，容易產(chǎn)生裂縫，是否容易引起滲漏水泥土的抗拉能力較差，樁墻彎曲變形過大時(shí)，在樁的受拉區(qū)容易產(chǎn)生裂縫，多大的裂縫可能引起滲漏，裂縫對(duì)樁的影響需要進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M研究。從力學(xué)分析上講，水

5、泥土要有足夠的強(qiáng)度，才能保證水泥土與型鋼的共同作用，因此SMW法樁在用于處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、塑性指數(shù)Ip大于25的粘土、地下水具有腐蝕性時(shí)以及無工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。(4) SMW擋墻的局部抗剪承載力驗(yàn)算型鋼水泥土攪拌墻應(yīng)驗(yàn)算水泥土攪拌樁樁身局部抗剪承載力，包括型鋼與水泥土之間的錯(cuò)動(dòng)剪切、水泥土最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，探討型鋼-水泥土接觸界面摩擦、滑移及水泥土局部失效機(jī)理。(5) 水泥土材料非線性特性的試驗(yàn)研究單軸壓縮試驗(yàn)表明，水泥土從受力到破壞其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有明顯的非線性。水泥土對(duì)SMW工法組合結(jié)構(gòu)體的塑性極限承載力貢獻(xiàn)比彈性極限承載力更明顯，一般在18%2

6、0%。應(yīng)深入研究SMW擋墻承受的彎矩水泥土的應(yīng)變水泥土的裂縫擋墻的滲漏之間的非線性關(guān)系。(6) SMW擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算及擋墻嵌固深度的確定首先，擋墻的主動(dòng)土壓力計(jì)算模式不一致，主要有：按朗肯土壓力理論計(jì)算；按建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ1201999坑底主動(dòng)土壓力不變的假設(shè)計(jì)算；按彈性抗力法文克爾的假設(shè)計(jì)算。三種模式計(jì)算的主動(dòng)土壓力出入較大。其次，擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算的公式不一致，主要有：按照傳統(tǒng)極限平衡-等值梁方法計(jì)算。對(duì)于懸臂擋墻，可參考建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范條文說明9.2.3條；對(duì)于單支點(diǎn)擋墻，可參考JGJ120-1999，先算土壓力零點(diǎn)的位置，再對(duì)零點(diǎn)以下的擋墻列寫水平極限平衡方程，并適當(dāng)加深擋墻。按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄T、U計(jì)算方性，取抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.3，主、被動(dòng)土壓力先疊加得凈壓力，然后再取矩。按建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ1201999，圖4.1.1-3和式4.1.1-4的計(jì)算模式，主、被動(dòng)土壓力分開計(jì)算，分別取