基坑圍護結構工法樁設計及高精度地下連續(xù)墻施工工藝

主講人：XX

SMW工法設計、施工與工程應用引言

目前，隨著城市地鐵、越江隧道、引水隧道、地下工廠、地下民用設施、地下軍用設施、高層建筑地下室等工程的建設，城市地下空間開發(fā)的高潮即將到來，在場地狹小、建筑密集、管線眾多等復雜條件下進行深基坑設計和施工，是廣大土木工程技術人員所面臨的緊迫而又艱巨的課題?；訃o結構形式基本概念起源發(fā)展優(yōu)、缺點設計要點SMW工法設計、施工與工程應用施工要點工程應用研究進展問題分析一、SMW工法的基本概念

SMW是SoilMixingWall的縮寫，該工法是以多軸鉆掘攪拌機將鉆頭處噴出的水泥系強化劑與地基土反復混合攪拌，攪拌體之間重疊搭接，然后在水泥土未結硬前插入H型鋼等應力補強材料，至水泥結硬，形成一道具有一定強度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體。

H型鋼滿堂設置SMW工法連續(xù)墻示意圖SMW工法連續(xù)墻成墻示意圖

SMW工法樁由攪拌樁發(fā)展而來，但兩者不同。首先，攪拌樁攪拌頭一般呈十字形，SMW工法攪拌機攪拌頭呈螺旋形；其次，攪拌樁機械動力小，SMW工法樁機械動力大；第三，攪拌樁水泥摻量小，在軟土地區(qū)，一般小于14%，SMW工法攪拌樁水泥摻量大，一般在20%左右；第四，攪拌樁漿液水灰比一般為0.5~0.7（軟土地區(qū)），SMW工法攪拌樁水灰比在1.5~2.0；第五，攪拌樁攪拌時不排土，擠土較大，而SMW工法攪拌樁攪拌時有少量排土，擠土較小。二、SMW工法的起源與發(fā)展日本的深層攪拌法包括高壓噴射攪拌工法、機械攪拌工法，以及兼具兩種性能的高壓噴射與機械工法三大類。我國工程界和學術界習慣上所指的深層攪拌法即為日本的機械攪拌工法。SMW工法于1976年在日本問世，是日本一家中型企業(yè)—成辛工業(yè)株式會社開發(fā)的一項專利。1994年，XX基礎工程公司把SMW工法首次應用于XX軟土地區(qū)（XXXX廣場，基坑深8.65m，樁長18m），取得了成功，也是在國內的首次應用。三、SMW工法的優(yōu)缺點6、施工工期短;7、施工場地??；8、廢土外運少；9、安全性較高；10、工程造價低。優(yōu)點1、施工擾動小；2、無泥漿污染；3、振動噪聲?。?、止水性能好；5、適用范圍廣；缺點1、水泥土養(yǎng)護時間較長；2、與地下連續(xù)墻相比，施工質量較難控制；3、與地下連續(xù)墻相比，整體性欠缺；4、與地下連續(xù)墻相比，抗?jié)B性欠佳。四、SMW工法的設計1、設計原則安全（滿足穩(wěn)定條件和各部分材料強度條件）經(jīng)濟（保證H型鋼能夠回收）施工方便2、水泥土配合比的確定水泥和外摻劑的摻入量必須由現(xiàn)場試驗確定，一般取7%、9%、11%、13%、15%做試驗。以SMW工法樁用于地下?lián)鯄槔?、入土深度的確定型鋼的入土深度型鋼入土深度一般可比水泥土攪拌樁入土深度稍小，主要由基坑抗隆起穩(wěn)定性、擋土墻的內力、變形、型鋼拔出等條件決定。水泥攪拌樁的入土深度由三因素決定：確?？觾冉邓挥绊懟油猸h(huán)境；防止管涌發(fā)生；防止底鼓發(fā)生。

H型鋼設置形式4、截面形式的確定5、內力計算

SMW工法擋墻計算模式與壁式地下墻類似，考慮水土壓力全部由H型鋼承擔，水泥土攪拌樁只起止水作用，具體計算步驟為：（1）按剛度等效原則計算壁式地下墻折算厚度；分兩種情況：

考慮剛度提高

不考慮剛度提高勁性樁等剛度壁式地下墻厚度折算示意圖（2）按按等效厚度的混凝土壁式地下墻，計算出每延米墻的內力與位移；（3）換算得到每根型鋼承受的內力和位移；6、強度驗算（1）抗彎驗算考慮彎矩全部由型鋼承擔驗算強度；（2）抗剪驗算分兩部分：

型鋼抗剪驗算水泥土局部抗剪驗算

型鋼與水泥土之間錯動剪應力示意圖7、型鋼抗拔驗算為保證型鋼順利回收，需進行抗拔驗算，最好進行現(xiàn)場試驗確定型鋼最大抗拔力。8、型鋼底端水泥土強度校核型鋼底端截面為一變剛度截面，須校核水泥土的抗剪切強度。五、SMW工法的施工（1）施工機械日本的SMW工法三軸型鉆掘攪拌機主要有DH系列型號、TMW機型(可形成等厚度水泥土連續(xù)墻)。另外還有四軸、五軸、六軸攪拌機。鉆桿有用于粘件土、砂礫土和基巖之分，鉆桿可分節(jié)接成，可實現(xiàn)超過整機高度所容許的施工深度。日本成辛株式會社還開發(fā)了適應城市高架下方等低空間場地施工的SMW5000系列機型，整機高度只有5m。日本SMW工法施工機械850SMW機M15型機(低重心)預先鉆孔機地基加固機SMW5000型SMW5000型SMW7500型550SMW機

SMW工法三軸攪拌機全貌

SMW工法螺旋式三軸攪拌機三軸攪拌傷機動力裝包置SMW工法三軸趟攪拌機現(xiàn)飯場攪拌螺旋鉆錦桿細部咬圖國內開奏發(fā)研制聞的ZLD系列多朵軸式SMW工法連續(xù)滋墻鉆孔機，非常適合獵于高層建暑筑、地下寧室和地鐵季車站的擋背土防滲墻編施工及江己河堤壩的謀防滲施工賣，該系列軌鉆機已廣腎泛用于XX、南京、總天津等地輩的地鐵車音站、高層矛建筑施工溉中。ZLD系列三軸縮慧攪拌機參干數(shù)XX的四軸線深層攪厭拌機，僅技術性慚能達到慣日本三軸攪楊拌機的應性能，院已成功僻應用于甲輕軌明情珠線東興路車糊站基坑卷工程。箭已研制穗成功大付深度大消扭矩的助四軸深逆層攪拌滔機，攪亞拌深度護達28m，成墻速途度達40m3/日，達到宮日本同類饞攪拌機技桌術指標。XX目前常用忘的進口SMW工法三軸尋攪拌機主押要有：PAS套-12慘0VA并R型、NSC-單200-蝕EP型等，常份用的攪拌鈴樁直徑有長650mm和85澡0mm。四軸攪健拌機參院數(shù)SMW工法工舍藝流程喬圖（2）施工工教藝（3）施工死要點需開挖溝嗽槽接收返塊流漿液，莫設置固定陸架固定H型鋼；需合理也確定下論行鉆進否時和上率行提升擇時水泥漿的灌皮入量；需根據(jù)爺現(xiàn)場條鉤件合理除確定攪利拌下沉陷和提升速度么，合理成確定水佳泥漿液停的配合鵝比；控制水泥優(yōu)土攪拌樁墾和H型鋼的患垂直度廳；需采取合誦理措施保俯證H型鋼能夠耍順利回收菊。（4）施工質量肚保證措施保證水泥閥、鋼材質門量，嚴格碰鋼材加工識質量檢查襪；檢查樁架鐵的定位，供鉆孔的深澡度、速度冰，檢查水膽泥漿液的攪額拌操作規(guī)住范、水灰踩比；保證樁機護平穩(wěn)，做無到固定端室正，樁架滋垂直；嚴格控屑制水灰米比，攪陵拌時間肺，漿液煙質量，換注漿時控制注漿城壓力和注仰漿速度；控制鉆管狠下鉆、提氧升的速度曲，嚴防斷斧樁、空樁捏；在插入H型鋼時躲，必須看做到垂熄直不斜假，控制巧插深，嚴防錯位異、插偏、邁扭歪；SMW工法重狠疊搭接裳施工方獵式SMW工法連續(xù)商墻施工步靜驟示意圖建筑及土辜木工程之爹地下?lián)跬岭y墻；防滲止槽水墻（郵水壩、泊污水池爬等）；軟土地基曾加固。工程應叨用主要希范圍六、SMW工法的留工程應極用199渠9年，SMW圍護樁被侵建設部和XX市建委威立為重點科技捷成果推廣免項目。1994年，XX基礎工棉程公司有把SMW工法首雁次應用于XX軟土地區(qū)局（XXX夜X廣場，默基坑深8.6粘5m，樁長1經(jīng)8m），取得了絕成功。目前已成算功解決了腔型鋼起拔單設備與型蹤蝶鋼減摩材年料，開挖深度撕、防滲止斤漏等一系樂列關鍵技敞術問題，箏形成了一整箱套較為成向熟的設計顛方法、施導工工藝。工程應用糞實例“XX”商業(yè)大廈勢基坑基坑開攝挖面積需約30刊00m2，開挖深鴨度為8釘.65m，圍護結鑰構采用檔三排水慎泥土攪危拌樁墻愁，攪拌六樁直徑禽700mm，攪拌樁的聾中心間距販為500mm，內插型醫(yī)鋼H800告×40款0，翼嬸緣和腹剛板厚度眨均為1音0mm，H型鋼長良13.情6m，間距10沒00mm。支撐體鹽系采用騰一道鋼都筋混凝土支撐，毒坑內進行旁注漿加固咳。XX大廈基顫坑平面頭示意圖SMW工法H型鋼布置茂圖圍護結構貪剖面圖SMW工法施工職成績墻體水核平位移尾控制在舉3cm以內；H型鋼最大群設計彎矩紗為設計值小的80%拘；圍護結構巾造價比地須下連續(xù)墻催節(jié)約40厘%；圍護結構飾施工工期龜縮短1/世3。XX大廈基坑基坑開煤挖深度病為5.出5m，深坑7銳.10m，采用SMW工法三軸陶水泥土攪們拌樁墻，蔥攪拌樁直帽徑為85劇0mm，內插H700×辜300型梢鋼，H型鋼長弊15m、1宮1m，中心間距女1200mm。支撐體系秀采用鋼筋奏砼圍檁(側局部鋼圍摸檁)加一道H700×300鋼支撐甜的方案譜。XX大廈基坑黑平面圖局部支左撐及圍憐護結構漂平面圖XX南站基破坑地鐵一號孟線XX南站站改脂建工程（睡除車站外蘿），基坑囑開挖深度率普遍為15米，局部漢深坑為17米，采能用Ф850三軸SMW工法樁、H700×300×13×24mm型鋼作圍陳護結構，會最大成樁賢深度為30米，且施布工環(huán)境緊濁鄰運營中嶼的地鐵線密路，施工蓋難度大。SMW工法圍護歐結構及鋼掌管支撐平屑面圖H型鋼圍擺檁及鋼器管支撐代平面圖H型鋼頂重端平面隔布置圖SMW工法施慘工成績最大成樁慘深度達3價0m；解決了圓導弧形測量沖放線精度棵控制難點敘；解決了燙不良地臨質條件舍下施工憂難點兵；H型鋼量怨大、超懂長，解叔決了拔菌出難點堤。施工場供地狹小艱，周邊孤管線眾革多；東京第酸二國立垮劇場SMW工法連講續(xù)尼墻圍護蜻結構（凡深42m）浦東機稀場SMW工法連續(xù)墻鼻圍護結氏構日本NTT新宿SMW工法連續(xù)綢墻圍護結構鴿（深34m）七、SMW工法的蛙研究與腹發(fā)展自199毯8年起，蘆國內相繼妥研制成功誤了ZLD系列多軸式SMW工法連組續(xù)墻鉆兼孔機、同四軸深旨層攪拌定機、大深度大扭涌矩四軸深嗚層攪拌機逼等施工機液械。由XX市土木工登程學會地斧下工程專粗業(yè)委員會深組織的“SMW圍護樁歇技術研萄討會”于199弦9年12乎月8日在蓋科學會堂召村開，會議嘗重點討論贊了“SMW工法在XX的應用”、“H型鋼回收雹技術”、“四軸攪戴拌機的化研制”等專題。試驗研究赤表明，SMW工法水派泥土攪互拌樁在杯不同的土層中右使用，效穗果也不相念同。一般嚷說來，原圾狀土體性質脫越好，水丸泥土攪拌眾樁強度越拆大；原狀雷土體性質越云差，則水辰泥土攪拌博樁強度越壞小。例如鄭水泥土攪拌彎樁用在砂質粉土毯與粉質粘家土互層⑤1中的效果要比腰用在淤泥質粉擔質粘土③1、④中效果鳴好得多。SMW工法圍護妙結構有著肅十分廣闊惜的應用前渾景，已為XX土木工程應界肯定。XX地區(qū)SMW工法設計如、施工經(jīng)影驗總結：1.捷水泥摻句入比2意0%左挖右；2.喚漿液水撥灰比為校1.5~2.0之秋間；3.垂直度徒控制1倦/15彼0~1/2象00；4.攪失拌下沉速骨度不大于甜1m/m欲in，提升速度希不大于2m/m勒in；5.用牲水灰比為拆0.5的價水泥砂漿潑自流充填H型鋼拔除后的逐空隙；6.一輪般Ф650m寶m工法樁適用于7~8m基坑，Ф850屢mm工法樁徒適用1敞0m左右基坑呀。日本的SMW工法發(fā)展插及研究1953撈年日本從摩美國引入MIP工法。196歡7年港浪灣技術好研究所臥開始研攝制石灰戰(zhàn)攪拌施織工機械映。197溜1年開典始使用吊單軸或綁雙軸攪辨拌機施融工水泥市土攪拌樁連續(xù)唉墻，并圣在墻中皂插入鋼獎管或H型鋼，現(xiàn)形成早屋期SMW工法的MIP樁列式歲地下連蛇續(xù)墻。197界6年日半本成幸框工業(yè)株夏式會社抵與日本亭竹中土迎木株式會社分鞠別研制炒出3軸迷與4軸婆水泥土隊深層攪渾拌機，鍋并應用于SMW工法，攏之后還慮開發(fā)出守5～6量軸的SMW工法成缸墻施工機械幸。1992芹年北辰工雷業(yè)株式會塔社研制試軟驗成功鏈寄鋸式(簡扁稱TRD工法)性成墻機丟械，于字199注3年由呢大成建撿設公司拾用于SMW工法施鵲工。1993巖年，研制豆成功低重喘心SMW工法三軸六式成墻施狗工機械，使SMW工法的成疫墻深度達驅到65m。當年還局研制成功伸縮午式鉆桿架的低高現(xiàn)度SMW工法(STS)三軸式廣成墻施工機械，睡成墻深度蔬達到29到.9m。1994愿年，開發(fā)貧研制了兩轎種三軸式菜矩形斷面旗成墻施工機械(辯稱TMW工法與RMW工法)。200鏟0年，健又開發(fā)會研制了甜低高度憲、矩形籠斷面、厚能橫行連續(xù)綢成墻的回跟轉式成墻額機械(稱PTR工法)，由利根公帥司用于SMW工法施工專。日本SMW工法的憲成墻機柄械正向件著整機盤低高度祝、大深度和連棉續(xù)成墻施漫工方向發(fā)狗展。高精度嘩地下連哄續(xù)墻的冤建造（TRD工法）土體摻徒加水泥池砂漿地傾下連續(xù)仍墻工法挖掘機主機切削刀１向土體叢內插入完鏈鋸型停切削刀乳。重復２～３作業(yè)２將切削刀俊橫向移動碼，挖出溝蔑狀槽后注栽入固化劑并將柔其與現(xiàn)位揚置上的土曬攪拌。３插入芯女材Ｔｒｅｎ墳ｃｈＣ楊ｕｔｔｉ惠ｎｇＲ細ｅ-ｍｉ放ｘｉｎｇ沖Ｄｅｅ井ｐｗａ椒ｌｌｍ額ｅtｈｏｄ連續(xù)墻建師成（TRD工法）的特征比以往的容工法機械欣高度降低主了?直接進入變性，垂直型剖好?在深度方政向可以建況造出均質仔的墻體?可任意設株置芯材的扎間距SMWTRDSMWTRD墻面連續(xù)立，沒有錯鬼縫機械高愧度：10m～12象m機械寬臟度：7m～10ｍ地下連刮續(xù)墻建帖造（TRD工法）的施工偽實例適用地基：N值60以下的砂刷質土，粘嘴性土施工成所果：最大施荷工深度硬為49mTRD工法的窗特殊施喪工使建造松傾斜墻財成為可社能高精度連飯續(xù)墻的建炸造（GST工法）Geo營-dr貫ill逆ing薯Su倉rve窗y-c段ont叛rol秋Te氣chn繼olo丙gy嗚Met神hodGST工法是規(guī)實時監(jiān)畢測三軸意鉆桿挖沾掘機底事部的偏羞差量，然并用計賢算機控鋤制自動格修正削際孔方向福的軌道供，由此簽來保證撥建造擁蠅有高精罵度的垂悉直性和憑墻體直輔線性的宅地下連蹤蝶續(xù)墻的瓜施工工寇法。實時監(jiān)測敵技術由GRI版?五洋建設?清水建襲設?西松建設?tana腐ka重機建躬設共同笛開發(fā)自動控制率技術如挖掘頂肌部垂直向嗚的偏位到直了設定值（通常為10mm）時，通過控制鐮帶自動將默三軸中的日一軸緊固