基坑围护结构工法桩设计及高精度地下连续墙施工工艺

主讲人：XX

SMW工法设计、施工与工程应用引言

目前，随着城市地铁、越江隧道、引水隧道、地下工厂、地下民用设施、地下军用设施、高层建筑地下室等工程的建设，城市地下空间开发的高潮即将到来，在场地狭小、建筑密集、管线众多等复杂条件下进行深基坑设计和施工，是广大土木工程技术人员所面临的紧迫而又艰巨的课题。基坑围护结构形式基本概念起源发展优、缺点设计要点SMW工法设计、施工与工程应用施工要点工程应用研究进展问题分析一、SMW工法的基本概念

SMW是SoilMixingWall的缩写，该工法是以多轴钻掘搅拌机将钻头处喷出的水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌，搅拌体之间重叠搭接，然后在水泥土未结硬前插入H型钢等应力补强材料，至水泥结硬，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。

H型钢满堂设置SMW工法连续墙示意图SMW工法连续墙成墙示意图

SMW工法桩由搅拌桩发展而来，但两者不同。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工法的起源与发展日本的深层搅拌法包括高压喷射搅拌工法、机械搅拌工法，以及兼具两种性能的高压喷射与机械工法三大类。我国工程界和学术界习惯上所指的深层搅拌法即为日本的机械搅拌工法。SMW工法于1976年在日本问世，是日本一家中型企业—成辛工业株式会社开发的一项专利。1994年，XX基础工程公司把SMW工法首次应用于XX软土地区（XXXX广场，基坑深8.65m，桩长18m），取得了成功，也是在国内的首次应用。三、SMW工法的优缺点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。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；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。四、SMW工法的设计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。以SMW工法桩用于地下挡墙为例。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。

H型钢设置形式4、截面形式的确定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

型钢与水泥土之间错动剪应力示意图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。五、SMW工法的施工（1）施工机械日本的SMW工法三轴型钻掘搅拌机主要有DH系列型号、TMW机型(可形成等厚度水泥土连续墙)。另外还有四轴、五轴、六轴搅拌机。钻杆有用于粘件土、砂砾土和基岩之分，钻杆可分节接成，可实现超过整机高度所容许的施工深度。日本成辛株式会社还开发了适应城市高架下方等低空间场地施工的SMW5000系列机型，整机高度只有5m。日本SMW工法施工机械850SMW机M15型机(低重心)预先钻孔机地基加固机SMW5000型SMW5000型SMW7500型550SMW机

SMW工法三轴搅拌机全貌

SMW工法螺旋式三轴搅拌机三轴搅拌伤机动力装包置SMW工法三轴趟搅拌机现饭场搅拌螺旋钻锦杆细部咬图国内开奏发研制闻的ZLD系列多朵轴式SMW工法连续滋墙钻孔机，非常适合猎于高层建暑筑、地下宁室和地铁季车站的挡背土防渗墙编施工及江己河堤坝的谋防渗施工卖，该系列轨钻机已广肾泛用于XX、南京、总天津等地辈的地铁车音站、高层矛建筑施工溉中。ZLD系列三轴缩慧搅拌机参干数XX的四轴线深层搅厌拌机，仅技术性惭能达到惯日本三轴搅杨拌机的应性能，院已成功僻应用于甲轻轨明情珠线东兴路车糊站基坑卷工程。箭已研制穗成功大付深度大消扭矩的助四轴深逆层搅拌滔机，搅亚拌深度护达28m，成墙速途度达40m3/日，达到宫日本同类馋搅拌机技桌术指标。XX目前常用忘的进口SMW工法三轴寻搅拌机主押要有：PAS套-12惨0VA并R型、NSC-单200-蚀EP型等，常份用的搅拌铃桩直径有长650mm和85澡0mm。四轴搅健拌机参院数SMW工法工舍艺流程乔图（2）施工工教艺（3）施工死要点需开挖沟嗽槽接收返块流浆液，莫设置固定陆架固定H型钢；需合理也确定下论行钻进否时和上率行提升择时水泥浆的灌皮入量；需根据爷现场条钩件合理除确定搅利拌下沉陷和提升速度么，合理成确定水佳泥浆液停的配合鹅比；控制水泥优土搅拌桩垦和H型钢的患垂直度厅；需采取合诵理措施保俯证H型钢能够耍顺利回收菊。（4）施工质量肚保证措施保证水泥阀、钢材质门量，严格碰钢材加工识质量检查袜；检查桩架铁的定位，供钻孔的深澡度、速度冰，检查水胆泥浆液的搅额拌操作规住范、水灰踩比；保证桩机护平稳，做无到固定端室正，桩架滋垂直；严格控屑制水灰米比，搅陵拌时间肺，浆液烟质量，换注浆时控制注浆城压力和注仰浆速度；控制钻管狠下钻、提氧升的速度曲，严防断斧桩、空桩捏；在插入H型钢时躲，必须看做到垂熄直不斜假，控制巧插深，严防错位异、插偏、迈扭歪；SMW工法重狠叠搭接裳施工方猎式SMW工法连续商墙施工步静骤示意图建筑及土辜木工程之爹地下挡土难墙；防渗止槽水墙（邮水坝、泊污水池爬等）；软土地基曾加固。工程应叨用主要希范围六、SMW工法的留工程应极用199渠9年，SMW围护桩被侵建设部和XX市建委威立为重点科技捷成果推广免项目。1994年，XX基础工棉程公司有把SMW工法首雁次应用于XX软土地区局（XXX夜X广场，默基坑深8.6粘5m，桩长1经8m），取得了绝成功。目前已成算功解决了腔型钢起拔单设备与型踪蝶钢减摩材年料，开挖深度撕、防渗止斤漏等一系乐列关键技敞术问题，筝形成了一整箱套较为成向熟的设计颠方法、施导工工艺。工程应用粪实例“XX”商业大厦势基坑基坑开摄挖面积需约30刊00m2，开挖深鸭度为8钉.65m，围护结钥构采用档三排水慎泥土搅危拌桩墙愁，搅拌六桩直径禽700mm，搅拌桩的聋中心间距贩为500mm，内插型医钢H800告×40款0，翼婶缘和腹刚板厚度眨均为1音0mm，H型钢长良13.情6m，间距10没00mm。支撑体盐系采用腾一道钢都筋混凝土支撑，毒坑内进行旁注浆加固咳。XX大厦基颤坑平面头示意图SMW工法H型钢布置茂图围护结构贪剖面图SMW工法施工职成绩墙体水核平位移尾控制在举3cm以内；H型钢最大群设计弯矩纱为设计值小的80%拘；围护结构巾造价比地须下连续墙催节约40厘%；围护结构饰施工工期龟缩短1/世3。XX大厦基坑基坑开煤挖深度病为5.出5m，深坑7锐.10m，采用SMW工法三轴陶水泥土搅们拌桩墙，葱搅拌桩直帽径为85剧0mm，内插H700×辜300型梢钢，H型钢长弊15m、1宫1m，中心间距女1200mm。支撑体系秀采用钢筋奏砼围檩(侧局部钢围摸檩)加一道H700×300钢支撑甜的方案谱。XX大厦基坑黑平面图局部支左撑及围怜护结构漂平面图XX南站基破坑地铁一号孟线XX南站站改脂建工程（睡除车站外萝），基坑嘱开挖深度率普遍为15米，局部汉深坑为17米，采能用Ф850三轴SMW工法桩、H700×300×13×24mm型钢作围陈护结构，会最大成桩贤深度为30米，且施布工环境紧浊邻运营中屿的地铁线密路，施工盖难度大。SMW工法围护欧结构及钢掌管支撑平屑面图H型钢围摆檩及钢器管支撑代平面图H型钢顶重端平面隔布置图SMW工法施惨工成绩最大成桩惨深度达3价0m；解决了圆导弧形测量冲放线精度棵控制难点叙；解决了烫不良地临质条件舍下施工忧难点兵；H型钢量怨大、超懂长，解叔决了拔菌出难点堤。施工场供地狭小艰，周边孤管线众革多；东京第酸二国立垮剧场SMW工法连讲续尼墙围护蜻结构（凡深42m）浦东机稀场SMW工法连续墙鼻围护结氏构日本NTT新宿SMW工法连续绸墙围护结构鸽（深34m）七、SMW工法的蛙研究与腹发展自199毯8年起，芦国内相继妥研制成功误了ZLD系列多轴式SMW工法连组续墙钻兼孔机、同四轴深旨层搅拌定机、大深度大扭涌矩四轴深呜层搅拌机逼等施工机液械。由XX市土木工登程学会地斧下工程专粗业委员会深组织的“SMW围护桩歇技术研萄讨会”于199弦9年12乎月8日在盖科学会堂召村开，会议尝重点讨论赞了“SMW工法在XX的应用”、“H型钢回收雹技术”、“四轴搅戴拌机的化研制”等专题。试验研究赤表明，SMW工法水派泥土搅互拌桩在杯不同的土层中右使用，效穗果也不相念同。一般嚷说来，原圾状土体性质脱越好，水丸泥土搅拌众桩强度越拆大；原状雷土体性质越云差，则水辰泥土搅拌博桩强度越坏小。例如郑水泥土搅拌弯桩用在砂质粉土毯与粉质粘家土互层⑤1中的效果要比腰用在淤泥质粉担质粘土③1、④中效果鸣好得多。SMW工法围护妙结构有着肃十分广阔惜的应用前浑景，已为XX土木工程应界肯定。XX地区SMW工法设计如、施工经影验总结：1.捷水泥掺句入比2意0%左挖右；2.唤浆液水拨灰比为校1.5~2.0之秋间；3.垂直度徒控制1倦/15彼0~1/2象00；4.搅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.用牲水灰比为拆0.5的价水泥砂浆泼自流充填H型钢拔除后的逐空隙；6.一轮般Ф650m宝m工法桩适用于7~8m基坑，Ф850屡mm工法桩徒适用1敞0m左右基坑呀。日本的SMW工法发展插及研究1953捞年日本从摩美国引入MIP工法。196欢7年港浪湾技术好研究所卧开始研摄制石灰战搅拌施织工机械映。197溜1年开典始使用吊单轴或绑双轴搅辨拌机施融工水泥市土搅拌桩连续唉墙，并圣在墙中皂插入钢奖管或H型钢，现形成早屋期SMW工法的MIP桩列式岁地下连蛇续墙。197界6年日半本成幸框工业株夏式会社抵与日本亭竹中土迎木株式会社分鞠别研制炒出3轴迷与4轴婆水泥土队深层搅浑拌机，锅并应用于SMW工法，拢之后还虑开发出守5～6量轴的SMW工法成缸墙施工机械幸。1992芹年北辰工雷业株式会塔社研制试软验成功链寄锯式(简扁称TRD工法)性成墙机丢械，于字199注3年由呢大成建捡设公司拾用于SMW工法施鹊工。1993岩年，研制豆成功低重喘心SMW工法三轴六式成墙施狗工机械，使SMW工法的成疫墙深度达驱到65m。当年还局研制成功伸缩午式钻杆架的低高现度SMW工法(STS)三轴式广成墙施工机械，睡成墙深度蔬达到29到.9m。1994愿年，开发贫研制了两轿种三轴式菜矩形断面旗成墙施工机械(辩称TMW工法与RMW工法)。200铲0年，健又开发会研制了甜低高度宪、矩形笼断面、厚能横行连续绸成墙的回跟转式成墙额机械(称PTR工法)，由利根公帅司用于SMW工法施工专。日本SMW工法的宪成墙机柄械正向件着整机盘低高度祝、大深度和连棉续成墙施漫工方向发狗展。高精度哗地下连哄续墙的冤建造（TRD工法）土体掺徒加水泥池砂浆地倾下连续仍墙工法挖掘机主机切削刀１向土体丛内插入完链锯型停切削刀乳。重复２～３作业２将切削刀俊横向移动码，挖出沟蔑状槽后注栽入固化剂并将柔其与现位扬置上的土晒搅拌。３插入芯女材Ｔｒｅｎ坟ｃｈＣ杨ｕｔｔｉ惠ｎｇＲ细ｅ-ｍｉ放ｘｉｎｇ冲Ｄｅｅ井ｐｗａ椒ｌｌｍ额ｅtｈｏｄ连续墙建师成（TRD工法）的特征比以往的容工法机械欣高度降低主了・直接进入变性，垂直型剖好・在深度方政向可以建况造出均质仔的墙体・可任意设株置芯材的扎间距SMWTRDSMWTRD墙面连续立，没有错鬼缝机械高愧度：10m～12象m机械宽脏度：7m～10ｍ地下连刮续墙建帖造（TRD工法）的施工伪实例适用地基：N值60以下的砂刷质土，粘嘴性土施工成所果：最大施荷工深度硬为49mTRD工法的窗特殊施丧工使建造松倾斜墙财成为可社能高精度连饭续墙的建炸造（GST工法）Geo营-dr贯ill逆ing薯Su仓rve窗y-c段ont叛rol秋Te气chn继olo丙gy呜Met神hodGST工法是规实时监毕测三轴意钻杆挖沾掘机底事部的偏羞差量，然并用计贤算机控锄制自动格修正削际孔方向福的轨道供，由此签来保证拨建造拥蝇有高精骂度的垂悉直性和凭墙体直辅线性的宅地下连踪蝶续墙的瓜施工工寇法。实时监测敌技术由GRI版・五洋建设・清水建袭设・西松建设・tana腐ka重机建躬设共同笛开发自动控制率技术如挖掘顶肌部垂直向呜的偏位到直了设定值（通常为10mm）时，通过控制镰带自动将默三轴中的日一轴紧固