smw工法在基坑围护结构中的应用综述

SMW工法在基坑围护结构中的应用综述［摘要］SMW工法自从日本引进后，作为围护结构在国内得到了一定程度的应用，但是使用中也发现了不少问题。本文从经济性、机械设备、设计方法和施工技术等方面进行了分析总结，并提出了一些问题，以便此工法能得到深入研究和广泛应用。［关键词］SMW工法；组合结构；变形SMW工法是SoilMixingWall的简称，它是一种劲性复合围护结构，通过特殊的多轴深层搅拌机在现场按设计深度将土体切散,同时从钻头前端将水泥桨强化剂注入土体,使之在搅拌过程中与地基土反复混合搅拌。在各施工平面之间,采取重叠搭接,在水泥土混合体未硬之前插入受拉材料(常为H型钢),作为应力加强材料,直至水泥结硬、形成劲性复合围护墙体。这种结构充分发挥了水泥土混合体和受拉材料的力学特性[1]，同时具有经济、工期短、高止水性、对周围环境影响小等特点。1987年，我国冶金建研院列项研究，1994年通过部级鉴定。上海隧道公司进一步结合上海软土深基坑围护工程的特点，进行了型钢水泥土复合桩结构试验、型钢减摩擦剂研制、型钢起拔模拟试验、专用桩机及起拔型钢设备研制，取得了重要成果，1997年8月经鉴定认为其达到国际先进水平[2]。SMW工法在国内应用时仍受到不少限制，机械设备、设计理论、施工技术等方面还存在一些问题，SMW工法围护结构的基坑塌方频率较其它围护型式要高，应该引起工程界的重视。1国外应用情况SMW工法由日本成幸工业株式会社1976年开发成功。作为基坑围护结构的一种施工方法，它在日本、美国、法国以及东南亚和台湾等许多地方得到了广泛应用。归正[3]等人对日本成幸工业株式会社1984~1996年的SMW工法施工情况进行了统计分析，在台湾和美国等地施工73项工程，总面积1003419m2，1992～1996年平均每年施工249.5项工程，每项工程平均施工面积16555m2。傅德明[4]认为，SMW围护为日本国内基坑围护的主要工法，约占地下围护结构的80%。日本SMW桩的搅拌钻机一般采用3轴钻机，也开发了4轴～6轴钻机，一次成墙长度达1.5m～3m，最大搅拌深度达65m，水泥土强度达1.0MPa～3.0Mpa，钻孔垂直精度可达1/200。为适应不同的工程要求，日本目前主要开发了三类机型[5]。标准机型按钻头规格分两种，φ550的机型，桩架高18m、成墙深35.0m；φ850的机型，桩架高30m、成墙深45.0m。低高度机型有SMW15M机型、SMW5000机型、STS机型三种系列。TMW(TouatsuSoilMixingWall)机型与SMW机型相比则可形成等厚度混合土连续墙,提高了防水能力。钻机功率主要有90kW、120kW、150kW、180kW等,其中90kW、120kW最为常用，150kW以上主要用于软岩地层。2国内研究进展2.1机械设备国内SMW工法的施工机械，主要有国产的双轴搅拌机（SJB-40型），也有引进的三轴搅拌机（日本的PAS-120VAR型）。建设部北京建筑机械综合研究所[8]吸收国外的先进技术,开发出了ZKD110型多轴式连续墙钻孔机，该机根据土质不同有砂质土用、粘性土用砂砾及岩盘用三种钻具，电机功率为55(4P)/40(8P)×2kW，钻孔深度最深达30m。黄均龙和张冠军[9]对国产双轴搅拌机（SJB-37×2）、日本三轴搅拌机（PAS-120VAR）和国产四轴搅拌机（SJB-42/30×4）的性能进行了比较，三种机型的电机功率分别为2×37kW、2×45kW、4×42/30kW，成墙深度分别为20m左右、27m、28m左右。由于国内通用机械制造业与国际上先进国家的差距，SMW工法的施工机械、成桩深度、施工效率以及施工质量上存在着一些缺陷，阻碍了SMW工法的进一步发展，其推广与普及受到一定限制。2.2设计方法通常认为[10]，水土侧压力由型钢单独承担，水泥土作用是抗渗止水。试验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢刚度、减少了位移。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型钢失稳。SMW支护结构的设计内容主要包括如下几个方面：=1\*GB3①水泥掺入比水泥掺入比一般在综合考虑土质、侧压、芯材间隔等因素的基础上,根据室内试验确定。丁克等[11]通过试验得出试验数据结论,主要有（1）~（4）式的关系。水泥土单轴抗压强度qu与水泥掺入比aw的关系：（1）水泥土的设计抗压强度：（2）烈设计抗剪善强度任：瞎闷害准棍前州泛迫叶煌客（书3崖）梦设计抗拉幸强度巷：霸姨杠诸册旅钓半什咬忘管绍左（么4父）以式中葱k棵w瓶为鉴强度增长租系数窃，贯q距u0渗为原状土镜无侧限抗芬压强度，毫q滨u屠28蝇为水泥陪土坚2院8伪天单轴抗象压强度妙。=2\*GB3禾②旁型钢入土凡深度邀D勤H载型钢入土并深度主要冶由基坑抗妻隆起稳定京性、挡墙厉内力和变惩位不超过红允许值、予能顺利拔核出等条件桌决定，按宪式江（输5园）验算抗慕隆起安全突系数铺K朽s谱来确定型据钢入土深劳度周(粮要求鱼Ks照≥鸡1.10获～叛1.20寸、型钢埋婶入水泥土道长度柱)锣，若该数酬值使结构差内力和变残位过大脂，则渣需加大入宽土深度后号再进行挡险墙结构分楚析。留戚梁俯立昼思针朝签仁（朱5窄）堵式中述:姐D鼠H缎—裳型钢入土兄深度抽，堪H宵—维基坑开挖酸深度失，雁γ木—害坑底及墙驰外侧土体秧重度仅，咽c束—绪坑底土体顶凝聚力嫩，旨q杨—榜地面超载梦，颤N库q陡、叨N区c浇—迈地基承载酬力系数。=3\*GB3逝③谨猛水泥土桩作入土深度图D举c势SMW讯工法中水拾泥土桩入肯土深度割D融c香主要有三页方面的水壶力条件决倍定：确保青坑内降水悠不影响到敲基坑以外慌环境、防铜止管涌发销生、防止两底鼓发生糊。=4\*GB3氧④娱急型钢抗拔腰验算分H够型钢的抗锻拔力弄P弃m险主要由静引摩擦力兄P局f锦、变形阻森力发P梢d叶及自重壁G饺等三部分汪组成贫,爆即降建坚易滥狐富歉私印取侮药京犁厕（砌6与）=5\*GB3倡⑤病SMW聪工法截面抵设计殃截面应符价合以下设放计要求滨：仰型钢净间践距、芯材棒与孔壁之傻间最小保论护层厚度别、水泥土暑墙体厚度剑。=6\*GB3腾⑥谊涝挡墙强度曲及变形验谈算耍多层支撑身挡墙结构派常采用等惊值梁法、栗逐层开挖技支撑支承克力不变法赚和弹性梁继法等方浑法。局部果验算时主膏要包括洪[1]做：型钢底顽端截面水羽泥土抗剪研强度、退水泥土与蝶型钢联接贫部位错动沿剪力、水葱泥土搭接晕处抗剪强朝度蓄、纺侧压力作盛用下承载米拱的轴力墙强度。化软土地区疏还要进行蒜整体稳定眠性、抗倾惕覆、抗滑咳动等验算队。烘2.3丰催经济效益维SMW原挡墙成本惜一般为地初下连续墙絮的疼70%虫左右旺，谁若考虑聋H搜型钢的回属收，则成穿本可再下贴降元20%撕～碍30%诉。盖表极1脏为从镇江市新座河桥泵站槐基坑三种需围护方案吼的工程造晃价纳[6]败，实际费亲用比设计环测算一般构还要多。围上海市轨记道交通明盘珠线二期钩工程溧阳瞒路车站霜[7]帖设计围护纳结构时，追考虑了地袍下连续墙均，钻孔灌堪注桩及适SMW著工法三个形方案。按兰每延米折兴算，三个灿方案测算引造价分别斧为喊4.8考万元忌、贱3申.匙7弃万元、扶2.82撤万元。需表浑1功柿三种施工跨方法经济设分析汁支护方法横工程直接若费赠/匀万元依工程间接扇费所/蛮万元浪工程总费孔用剃/西万元幼工期丝/d恶分析献结果祖措施其拆迁竟沉井法按153.翠5宵31.4牵33.0致217.塔9片85瘦设计测算苍深层搅拌必桩加灌注励桩吓115.恳0栗81.5练0.0过196.铺5穴75并设计测算首SMW修115.炭0凑74.0揉0.0席189.虚0拿55龄实际费用堤2.4影泉一些试验蜂成果党SM腥W兄工法中由饺于型钢与当水泥土的孩相互作用恼，使型钢犁抗弯刚度璃得到提高掀。茫图解1星[12]拿为日本材叛料协会对芒H粘型钢与水壮泥土共同棒作用的试世验结果曲跳线，曲线拔a重表示水泥赶土与尘H卡型钢混合根体荷载挠擦度的关系吐，艺曲线其b芦为冷H明型钢的相毒应关系。闲由反图边1舰可见炎，箱相同荷载伪作用下水凡泥土与摸H秘型钢的混蚕合体挠度闹要小一些素，医其抗弯刚耍度比相应亿H动型钢的刚巧度要大载20%岔，刚度的内提高可用负刚度提高机系数脂表示：侦某臭解沟菊昂反弦抱凝别拖缴暂滋（怀7截）战式中，回E兼cs条、销E逮s肤分别为撕H葱型钢混合僻体与偿H唤型钢的弹贱性模量爱，敲I冈cs指、艰I孕s羞分别为联H胀型钢混合锦体与稍H弹型钢的惯歌性矩。殃型钢起拔暮回收和重鼠复利用步是愁SM路W辣工法的一馒个最大特览点。试验担表明，起钞拔力丽P它0跌与型钢垂寸直度、变煌形形状密坦切相关，牧由拔出力酷P馆与拔出长伙度咳H出的特征曲倾线（玉图桑2召）势看出，醒P谋0垒在静止摩喇擦力变为饰动摩擦力骡后迅速减锄少，拔出腥型钢的零P吓0以应小于最粱大抗拔力匹P硬m百，若舟A毕H梅为型钢截膊面积、料σ限s折为型钢屈拌服强度，沿则燕馋萄戴译舰烟忆施狼别洞半县捎编剧（蛋8常）币图灶1来纲劲性桩伟与愧H乞型钢压弯催比较禽图紫2丽型钢拔出周特征曲线清王健蹈（表199归7名）对两种旋土质三种抱断面组合自形式的皱H蓝型辈钢智-栏水泥土组识合梁进行银抗弯试验妈，分析了沃组合梁受牺力和变形岩过程中不蚊同的作用概形式，并柳提出了水犬泥土贡献模系数的经怜验公式。农上海隧道触股份有限席公司努[4]街对起拔技身术的研究德主要是：唉减摩隔离搏材料的选彻定，型钢滥垂浴直度、水梁泥土的强度度和起拔吨型钢的温餐度等对型树钢起拔的卫影响，起孙拔装置的馅研制。赞搅拌桩体闸对型钢的蓬适应性是醋SMW靠工法的关耍键。如果释型钢与搅桨拌桩变形也不协调，风可造成桩置体开裂、笼大量漏水片、工程失晓败。研究柜表明，搅飞拌桩强度舌在空气中纹增加较快尘、在土中江较慢。开沫挖过程中旨搅拌桩变最形在土中变即已发生潮，桩体强池度较低、荡变形适应要性较好；嫁开挖出来辞后桩体强供度迅速提毙高、变形垒已基本完兆成。大量答工程实例沿证明眠,厕一般基坑宿计算变形鹿在面30mm默左右时不奋会导致搅孩拌桩体大擦量开裂。像国外曾电对叉SMW似挡墙组成摇材料的力赠学特性和帖受力机理心进行了大弹量试验研捉究跨[13]凝，铃木健蹲夫、国藤螺祚光脏(摄1994杜)骆对水泥土骑进行了室披内实验研况究；绸Yosh庭ioS睡uzuk语i(19刊82)屡通过固结灾排水和不沈排水三轴谱压缩试验坚，章对水泥掺做入比惕15迟%忠的水泥土损试样进行奶了研究；移铃木健夫孙(京1982洗)子取现场养芹护的螺SMW病墙体制作角试件进行碑了抗弯试顶验研究；笛青木雅路裤等朽(走1993右)恶对某建筑守13政年前施工烈的亩SMW盐地下墙进朵行了耐久屠性调查试夏验。这些搂研究取得蛙了不少实槐用性成果倚，为制定希SMW塌工法设计飘施工标准捞或规范提平供了依据黄。债国内一些平人员将有逝限元应用贤于词SM灿W常工法围护举结构分析社，喂佘跃心等待[14]楼用接触面绪单元模拟简桩土界面棚，考虑周摩围建筑物蚊荷载、施承工荷载、茂施工降水娱的影响，间探讨了颠FEM挖模拟原理暗，建立了珍二维平面摸有限元模往型；王健麦[15]输用疑Dunc杠an灯-谁Chan蒙g望模型模拟敢土、纽用有厚度够接触面单假元模拟接罩触面、网用平面八贯节点等参扑单元模拟利土、用梁帐单元模拟蛇墙体、用孕一维杆单乎元模拟支远撑，编制王了相应程历序姑FE滔-鼠SMW1虾.味0道。岂3外SMW异工法设计笼和施工中均的存在问值题你3.1犁亏设计方面保（肌1椒）目前我筝国还没有盾一套完备严的笔SMW标围护结构袜设计规范昆或标准，使整个设计层过程只能史参照有关娇资料，缺乎乏统一理待论。从基苦坑结构计桨算可以看艰出，基坑域整体稳定赔性分析采包用上海市摸标准《基燕坑工程设妻计规程》芒,诉为总安全退度表达方虹式，而围刚护结构局令部构件检锐算采用极欣限状态表狂达方式。含（可2摊）水泥土姨与型钢组易合构件受库力机理尚察不十分明终确，尤其玻是减摩剂娇采用使这扰种关系变晕的更加复域杂，型汤钢洁“息全扔位瘦”夫和贱“望半春位帅”宇布置时，啄组合构件俯整体刚度顺难以确定御。用式厚（堪7日）学计算出的亮提高系数琴值与实测汇值相差较芳远劫,于鹿而准确确报定服值对于计戏算墙体变镰位具场有重要意破义。欢（模3由）水泥土榴抗压、抗救剪强度设哭计值及豪H喘型钢与水买泥土之间滩单位面积厘摩擦盈μ公f炒只能依据辈工程经验费采用沙,颤仁变形阻力厘的定量化获很困难，片给设计带因来不明确础因素。溪（洋4档）有限元峰法肾对燃SM构W吊工法围护全结构的研口究还不充苹分，会碰网到土层变住形模量、抢支撑刚度置和桩墙刚车度等参数择的选择问思题。盆3.智2剩施工方臣面责（昏1仆）可SMW疾工法围护沟结构施工功中，组合孕结构变形个刚度相对页较小，围立檩对提高慌围护结构材整体性起胜到很重要虏的作用，侦如何将围告檩的施加健方式与基架坑开挖方轧法相结合毛是一个值慰得考虑的罩问题。省（吧2光）基坑开穴挖所造成疼的答SMW留挡墙变形占使型钢产洁生弯曲，晚减摩剂性劣能或施工窝质量等原以因，都会挪致使薪H饲型钢的拔它出存在困醋难，或拔弓出后较难价重复使用马,坡因此必须甚解决好型坊钢有效拔珠出问题。训（晋3锹）就目前卵施工机械鞋能力和施培工水平以过及工程经拾验，围护共结构形式怒对于基坑松深度拒>14m求的基坑应启慎重采用让，开挖深搏度超哄过浴12矩m残，基坑变族形明显增朵大。解决裕此瓶颈是渣进一步发详展的关键捐问题。法（踪4须）在基坑润开挖过程瘦中，司SMW妄工法围护粗结构变形挣受水位变塘化的影响阶比较大，帅必须考虑栏周边的降预水，以达哲到减少变沿形的目的蹲。怀4物结束语徐SMW确工法围护农结构在国指外（尤其迁日本）应是用很广泛雁，具有很毒高的经济缠效益，工期程适应性亡也比较强衡。但是近蔑几年来，引SMW淋工法围护示结构在上伶海等地区缠的应用情团况却不容徒乐观，本棍文提出了扣部分问题爽，希望能磨抛砖引玉史，重新引界起广大工询程科技人遍员对此工两法的注意晓。参考文献跌[1]萝蚀仓恒果芳姐.仇SMW按工法在新截模范马路雹地下缎人行过街删通道基坑顾支护中的番应厉用北[J]往.品江苏建烈筑册,繁2002肉,86(鉴3燃)衰：殿48窃~够51.圣[接2冰]跪拆张剑锋毙等锦.遣型钢水泥颜土复合搅贩拌桩港(府SMW浊工法贪)傍支护结构古的应础用讽[J]应.条电力勘坚测叶,计2000俩,27(墙3惑)病：拆4撞~方7.拖[3]桑振归正霸等尚.SM剪W卫工法及其莲应用背[J]营.瞎建筑机械揉化什,200处0(2厉)完：扣49~5费1.尤[4]秒扛傅德赢明网.勒SMW艘围护桩在刮上海地区抽的开发和少应用砍[J]仇.挎江苏地节质叹,驼2002鹊,母26(2番)爪：扭101~质105.慰[5]夕疼归正驶等寸.够SMW丙工法机械厘及其改进跑[J]怒.羞建筑机厅械键,养2000把(转6帐)魄：愉26始~斤28.祖[6]献叫钱玉林圆等守.SM避W笔支护结构