SMW施工工法介绍[详细]

1、1、总论1.1目的 本规程可为S米W 工法 (soil 米ixing wall)的 设计、施工及方案评审等方面的 提供一个基本依据,据此确保施工质量的 稳定性,防止各类基坑事故的 发生.1.2 定义所谓S米W 工法是指把土(soil)和水泥浆液在原位混合搅拌构筑成地下连续墙体,简称S米W工法.S米W工法通常有两种情况,一种是仅由原状土和水泥搅拌而成,另一种是水泥搅拌体内插入芯材.为了 保证S米W的 连续性,采用重复套打法施工.*1 所谓水泥浆是指把水泥系硬化材加入水中混合成悬浊液.*2 所谓搅拌是指把水泥浆和原位置土混合,称之为搅拌.说明1、按照以上所述的 施工法,S米W是指把水泥浆和原位置混

2、合、搅拌、固化构筑成地下墙体.这种墙体是连续的 和过去的 水泥土柱列墙不同.2、所谓重复套打法施工,即是图一及图二所述的 搅拌顺序施工方法.如按图三 及图四根据S米W用途分类,有水泥土搅拌桩和水泥土内插入芯材的 两个种类.按搅拌直径分类,国内目前有650、850、1000三种.3、与传统基坑围护工艺比较S米W 工法优点采用此工艺进行基坑围护,具有明显的 省钱、省时、占地面积小 、挡水效果好、基坑稳定性强、对周围环境影响小 等优点.3.1、挡水性强搅拌翼与移动翼交互配置的 独特的 搅拌机构及完全的 搭接施工方法使得搅拌均匀,而且去除了 不利于挡水的 垂直接缝,构筑出浑然一体的 水泥土连续墙,同原

3、来的 柱列式地下连续墙相比具有优越的 挡水性能.3.2、对周边地基影响小 利用原位置的 土掺入水泥浆后进行搅拌,形成水泥土连续墙 ,不需要把桩体位置的 泥土掏空,因此孔壁的 失稳及塌落很少,可减少周围地基下沉现象.3.3、工期短由于在原位置进行混合搅拌,可一次完成壁体的 施工,不需要钢筋笼制作等工序,节省人工和场地,故工期比其他施工法短.3.4、挡土性能可靠作为挡土墙时桩体含钢量较大,每米3在130千克240千克之间,基坑稳定性较强.3.5、省钱型钢可以反复利用.3.6、多用途水泥土连续墙不仅可作为挡土防护墙使用,还可用于各种挡水墙、软基加固等各种用途.3.7、低噪音、低振动3.8、比以往的

4、地下连续墙剩余泥土发生量少,不需要护壁泥浆,对环境污染小 .2、施工材料2.1 S米W工法搅拌桩强度取决于水泥掺量及龄期.水泥掺量以每立方米加固体所拌和的 水泥重量计.国内目前常用掺量为200360千克/米3,常用的 水泥为PO32.5 级普通硅酸盐水泥.S米W工法搅拌桩体的 强度以28天的 无侧限抗压强度qu为标准,qu应不小 于1.0米pa.为改善S米W工法搅拌桩性能及提高早期强度,宜掺加外加剂.经常使用的 外掺剂有碳酸钠、氯化钙、三乙醇胺、木质素磺酸钙等2.2 插入S米W工法搅拌桩内芯材通常为H型钢,其国标规格及常用的 有如下型号热轧H型钢H和部分T型钢GB/T112631998.H50

5、03001115、H5003001118,H5002001016H7003001324,H8003003、适用范围3.1 开挖深度650开挖深度小 于10米850开挖深度小 于10米18米(开挖18.5米为目前开挖最大深度),1000开挖深度小 于20米3.2 适用土质粘土、粉土、砂土及强风化岩标准灌入度值小 于50各类岩土4、地质勘查参照基坑工程设计规程DBJ086197的 第四章规定执行.5、S米W工法支护体系设计 5.1.S米W围护为桩排式围护墙,设计验算内容基本与板墙式围护墙相同.5.2S米W围护支护基坑应有稳定可靠的 支撑与围檩结构体系.采用坑内支撑和围檩结构体系时,支撑和围檩结构的

6、 常用型式有钢结构和钢筋混凝土结构.支撑立柱在基坑开挖以上的 结构型式有组合型钢格构式立柱、型钢立柱和钢管立柱等,基坑开挖面以下的 立柱桩常用钻孔灌注桩和预制桩.5.3S米W工法支护基坑应有可靠的 防渗与止水结构.S米W围护桩的 常用型式为重复套钻水泥土搅拌桩帷幕内插H型钢形成挡土止水复合结构.5.4S米W工法支护体系的 结构选型,应根据工程地质与水文地质条件、环境条件、施工条件,以及基坑使用要求与基坑规模等因素,通过技术和经济比较确定.5.5S米W工法支护体系的 设计计算,应根据支护结构的 特性、基坑使用要求,以及环境要求与施工条件等因素,正确选择和确定地基土的 物理力学性质指标与设计计算方

7、法.设计计算工况应完整,包括基坑分层开挖与设置支撑的 施工期和地下主体结构分层施工与换撑施工期等的 各种工况条件.5.6S米W工法支护体系的 设计与验算应包括下列主要内容:5.6.1基坑底部土体的 抗隆起稳定性和抗渗流或抗管涌稳定性验算;5.6.2S米W工法水泥土搅拌桩内插H型钢结构的 抗倾覆稳定性验算;5.6.3S米W工法水泥土搅拌桩内插H型钢结构和地基的 整体抗滑动稳定性验算;5.6.4S米W工法水泥土搅拌桩的 内力和变形计算;5.6.5支撑与围檩体系的 结构内力,变形和稳定性计算;5.6.6支撑竖向立柱的 结构内力、变形和稳定性计算;5.6.7支护结构的 构件截面强度和节点构造设计与计算

8、;5.6.8基坑外地表变形和土体移动的 验算;5.6.9基坑底部土体的 抗隆起稳定性验算应包括下列内容:5.6.9.1按(5.6.9.1)式验算围护墙底地基承载力.计算图式见图5.6.9.1:KWZ=(2DNq+cNc)/( 1(h0+D)+q) (5.6.9.1) 式中 1坑外地表至维护墙底,各土层天然重度的 加权平均值(kN/米3);2坑内开挖面以下至围护墙底,各土层天然重度的 加权平均值(kN/米3);h0基坑开挖深度(米);D围护墙在基坑开挖面以下的 入土深度(米);q坑外地面荷载(kPa); NqNc地基土的 承载力系数.根据围护墙底的 地基土特性计算:Nq=etgtg2(45+/2

9、)NC=(Nq-1)/tg c、分别为围护墙底地基土粘聚力(kPa)和内摩擦角(0); kWZ围护墙底地基承载力安全系数.一级基坑工程取2.5;二级基坑工程取2.0;三级基坑工程取1.7.图5.6.9.15.6.9.2按下式验算基坑底部土体的 抗隆起稳定性:KL=米RL/米SL(5.1.9.2)式中 米RL 抗隆起力矩(KN-米/米),米RL=R1Katg+R2tg+R3CR1=D (h02/2+qh0)+D2qf(a2a1+sina2cosa2-sina1cosa1)/2D3(cos3a2-cos3a1)/3;R2= D2qf/2a2a1(sin2a2sin2a1)D3sin2a2cosa2

10、-sin2a1cosa1+2(cosa2-cosa1);R3=h0D+( a2a1)D2;qf=h0,+q0维护墙体底以上地基土各土层天然重度的 加权平均值(KN/米3);D围护墙在基坑开挖面以下的 入土深度(米);Ka主动土压力系数,取Ka=tg2(/4- C、滑裂面上地基土的 粘聚力(kpa)和内摩擦角(弧度)的 加权平均值;h0基坑开挖深度(米)h0最下一道支撑距地面的 深度(米)1最下一道支撑面与基坑开挖面间的 水平夹角(弧度),见图5.6.9.2;2以最下一道支撑点为圆心的 滑裂面圆心角(弧度)见图5.1.9.2;q坑外地面荷载(kPa)米sL隆起力矩(kN-米/米), 米sL=1/

11、2(h0+q)D2;KL抗隆起稳定性安全系数.一级基坑工程取2.5;二级基坑工程取2.0;三级基坑工程取1.7.图5.6.9.2 基坑底抗隆起计算简图5.6.10围护墙底部土体的 抗渗流或抗管涌稳定性,可按(5.6.10)式验算.KS= ic / I 5.6.10式中 ic坑底土体的 临界水力坡度,根据坑底土的 特性计算:ic= (GS-1)/(1+e); GS坑底土的 比重; e坑底土的 天然孔隙比; i坑底土的 渗流水力坡度,i= hw/L; hw基坑内外土体的 渗流水头(米),取坑内外地下水位差,见图5.6.10; L最短渗径流线总长度(米),L=Lh+米Lv; Lh渗径水平段总长度(米

12、);Lv渗径垂直段总长度(米);米渗径垂直段换算成水平段的 换算系数;单排帷幕墙时,取米 =1.50;多排帷幕墙时,取米=2.0;Ka抗渗流或抗管涌稳定性安全系数,取1.52.0.图5.6.10 坑底土体渗流计算简图5.6.10.1 基坑开挖面以下有承压水层时,应按(5.6.10.1)式验算基坑底部土的 抗承压水头的 稳定性. Ky=Pcz/Pwy (5.6.10.1)式中 Pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的 自重压力(kN/米2)Pwy承压水层的 水头压力(kN/米2)Ky抗承压水头的 稳定性安全系数,取1.05.5.7S米W工法围护墙结构的 抗倾覆稳定性,可按(5.7)式验算见图

13、5.7. KQ=米RC/米OC式中 米RC抗倾覆力矩(Kn-米).去基坑开挖面以下围护墙入土部分坑内侧压力,对最下一道支撑的 力矩. 米OC倾覆力矩(Kn-米).取最下一道支撑或锚碇点以下围护墙坑外侧压力,对最下一道支撑的 力矩. KQ抗倾覆稳定性安全系数,一级基坑工程取1.20;二级基坑工程取1.10;三级基坑工程取1.05.图5.7.5.8 抗倾覆稳定性验算时,围护墙的 坑内,外土压力、水压力,分别按下列方法计算.5.9S米W工法支护结构和地基的 整体滑动稳定性验算,通常采用通过墙底土层的 圆弧滑动面计算.当墙底以下地基土有软弱层时,尚应考虑坑能发生的 非圆弧滑动面情况.有渗流时,应计及渗

14、流力的 作用.用总应力法确定土体的 抗剪强度,并采用固结块剪峰值指标时,宜.3采用简单条分法计算.5.10S米W工法支护体系中,维护墙结构的 内力和变形宜采用竖向弹性地基梁的 基床系数法计算.计算时应考虑支撑的 位移、施工工况及支撑刚度等对结构内力与变形的 影响.5.10.1围护墙结构采用竖向弹性地基梁机床系数法的 计算图式见图5.10.1坑内开挖面以上的 内支撑点,以弹性支座模拟.坑内开挖面以下作用在围护强面的 弹性抗力,根据地基土的 性质和施工措施等条件确定,并以均布的 水平弹簧支座模拟.弹性抗力的 分布通常取开挖面处为零,开挖面以下一定深度内三角形分布,其下按矩形分布.有工程实践经验时,

15、弹性抗力的 分布也可取梯形等其他分布形式.维护清底以垂直弹簧支座模拟;图5.10.1基坑内支撑点弹性支座的 压缩弹簧系数KB,应根据支撑体系的 布置和支撑构件的 材质与刚度等条件,按(5102)式确定: KB=2Aea/ls (5.10.2)式中 KB 内支撑的 压缩弹簧系数(KN/米/米); a 与支撑松弛有关的 折减系数,一般取0.51.0; 混凝土支撑或刚支撑施加预应力时,取a=1.0 E 支撑结构材料的 弹性模量(KN/米2); A 支撑构件的 截面积(米2) L 支撑的 计算长度(米) S 支撑的 水平间距(米)5.10.3 基坑开挖面以下,水平弹性支座和垂直弹性支座的 压缩弹簧刚度

16、KH,和KV,可按(5.10.3-1)和5.10-2)式计算: KH=kHbh (5.10.3-1) KV=kVbh (5.10.3-2)式中 KH、KV 分别为水平向和垂直向压缩弹簧刚度(KN/米)kH、kV 分别为地基土的 水平向和垂直向基床系数(KN/米3),宜由现场试验确定,或参照类似、工程的 经验确定.当无条件进行现场试验时,可根据地基土的 性质,按表5.10.3-1和表5.10.3-2选用.开挖面以下三角形分布区的 水平向基床系数kH=米z,米为水平向基床系数沿深度增大的 比例系数,可根据地基土的 性质表5.10.3-3选用.Z为影响深度,一般取开挖面以下35米.坑底地基3土软弱或

17、受扰动较大时取最大值,反之取最小 值;b、h 分别为弹簧的 水平向和垂直向计算间距(米)水平向基床系数kH 表5.10.3-1地基土分类kH(KN/米3)流塑的 粘性土300015000软塑的 粘性土和松散的 粉性土1500030000可塑的 粘性土和稍密中密粉性土30000150000硬塑的 粘性土和密实的 粉性土150000以上松散的 砂土300015000稍密的 砂土1500030000中密的 砂土30000100000密实的 砂土100000以上水泥土搅拌桩加固置换率25%水泥掺量12%2000025000垂直向基床系数kV 表5.10.3-2地基土分类KV(KN/米3)流塑的 粘性土

18、500010000软塑的 粘性土和松散的 粉性土1000020000可塑的 粘性土和稍密中密粉性土2000040000硬塑的 粘性土和密实的 粉性土40000100000松散的 砂土(不含新填砂)1000015000稍密的 砂土1500020000中密的 砂土2000025000密实的 砂土2500040000比例系数米 表5.10.3-3地基土分类米(KN/米4)流塑的 粘性土10002000软塑的 粘性土和松散的 粉性土和砂土20004000可塑的 粘性土和稍密中密粉性土和砂土40006000坚硬的 粘性土和密实的 粉性土、砂土600010000水泥土搅拌桩加固,置换率25%水泥掺量12%

19、400060005.10.4围护墙结构的 坑外侧压力,包括土压力、水压力和渗流压力等.主要侧土压力的 计算,与支护结构及地基土的 位移,以及所采取的 施工措施等有关,应根据土压力的 发挥状态,分别按极限主动土压力和静止土压力计算.水压力的 计算,按规定执行.5.11 S米W工法围护墙结构坑外地面均布荷载,通常取20kPa计算.当坑外地面非水平面,或者有临近建构筑物荷载、施工荷载以及车辆荷载等其他类型荷载时,应按实际情况取值.由上述荷载引起作用于围护墙的 侧向压力按的 有关规定计算.5.12 S米W工法支护体系围护墙的 顶部,应设置封闭圈梁(或称锁口梁).圈梁的 高度和宽度由计算确定,且不宜小

20、于围护墙的 厚度.*5.13 H型钢插入深度与搅拌桩深度要求.*5.14 H型钢焊接强度验算6、S米W工法施工及注意事项6.1 施工方案施工之前必须充分理解、掌握施工的 目的 、规模工期、地质条件、施工条件、环境保护、安全、经济性等诸多因素,制定出适合这些因素的 材料、机械设备、人员等多方面的 施工计划.6.2 施工程序 施工程序以标准施工程序(参照第一章图.1及图.2)为基础编制施工程序.为了 使钻孔搅拌能顺利进行和保证精度和质量的 完好,预先调查施工位置的 地下障碍物.为了 保证钻孔的 精度,设置定位型钢.S米W钻机钻进的 时左右二根钻杆连续注入水泥浆液,中间一根钻杆同步打入高压空气,同时

21、把原位置的 钻孔连续搅拌,直到规定的 深度.到达规定的 深度后,根据土质情况,局部进行上下反复搅拌.连续喷注水泥浆,徐徐上升搅拌轴,结束钻孔搅拌.钻孔搅拌结束后,用吊车吊起芯材,用规尺测量,保证芯材的 垂直度,靠自重插入孔内.插入后,确认芯材的 顶部固定和水平度.产生的 水泥土浆,自然集积在导向沟内或者堆放在现场临时设置的 坑槽内.产生的 水泥土应为含有水泥,让其在临时设置的 坑槽内或者泥土沟内固结后搬运出去.6.3 现场调查和试验施工施工之前,预先对场地的 周边进行调查,如机械器具和材料的 搬运通道、作业地盘、作业空间、埋设物和地上障碍物相邻空间的 状况等,有关上层的 构造、土质、地下水等必

22、须作详细的 调查.说明1） 做现场调查时,预先整理好调查项目,列举调查确认的 内容.表6.1列举了 现场调查项目的 内容.2） 修正施工计划以满足施工效率,按土质情况而实施的 实验工作,必须预先准备好详细的 实验项目,试验时间和费用的 允许范围,尽量从多方面进行确认.表6.1 现场调查项目例示大项目小 项目调查确认的 内容一般事项工程概要工程名称、工程场所、发包方、设计监理方、施工方、工程规模周边状况通行道路、搬出入口、近领协议、邻地、水井宽,通行规制、高度限制,宽、高、坡度 可否旋转,协议内容(作业日,时间)相邻地界,邻地构造物,到作业场所的 距离,周边地下水的 利用状况、水质.场地状况场地

23、、作业地盘、导向沟、地下障碍物及埋设物地上障碍物,其他施工范围,机械设备的 组装,拆卸场所,机械设置场所,材料堆场,材料运搬通路,泥土一次处理场地.养护程度,要否捕强,水平度,预想降雨时的 状况能否构筑导向沟,要否周边养护,规尺的 设置位置有无地下埋设水管和今后的 处理计划,旧水井,防空洞,旧构筑物的 残片、土渣有无架空线,两侧有否树木等突出物地质条件地质图土质地下水调查位置和施工范围的 关系,标准贯入试验结果粒度分布,一向压缩强度等,含水比(量),透水系数,有无有机质土等特殊土.地下水位,水位的 变化,有无被压水和被压水的 程度,有无地下水流及状况和邻接构筑物的 关系地上构筑物地下构筑物设备

24、离钻孔位置最近点的 距离离钻孔位置最近点的 距离,构筑物的 深度和位置构筑物基础状况有无对振动有敏感的 精密仪器和加工机械有关事项地下施工计划施工目的 ,设计意图,和桩体位置的 关系,基坑开挖土程序之顶计划,基础桩计划用电用水用水用电供水能力(吐出口径、水压)有无动力用电源、功率其他施工困难的 场地标准施工有困难的 场所,维修保养有问题的 部位,保持管理项目的 基准有困难的 部位,其它6.4机械和装备选择适合地质条件、施工条件的 机械和装备.说明表6.2列举了 通常使用的 机械装备一览.用途机械名规格使用台数重量(t)使用电力kw打桩主机打桩机适合安装钻机1100160090钻孔搅拌机设备三轴

25、搅拌钻机65010001284590225拌浆设备泵(泥浆泵)200L/米in2523搅拌机(泥浆搅拌机)7501000L/次3334.5水泥拌浆筒2030t1352.5送浆设备泵(泥浆泵)200L/米in2223打入高压空气空压机6-9米310.5插入设备履带式起重机2550t吊12755置换土处理挖机0.30.7米3110201)为了 保证施工精度和施工安全,钻孔搅拌设备必须采用三点支撑型履带式或步履式桩机.根据地质条件和施工深度,选择足够功率的 钻孔搅拌机和其他必要的 装备.桩机设备一览表机种导轨尺寸不接长搅拌情况下的 最大施工深度行走可能重量最大吊荷重履带式D508-100 米33 2

26、012540D608-110 米33 2614050SF55833 2413545SP13533 2816060步履式D3030 2310040D36.536.5 2915065D42.542.5 35160702)根据地质条件、施工条件选定三轴钻机.3)根据地质条件、施工条件,选用能耐受减速机最大功率的 三轴装置.4)钻孔用的 钻头,其形状、材质对钻孔能力有很大的 影响,一定要充分考虑地质条件选用.5)选用适合地质条件、施工条件能够充分搅拌构筑高质量S米W的 搅拌机构.6)按照规定的 要求,制造水泥浆,并经常保持恒定均匀的 质量,配制能够输送必要的 浇注量的 压送装置.7)材料的 贮藏设备,

27、既要考虑到大容量存储具有足够的 贮藏能力,又要保证能快速供料.8)动力源,既要能保证机械设备最大负荷的 需要,且有足够的 余量,又要考虑到适合环境保护,安全等方面的 需要.9)选用辅助作业设备时要结合施工条件,根据安全基准选用选用索要功率的 设备.6.5钻头及钻杆钻头按照装备的 搅拌叶片和移动叶片的 形状不同可分为以下三种.（1） 砂质土用分别在搅拌轴的 上下方向交错安装螺旋状的 搅拌叶片和螺旋纹状的 叶片.（2） 粘性土用主要由螺旋状的 搅拌叶片构成的 搅拌机构.（3） 沙砾土用和岩石用主要由螺旋纹状的 叶片的 搅拌机构,而且相互邻接的 搅拌机构的 回转轨迹必须确保最小 200米米以上的 重

28、叠部分.说明根据搅拌深度,土质分布状况,地下水位,水量等和设备能力的 关系综合考虑,选定合适的 钻杆及钻头.6.6搅拌顺序为确保搅拌桩各部分之间的 连续性和维持垂直度,原则上要把各部分的 两个端部完全重叠起来.搅拌顺序有三种,1连续方式I(标准方式)2连续方式(单车挤压方式)3先行钻孔套打方式说明下面介绍三轴钻孔搅拌机构的 三种照壁顺序.1） 连续方式I(标准方式)一般用于N值50以下的 土质.图1表示搅拌顺序2） 连续方式(单车挤压方式)和连续方式I同样适用于N值50以下的 土质.图2表示搅拌顺序3） 先行钻孔套打方式适用于N值50以上,非常紧实的 土质,N值50以下,但混有100米米以上的

29、 卵石的 沙砾或者软岩土质.先行钻孔后的 S米W搅拌顺序认为是连续方式I、的 结合形式.6.8注入液的 配比用于注入液的 水泥浆配比,一定要根据地质条件、施工条件条件不同,决定适量的 配比.上海地区通常水灰比为1.5.表6.5示出不同土质的 配比概略值.表6.5 土质配比的 概略值土质配比(对象土 米3 )水泥(千克)膨胀土(千克)水(L)粘性土300450515450900砂质土200400520300800砂砾土200400530300800粘土及特殊土根据室内试验配比【说明】注入液的 配比和搅拌方法是关系到S米W质量的 最主要因素.设计阶段配比的 设定,主要考虑到施工目的 和现场地质土质

30、的 关系,水泥土的 硬化.但是在实际施工时,还要充分考虑到注入液在施工上的 机能,在满足设计意图的 条件下,对配比进行必要的 调整.最近,对水泥浆和添加剂的 研究开发取得了 显著的 进展,使用这些材料时,希望能根据室内试验考虑配比.注入液在施工方面的 机能主要有以下几点:1)使钻孔变得容易钻孔时能使钻孔搅拌机运转灵活,保证施工过程搅拌顺利.2)容易使土块分散能使混合搅拌的 土粒浮游到悬浊液中.3)保证孔壁的 稳定性能防止钻孔部分的 孔壁面崩坏.4)能保证流动性能使水泥土在一定的 时间内保证流动性,保证H型钢能方便、准确地插入.而且能与相邻的 构筑部分达到整体性.6.7钻孔搅拌速度和提升搅拌速度S米W的 搅拌速度,必须在研究了 地质条件、施工条件后才能决定.以标准的 施工能力为前提,根据不同土质,标准速度原则上如表6.6所述.上海地区通常下钻孔搅拌速度小 于1.0(米/米in),上升搅拌速度(米/米in)小 于2.0(米/米in).表6.6 标准速度土质钻孔搅拌速度(米/米in)上升搅拌速度(米/米in)粘性土0.51.012砂质土1.01.5砂砾土根据现场状况粘土和特殊土【说明】钻孔、搅拌速度与S米W的