SMW工法设计、施工要点与问题分析

本文讲述SMW工法的基本概念，起源发展，优、缺点，设计要点，施工要点，工程应用，研究进展，问题分析。

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二、SMW工法的起源与发展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。三、SMW工法的优缺点优点：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；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。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工法的设计以SMW工法桩用于地下挡墙为例。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。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。4、截面形式的确定H型钢设置形式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工法施工1、施工工艺SMW工法工艺流程图2、施工要点（1）需开挖沟槽接收返流浆液，设置固定架固定H型钢；（2）需合理确定下行钻进时和上行提升时水泥浆的灌入量；（3）需根据现场条件合理确定搅拌下沉和提升速度，合理确定水泥浆液的配合比；（4）控制水泥土搅拌桩和H型钢的垂直度；（5）需采取合理措施保证H型钢能够顺利回收。3、施工质量保证措施（1）保证水泥、钢材质量，严格钢材加工质量检查；（2）检查桩架的定位，钻孔的深度、速度，检查水泥浆液的搅拌操作规范、水灰比；（3）保证桩机平稳，做到固定端正，桩架垂直；（4）严格控制水灰比，搅拌时间，浆液质量，注浆时控制注浆压力和注浆速度；（5）控制钻管下钻、提升的速度，严防断桩、空桩；（6）在插入H型钢时，必须做到垂直不斜，控制插深，严防错位、插偏、扭歪；SMW工法重叠搭接施工方式SMW工法连续墙施工步骤示意图六、SMW工法的工程应用工程应用主要范围建筑及土木工程之地下挡土墙；防渗止水墙（水坝、污水池等）；软土地基加固。工程应用实例（1）“环球世界”商业大厦基坑基坑开挖面积约3000m2，开挖深度为8.65m，围护结构采用三排水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径700mm，搅拌桩的中心间距为500mm，内插型钢H800×400，翼缘和腹板厚度均为10mm，H型钢长13.6m，间距1000mm。支撑体系采用一道钢筋混凝土支撑，坑内进行注浆加固。SMW工法施工成绩（1）墙体水平位移控制在3cm以内；（2）H型钢最大设计弯矩为设计值的80%；（3）围护结构造价比地下连续墙节约40%；（4）围护结构施工工期缩短1/3。七、SMW工法的研究与发展自1998年起，国内相继研制成功了ZLD系列多轴式SMW工法连续墙钻孔机、四轴深层搅拌机、大深度大扭矩四轴深层搅拌机等施工机械。由上海市土木工程学会地下工程专业委员会组织的“SMW围护桩技术研讨会”于1999年12月8日在科学会堂召开，会议重点讨论了“SMW工法在上海的应用”、“H型钢回收技术”、“四轴搅拌机的研制”等专题。试验研究表明，SMW工法水泥土搅拌桩在不同的土层中使用，效果也不相同。一般说来，原状土体性质越好，水泥土搅拌桩强度越大；原状土体性质越差，则水泥土搅拌桩强度越小。例如水泥土搅拌桩用在砂质粉土与粉质粘土互层⑤1中的效果要比用在淤泥质粉质粘土③1、④中效果好得多。SMW工法围护结构有着十分广阔的应用前景，已为上海土木工程界肯定。高精度地下连续墙的建造（TRD工法）（详情请看筑龙岩土官方微信4月11日推送内容，此处不再赘述）八、SMW工法存在的问题有些工程应用中出现渗漏、变形过大、地面沉降、型钢无法拔起、甚至发生基坑坍塌的主要原因有：（1）水泥土中水泥掺量不够，或者没有区别对待不同的土层；（2）泥浆夜的配合比不当，浆液浓度过小，H型钢易发生倾斜或位移，浓度过大，则型钢插入困难；（3）水泥土搅拌过程中下沉或提升速度过快，造成搅拌不均匀；（4）水泥土搅拌桩搭接厚度不够；（5）水泥土搅拌桩或H型钢垂直度未达到设计要求；（6）水泥土养护时间未到即进行开挖，强度不够；（7）施工过程中出现间断，造成施工冷缝；（8）基坑开挖时支撑设置不及时；（9）H型钢表面减阻剂涂抹不均匀；（10）型钢拔出后的空隙未及时回填；（11）施工队伍素质良莠不齐。