基于掺土水泥排桩法在深基坑开挖中的应用

2013-12-18□□

建材技术与应用 2013年3期

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(濮阳职业技术学院，河南濮阳 457000)

引言

SMW工法连续墙于1976年在日本问世，该工法目前在美国、法国及东南亚等国家或地区得到了广泛应用，近几年在我国的一些城市得到了迅速推广。SWM工法是一种地下基坑支护，通过水泥桩形成地下连续墙来进行基坑支护，然后在桩体内插入型钢，以达到一定的强度。

1 SMW工法施工步骤

1.1 导沟开挖

为使钻孔搅拌能顺利进行，保证质量及垂直度，钻孔前应先进行导沟开挖，以探查并拆除地下障碍物，同时该导沟可兼作钻孔时排除泥水的处理沟。

如果在工地附近有浅基础建筑物，为了保证房屋安全，在SMW挡土墙尚未硬化时，应做必要的支撑。

1.2 导轨的设置

为维持墙体的水平与垂直度，钻孔前先设置导轨及导轨支承构材。导轨长约10m，导轨支承材约2.5m，一般采用H300mm×300mm型钢。设置后在导轨上用油漆标出H型钢的间距位置。

1.3 钻孔搅拌

将SMW机械定位，随之注入水泥乳浆，至预定深度后，上下搅拌底部约2～5m的范围，搅拌后，上端继续喷出水泥乳浆，并逐渐升起螺旋钻完成钻孔搅拌。

1.4 应力材料的置入

钻孔拌和完成后，用吊车吊进H型钢材，H型钢依据定线垂直向下利用自重插入墙中，确认H型钢头部的方向及水平后，将H型钢固定。H型钢的插入原则上在2～3个单元完成后施工。

1.5 残余废土的处理

施工产生的废泥，靠其重力自然流入导沟或临时池坑，因为所产生的废泥中含有水泥，待废泥固结后用车运走。

1.6 浇筑混凝土压梁

SMW工法用于深开挖工程时，挖土前应在H型钢顶端浇筑钢筋混凝土压梁，以确保墙体开挖后受力均匀，防止局部变形和裂缝。

2 施工机具

施工使用的机械与机具，应根据工程规模、工期要求、地质情况等来选择。SMW工法连续墙施工最常用的施工机械是三轴型钻掘搅拌机，钻掘机通过多轴装置、钻杆、搅拌翼和钻头进行钻孔。施工中，搅拌翼根据土壤情况选用。钻杆是空心型，水泥浆由输送管通过钻杆中间孔，从底端侧向小孔中喷出，钻机左右二杆灌注水泥乳浆，而中央钻杆输送压缩空气，可获得良好的搅拌效果。喷出的水泥浆与砂土搅拌，成为桩体。钻杆的选用应根据地质情况、钻孔深度、钻孔直径等因素确定。钻头可根据土质情况选用合金钢钻头与非合金钢钻头，搅拌翼材料则使用硬质合金钢。通过控制钻杆搅拌、下降和提升的速度，确保桩体搅拌的均匀性。

3 工法特点

3.1 低渗透性

由于施工采用钻掘搅拌的方式，使得搅拌桩充分混合、重叠成一个连续的墙体，单元间无接缝，所以SMW挡土墙可以有效地控制地下水的渗入，一般透水系数可控制在1×10-5～1×10-8cm/s之间。

3.2 废弃污泥量少

一般在地下连续墙施工时，必须利用皂土或超泥浆来控制开挖时墙体的稳定，而墙体开挖所产生的废土因为含有皂土等化学药剂容易造成土壤污染。SMW工法是将作业现场的土壤当作骨材与水泥液混合搅拌，需要运弃的废土少。一般需处理的污泥量约为钢筋混凝土连续墙工法的30%，大幅度减轻了污泥对环境的污染。

3.3 建造工期短

由于SMW工法采用多轴同时施工，且使用现场的土壤进行混合搅拌，与钢筋混凝土连续墙施工相比可大幅度缩短工期。

3.4 适用于多种地质条件

SMW工法将作业现场的土壤作为拌和骨材，除可应用于黏土地质外，在砂性地质条件下更佳。即使是一般挡土工法较难施工的砾石层，也可采用SMW工法施工。

4 工程实例

4.1 工程概况

某厂办公楼新建工程，地下3层，地上5层，工程面积约5 286m2，形状略呈长方型，长约96m，宽约56m。地基开挖作业采用顺打工法施工，共分6个阶段开挖并逐阶架设5层内支撑，基础总开挖深度为11.95m，地基内规划直径100cm柱状改良方式的地质改良桩，改良率为12.5%，改良桩强度1.5MPa，原设计采用厚70cm的钢筋混凝土连续墙作为挡土措施，因现场地质改良桩先行施工而无法施工连续墙，遂变更设计采用直径70cm的SMW挡土墙，内置H500mm×200mm×10mm×16mm的H型钢，间距为60cm，SMW挡土墙深度为22.4m。地基内各支撑位置及其预力分别为：第1层深度GL.-1.7m，预力80t；第2层深度GL.-4.0m，预力120t；第3层深度GL.-6.2m，预力180t；第4层深度GL.-9.8m，预力180t；第5层深度11.5m，预力190t。各层临时水平钢支撑的水平间距均为6m。

4.2 地表沉陷比较

图1为数值分析各阶开挖的地表沉陷曲线，从图中可以发现相差非常大，主要原因是地表沉陷点设置于地基北侧，而地基北侧紧邻24m宽的规划道路且为主要工程车辆的出入口，在分析时未将此因素考虑在内，而且从地基北侧、倾斜管的墙体变形曲线可以发现，明显地较地基南侧、倾斜管的墙体变形曲线变化大，所以地基北侧的地表沉陷值也一定会比地基南侧的地表沉陷值大，而研究数值分析结果代表的是地基南侧的地表沉陷值，因而会与地基北侧的现场监测值相差较大。

图1 搅拌桩强度对开挖最终阶段的最大墙体变形量的影响

4.3 搅拌桩强度对壁体变形及地表沉陷的影响

研究共对6组搅拌桩强度的SMW壁体参数进行了分析比较，搅拌桩强度分别为0MPa、1MPa、3MPa、5MPa、7MPa和10MPa，利用转换断面法分别计算出各搅拌桩强度的SMW墙体参数后，比较开挖最终阶的最大墙体变形量及最大地表沉陷量，分析结果如图1和图2所示。由图1和图2可知，搅拌桩强度的增加可以有效地降低开挖最终阶的最大墙体变形量及最大地表沉陷量，且搅拌桩强度每增加2MPa，大约可以减小开挖最终阶2.5m的最大墙体变形量及1.25m的最大地表沉陷量，由此可知搅拌桩强度对于SMW墙体的强度是有所贡献的。

图2 搅拌桩强度对开挖最终阶段的最大地表沉陷量的影响

开挖施工SMW挡土墙时，通常会伴随于开挖区内施工地基的改良，从研究结果也可以发现，增加开挖区内柱状改良方式的地基改良率，可以有效地降低SMW挡土墙开挖至最终阶的最大墙体变形量及最大地表沉陷量，但改良率>30%以后，改良率的增加对于减小墙体变形量及地表沉陷量作用有限，故建议开挖施工使用SMW挡土墙时，开挖区内柱状改良方式的地基改良率应介于10%～30%之间。