SMW工法规范22页.docx

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SMW工法规范22页

1、总论

1.1目的

本规程可为SMW工法（soilmixingwall）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SMW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SMW工法。

SMW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SMW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，SMW是指把水泥浆和原位置混合、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SMW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Ф650、Ф850、Ф1000三种。

3、与传统基坑围护工艺比较SMW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m3在130kg~240kg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

2.1SMW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200～360kg/m3，常用的水泥为PO32.5级普通硅酸盐水泥。

SMW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1.0Mpa。

为改善SMW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SMW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/T11263—1998。

H500×300×11×15、H500×300×11×18，H500×200×10×16

H700×300×13×24，H800×300

3、适用范围

3.1开挖深度

Ф650开挖深度小于10米

Ф850开挖深度小于10米～18米（开挖18.5米为目前开挖最大深度），

Ф1000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》DBJ08—61—97的第四章规定执行。

5、SMW工法支护体系设计

5.1.SMW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。

5.2SMW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。

5.3SMW工法支护基坑应有可靠的防渗与止水结构。

SMW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。

5.4SMW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。

5.5SMW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。

5.6SMW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；

5.6.2SMW工法水泥土搅拌桩内插H型钢结构的抗倾覆稳定性验算；

5.6.3SMW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；

5.6.4SMW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；

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=（γ2DNq+cNc）/（γ1（h0+D）+q）（5.6.9.1）

式中γ1——坑外地表至维护墙底，各土层天然重度的加权平均值（kN/m3）;

γ2——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/m3）；

h0——基坑开挖深度（m）；

D——围护墙在基坑开挖面以下的入土深度（m）；

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=eπtgфtg2（45º+ф/2）

NC=（Nq-1）/tgф

c、ф——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5.6.9.1

5.6.9.2按下式验算基坑底部土体的抗隆起稳定性：

KL=MRL/MSL（5.1.9.2）

式中MRL抗隆起力矩（KN-m/m），MRL=R1Katgф+R2tgф+R3C

R1=D（γh02/2+qh0）+D2qf（a2－a1+sina2cosa2-sina1cosa1）/2－γD3（cos3a2-cos3a1）/3;

R2=D2qf/2＋﹛a2－a1－（sin2a2－sin2a1）﹜－γD3﹛sin2a2cosa2-sin2a1cosa1+

2（cosa2-cosa1）﹜;

R3=h0D+（a2－a1）D2;

qf=γh0,+q0

γ——维护墙体底以上地基土各土层天然重度的加权平均值（KN/m3）;

D——围护墙在基坑开挖面以下的入土深度（m）；

Ka——主动土压力系数，取Ka=tg2（π/4-

C、ф——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（m）

h0’——最下一道支撑距地面的深度（m）

α1——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；

α2——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）

MsL——隆起力矩（kN-m/m）,MsL=1/2（γh0+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/I5.6.10

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（m），取坑内外地下水位差，见图5.6.10；

L——最短渗径流线总长度（m）,L=∑Lh+m∑Lv;

∑Lh——渗径水平段总长度（m）;

∑Lv——渗径垂直段总长度（m）;

m——渗径垂直段换算成水平段的换算系数；单排帷幕墙时，取m=1.50;多排帷幕墙时，取m=2.0；

Ka——抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0。

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/m2）

Pwy——承压水层的水头压力（kN/m2）

Ky——抗承压水头的稳定性安全系数，取1.05。

5.7SMW工法围护墙结构的抗倾覆稳定性，可按（5.7）式验算见图5.7。

KQ=MRC/MOC

式中MRC——抗倾覆力矩（Kn-m）。

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。

MOC——倾覆力矩（Kn-m）。

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。

5.9SMW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。

5.10SMW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，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（5·10·2）式确定：

KB=2Aea/ls（5.10.2）

式中KB内支撑的压缩弹簧系数（KN/m/m）；

a与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.5~1.0；

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/m2）；

A支撑构件的截面积（m2）

L支撑的计算长度（m）

S支撑的水平间距（m）

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/m）

kH、kV分别为地基土的水平向和垂直向基床系数（KN/m3），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=mz，m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3~5m。

坑底地基3土软弱或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（m）

水平向基床系数kH表5.10.3-1

地基土分类

kH（KN/m3）

流塑的粘性土

3000~15000

软塑的粘性土和松散的粉性土

15000~30000

可塑的粘性土和稍密~中密粉性土

30000~150000

硬塑的粘性土和密实的粉性土

150000以上

松散的砂土

3000~15000

稍密的砂土

15000~30000

中密的砂土

30000~100000

密实的砂土

100000以上

水泥土搅拌桩加固置换率25%

水泥掺量<8%

10000~15000

水泥掺量>12%

20000~25000

垂直向基床系数kV表5.10.3-2

地基土分类

KV（KN/m3）

流塑的粘性土

5000~10000

软塑的粘性土和松散的粉性土

10000~20000

可塑的粘性土和稍密~中密粉性土

20000~40000

硬塑的粘性土和密实的粉性土

40000~100000

松散的砂土（不含新填砂）

10000~15000

稍密的砂土

15000~20000

中密的砂土

20000~25000

密实的砂土

25000~40000

比例系数m表5.10.3-3

地基土分类

m（KN/m4）

流塑的粘性土

1000~2000

软塑的粘性土和松散的粉性土和砂土

2000~4000

可塑的粘性土和稍密~中密粉性土和砂土

4000~6000

坚硬的粘性土和密实的粉性土、砂土

6000~10000

水泥土搅拌桩加固，置换率>25%

水泥掺量<8%

2000~4000

水泥掺量>12%

4000~6000

5.10.4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。

5.11SMW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。

5.12SMW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，且不宜小于围护墙的厚度。

*5.13H型钢插入深度与搅拌桩深度要求。

*5.14H型钢焊接强度验算

6、SMW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。

SMW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、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

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

1

100~160

0~90

钻孔搅拌机设备

三轴搅拌

钻机

Φ650~Φ1000

1

28~45

90~225

拌浆设备

泵（泥浆泵）

200L/min

2

5

23

搅拌机（泥浆搅拌机）

750~1000L/次

3

3

34.5

水泥拌浆筒

20~30t

1

3~5

2.5

送浆设备

泵（泥浆泵）

200L/min

2

2

23

打入高压空气

空压机

6-9m3

1

0.5

插入设备

履带式起重机

25~50t吊

1

27~55

置换土处理

挖机

0.3~0.7m3

1

10~20

1）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

D508-100M

33

20

125

40

D608-110M

33

26

140

50

SF558

33

24

135

45

SP135

33

28

160

60

步履式

D30

30

23

100

40

D36.5

36.5

29

150

65

D42.5

42.5

35

160

70

2）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SMW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，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200mm以上的重叠部分。

[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—Ⅱ（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—Ⅱ（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Ф100mm以上的卵石的沙砾或者软岩土质。

先行钻孔后的SMW搅拌顺序认为是连续方式I、Ⅱ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m3）

水泥（kg）

膨胀土（kg）

水（L）

粘性土

300～450

5～15

450～900

砂质土

200～400

5～20

300～800

砂砾土

200～400

5～30

300～800

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SMW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

SMW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（m/min）