最新SMW工法在基坑维护中的应用3.doc

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1、精品资料SMW工法在基坑维护中的应用3.浅谈SMW工法在沿海地区基坑围护中的应用周 杨 孟庆保(中冶地勘岩土工程总公司唐山公司 唐山 063000)摘 要 SMW工法是近年来新兴起的日近成熟的一种基坑复合围护结构形式，由于其具有结构简单、止水效果好、施工速度快、造价低等诸多优点，已得到广泛应用。本文主要就SMW工法的设计原则、施工方法、质量控制以及该工法在沿海地区基坑围护中的应用等方面作了概略介绍。关键词 SMW工法 基坑围护 施工设计 质量控制 1 SMW工法概述SMW工法最初是由日本成幸工业株式会社在1971年开发的水泥土搅拌桩体进行基坑围护的一种施工方法。这种方法是通过特殊的多轴深层搅拌

2、机，在施工现场按设计深度将土体切散，同时从钻头前端将水泥桨体强化剂注入土体，并使之与原位土体反复混合搅拌，然后在水泥土体未硬化之前插入H型钢或钢板桩作为应力加强材料，直至水泥土硬结。由于SMW工法科学合理的利用了深层搅拌桩和H型钢的各自优点，因此具有以下明显优点：1）抗渗性好。由于桩体是采用水泥浆体强化剂与土体反复混合充分搅拌且互相咬合而成，无施工冷缝；平面上，桩与桩之间重叠搭接。因此，这种维护结构比一般止水结构具有较理想的止水效果。尤其是在地下水位埋藏较浅，且较丰沛地区，效果尤为明显。2）整体强度高、刚度大。深层搅拌桩可根据需要，施工成不同厚度、不同强度的连续墙体，再加上插入H型钢，整个墙体

3、的强度和刚度得到进一步提高。 3)工程造价低。 深层搅拌桩是在原土体中掺入一定量的水泥浆和外加剂经充分搅拌而形成，再加上大部分H型钢可回收重复利用，因此，该围护方法同其它支挡围护结构相比可降低工程造价3050%。 4）可适应多种地层，如：新近吹填的超软土、淤泥质土、粘性土、粉土、砂类土等，尤其是在滨海地区612m的基坑维护中更为适用。5）施工速度快。由于就地一次性地将原土加固筑成墙体，工艺简单，施工速度快。另外成墙后，还可以适当的减少内支撑，基坑开挖效率显著提高。6）对周边环境影响小。该工法与其它围护方法相比具有噪音小、渣土外运量小，无泥桨污染等优点。2 围护方案设计水泥土墙体设计主要包括水入

4、土深度确定、墙体滑动稳定验算、倾覆稳定验算和墙身材料应力验算等。可采用试算法，即先根据以往施工经验，初步拟定挡墙参数，然后再进行挡墙稳定性验算，必要时进行修改，直到瞒足设计要求为止。2.1入土深度确定原则2.1.1H型钢入土深度的确定基坑的抗隆稳定性和围护墙的内力、变位允许值、型钢的顺利拔出等条件，决定着H型钢的入土深度（DH）。一般情况下，在进行围护墙内力、变位和基坑抗隆稳定分析时，围护墙结构的深度以计算到型钢底端为原则。2.1.2水泥土桩的入土深度水泥土桩的入土深度（DC）主要由三个方面决定即：确保坑内降水不影响到基坑以外环境；防止管涌发生；防止底鼓发生。所以一般情况，水泥土桩的入土深度（

5、DC）要大于或等于H型钢的入土深度（DH）。2.2墙体滑动稳定性验算墙体滑动稳定性验算应满足（1）式Kh=(w+EP)/ EA 1.3 （1）式中 Kh-抗滑稳定安全系数；w-墙体自重（KN/m）；-基底摩擦系数；EP-被动土压力（KN/m）；EA-主动土压力（KN/m）；2.3墙体倾覆稳定性验算墙体倾覆稳定性验算满足（2）式 Kq=(wb+EPhP)/ EAhA 1.5 （2）式中 Kq -抗倾覆稳定安全系数；b、hP、hA-分别是w、EP、EA对墙趾A的力臂（m）；2.4墙身应力验算2.4.1水泥土强度设计影响水泥土强度的因素很多，如固化剂、外掺剂、水灰比等。1）固化剂 制备水泥土的固化剂

6、可用不同品种（普通硅酸盐、矿渣、火山灰及其它品种水泥等）、不同标号的水泥。水泥掺入比可根据要求选用5、7、10、15、20%等。水泥掺入比a%是指掺入的水泥重量与被加固的软土重量之比。水泥土强度在水泥品种、地层条件一定的条件下，其强度随水泥掺入量的增加而增加，一般为1020%。强度应满足(3、4)式： fc=qu28/2 （3） s=qu28/6 （4） 式中 f c-水泥土设计抗压强度(kPa)；s -水泥土设计抗剪强度(kPa)；qu28-28d标准强度(kPa)；2）外掺剂为改善水泥土的性能和强度，可选用木质素磺酸钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠等外加剂。木质素磺酸钙对水泥强度影响不大，主要是

7、起减水作用，掺入量一般为水泥用量的0.2%左右。石膏、三乙醇胺对水泥土有增强作用，掺入量一般为水泥用量的 2%左右。另外，还可掺入不同比例的粉煤灰，不同水泥掺入比的水泥土当掺入与水泥等量的粉煤灰后，其强度比不掺入粉煤灰的提高10%左右。因此，适当掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可提高水泥体强度。3）水灰比水灰比即水的用量与水泥用量的比值。一般情况下，单纯加固地基时水灰比一般为0.50.6；作为围护挡墙时水灰比一般为1.52.0。2.4.2墙身材料应力验算！）型钢“满堂”布置 仅需验算型钢翼边缘的水泥土抗剪强度，取深度方向1m为计算单元，见图1。水泥土剪力 Ql=ql2/2 （5）水泥土剪应力

8、 = Ql /de1s （6） 式中 Ql-水泥土所受剪力（KN/m）； l2-图1中所示宽度（m）；q-水泥土侧压力（KN/m2）；-水泥土所受剪应力（kPa）； de1-墙体有效厚度（m）； s-水泥土设计抗剪强度（kPa）；2）型钢间隔布置除上述断面验算外，还要进行水泥土搭接处的抗剪强度校核见图2。 =Q2/Ae= q l3/de2s （7）式中 -水泥土所受剪应力（kPa）； Q2-水泥土所受剪力（KN/m）； L3-图2中所示宽度（m）；de2-水泥土搭接处厚度（m）；s-水泥土设计抗剪强度（kPa）； 另外，在侧压作用下，在水泥土内形成一抛物线承载拱，要验算拱的轴力强度（见图2），

9、以满足强度和抗渗要求。 N= ql2/2 （8） =N/A= ql2/Bff c （9） 式中 N-型钢翼缘受到承载拱的压缩力（KN/m）；q-水泥土侧压力（KN/m2）； l2-图2中所示宽度（m）； -所验算的截面处的法向应力（kPa）； Bf-为型钢翼宽（m）； f c-水泥土设计抗压强度（kPa）；2.5 型钢抗拔验算当基坑开挖深度小于10m时，设计中要考虑H型钢的完整回收,因此，应按照（10）式计算型钢起拔力。Pm2f Ac Ac=SHlH (10)式中 Pm-H型钢起拔力(KN)； f-H型钢与水泥土之间的单位面积静摩擦阻力，当涂有减摩剂时，平均取40kPa； Ac-H型钢与水泥土

10、之间的接触表面积(m2)；SH-H型钢截面周长（m）；lH-H型钢在水泥土搅拌桩中的总长（m）；为保证H型钢拔出后能重复使用，则起拔力应满足式（11）的要求。 P=0.7S Ac Pm6cm宽）将各泡沫塑料片接缝处从下至上全部粘贴封好，使各泡沫塑料油毛毡片连成整体。3.3.5 型钢回收待地下主体结构完成并达到设计强度后，采用专用夹具及千斤顶以圈梁为反梁，起拔回收H型钢。起拔过程中始终用吊车吊提住顶出的H型钢，千斤顶顶至一定高度后，用25吨吊车将型钢拔出桩体，在指定场地堆放好，分批集中运出工地。留下的孔隙用水泥浆填注。3.3.6 质量检验方法（1）每台班每机架做一组7.077.077.07cm3

11、水泥土试块(每组6块)。试样来源于沟槽中的置换出的水泥土，按规定条件养护，到达龄期后送试验室做抗压强度试验。（2）成桩后3d内，采用轻型动力触探检查墙体均匀性； 15d内选数根桩开挖检查桩体搭接情况。（3）28d时，抽查已完桩数的2%，进行钻芯取样，进行单轴抗压强度试验。3.4围护效果检验经钻芯取样试验，其单轴抗压强度平均值为1.38 Mpa，强度高于设计要求即不低于1 Mpa。基坑整体开挖后，水泥土挡墙墙面整齐，桩体直立，桩与桩之间搭接良好，未发现渗漏现象。墙体向基坑方向最大水平位移小于0.5cm，满足设计要求。4 结束语SMW工法通过近十几年的工程实践，现已基本成熟，它具有风险小，施工速度快、工程造价低、环境污染小等诸多优点，因此，在基坑围护尤其是在沿海软土地区得到广泛推广和应用。参考文献1王健，夏明耀.H型钢与水泥土桩维护结构的设计与计算.同济大学学报1998.122周国钧，地基处理手册 深层搅拌法1993.63陈华臻，姜美蓉. SMW工法在深基坑维护工程中的应用.浙江建筑.2005.2