SMW工法發(fā)展現(xiàn)狀概述.ppt

1、smw工法工法發(fā)展現(xiàn)狀概述發(fā)展現(xiàn)狀概述王奎華王奎華 教授、博導(dǎo)教授、博導(dǎo)浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院一、一、smw工法樁起源工法樁起源 smw是soil mixing wall的縮寫。 smw工法連續(xù)墻于1976年在日本問(wèn)世，由日本成辛工業(yè)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)成功。 smw工法是利用專門的多軸攪拌機(jī)就地鉆進(jìn)切削攪拌土體，同時(shí)在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，充分?jǐn)嚢杌旌虾?，再將h型鋼或其他型材插入攪拌樁體內(nèi)，形成地下連續(xù)墻體，該墻體作為集擋土與止水功能于一體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下室施工完成后，將h型鋼從水泥攪拌樁中拔出，可實(shí)現(xiàn)型鋼材料的回收和再次利用的目的。 smw工法把水泥土的止水性能和芯材（ h

2、型鋼）的高強(qiáng)度特性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，具有抗?jié)B性好、剛度高、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),具有很大的推廣潛力。該工法既節(jié)約了鋼材等寶貴的資源，同時(shí)又避免圍護(hù)體成為永久的地下障礙物，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。 二、基本原理及工藝二、基本原理及工藝 1、導(dǎo)溝開(kāi)挖：確定是否有障礙物及做泥水溝。2、置放導(dǎo)軌。3、設(shè)定施工標(biāo)志。4、smw鉆拌：鉆掘及攪拌，重復(fù)攪拌，提升時(shí)攪拌。5、置放應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材（h型鋼）6、固定應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材。7、施工完成smw。smw工法施工順序如下：smw工法連續(xù)墻施工順序工法連續(xù)墻施工順序p 1、施工基本不擾動(dòng)鄰近土體，一般不會(huì)產(chǎn)生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設(shè)施移位等危害。p 2、鉆桿具有螺旋推進(jìn)翼與攪

3、拌翼相間設(shè)置的特點(diǎn)，隨著鉆掘和攪拌反復(fù)進(jìn)行，可使水泥等強(qiáng)化劑與土體得到充分?jǐn)嚢?，而且墻體全長(zhǎng)無(wú)接縫，比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性，其滲透系數(shù)k可達(dá)10-7cm/s。p 3、可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、卵石層等土層中應(yīng)用。p 4、可成墻厚度較大（5501300mm）,常用厚度600mm；成墻最大深度目前為65m, 視地質(zhì)條件尚可施工至更深。p 5、所需工期較其他工法為短，在一般地質(zhì)條件下，每一臺(tái)班可成墻7080。因此具有可減少工期、提高施工效率等特點(diǎn)p 6、環(huán)境方面：因無(wú)鉆孔灌注樁的施工，不產(chǎn)生大量泥漿，減少了對(duì)周圍環(huán)境和施工場(chǎng)地的污染，且不存在擠土作用，對(duì)周圍建筑物和地下管線的安全極為

4、有利；對(duì)施工操作面要求也很低，同時(shí)施工噪音小，具有環(huán)保的概念。三、smw工法的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)p7、與傳統(tǒng)的灌注樁加攪拌樁的維護(hù)結(jié)構(gòu)相比具有經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)勢(shì)。一般可節(jié)約費(fèi)用20-50% 至1993年時(shí)，日本國(guó)內(nèi)的基坑工程中smw工法占各種工法的50%左右； 在臺(tái)灣、歐洲，smw工法的應(yīng)用也最為廣泛。 我國(guó)大陸在上世紀(jì)80年代末期90年代初期開(kāi)始開(kāi)展這方面的研究和試點(diǎn)工作， 1987 年冶金部冶金建筑科學(xué)研究院開(kāi)始立項(xiàng)研究這一技術(shù)，1994年通過(guò)部級(jí)鑒定。1994 年,上海基礎(chǔ)工程公司把smw工法首次應(yīng)用于上海軟土地區(qū)( 上海環(huán)球世界廣場(chǎng), 基坑深8165m,樁長(zhǎng)18m) ,取得了成功,也是smw

5、工法在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用。四、工程應(yīng)用現(xiàn)狀四、工程應(yīng)用現(xiàn)狀 目前該工法在上海、南京、天津、杭州等地的工程應(yīng)用也日漸普遍，在上海地區(qū)應(yīng)用的最大開(kāi)挖深度達(dá)20m。在南京應(yīng)用的最大開(kāi)挖深度已達(dá)18m，在杭州應(yīng)用的最大開(kāi)挖深度也達(dá)16m。 在杭州已有數(shù)十項(xiàng)工程成功地應(yīng)用了該工法，浙江地區(qū)應(yīng)用的部分工程有： 杭州西湖隧道工程(20022003年)； 寧波鎮(zhèn)海電廠循環(huán)水管擋土工程(2005年8月) ； 杭州地鐵試驗(yàn)段站臺(tái)出口處圍護(hù)工程(2005年)； 湖州污水處理站(2006年3月) ； 杭州留下商貿(mào)大廈基坑工程( 2005年12月) ； 杭州運(yùn)河廣場(chǎng)基坑工程(2006年5月) 上海明珠線二期蘭村路站（東方路

6、口）smw 工法圍護(hù)開(kāi)挖后暴露2 個(gè)多月無(wú)滲漏水現(xiàn)象。 上海東新大廈由于采用smw 工法，節(jié)省圍護(hù)樁用地，為大廈贏得了可貴的建筑面積約7200m2。 上海南站地區(qū)改造是大型系統(tǒng)性的區(qū)域改造工程，建成后成為上海又一處交通樞紐工程，上海南站r1 線改建工程中部分區(qū)段以850 mm smw工法樁（內(nèi)插700 mm“300 mm” 1 3 mm“ 24 mm型鋼）作為基坑圍護(hù)。 上海地鐵一號(hào)線上海南站改建工程中 深基坑處的smw工法樁深度基本上集中在30 m左右 南京地鐵南北線一期工程是國(guó)家重點(diǎn)工程, 2000 年12 月開(kāi)工后, 首先在試驗(yàn)段盾構(gòu)工作井(開(kāi)挖深度12. 9m ) 及明挖段(開(kāi)挖深度最

7、深處8. 7m ) 基坑中采用了smw 工法擋土墻作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu), 并取得了良好的效果. 在珠江路、中勝、向興路、中和村等車站采用該工法施工, 獲得了圓滿成功, 創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)采用smw 工法施工基坑開(kāi)挖達(dá)到17. 5m 的最深紀(jì)錄, 為深大基坑采用該工法設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn). 南京珠江路地鐵站樁長(zhǎng)30.5m，創(chuàng)當(dāng)時(shí)smw工法國(guó)內(nèi)最深的記錄。 杭州市地鐵一號(hào)線秋濤路站位于秋濤路、婺江路交叉口,為地下2層島式站臺(tái)車站,秋濤路上交通繁忙,地下管線眾多,周邊緊鄰居民小區(qū)。秋濤路站三號(hào)出入口基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用smw工法樁, 墻體采用3 850 的三軸攪拌樁, 樁徑850 mm,軸心距600 mm,攪

8、拌樁咬合250 mm,樁的深度為12 m、16. 5 m和19. 5 m三種類型。基坑形式基本呈“l(fā)”型,開(kāi)挖深度平均6. 5 m,局部開(kāi)挖深度8. 7 m。 西湖隧道是杭州市2003年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,在一公園至六公園穿越西湖湖底,隧道由u 型槽敞開(kāi)段、明挖隧道段和控制中心區(qū)段組成,采用明挖順筑法施工。明挖隧道和控制中心區(qū)段的開(kāi)挖深度為6m11m。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用650mm水泥土深層攪拌樁內(nèi)插h型鋼（型鋼規(guī)格為:500mm 200mm 12mm）。五、目前研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)問(wèn)題五、目前研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)問(wèn)題 目前能查到的國(guó)內(nèi)期刊上發(fā)表的smw工法方面學(xué)術(shù)論文有300多篇，主要研究?jī)?nèi)容包括： l 攪

9、拌樁的施工方法、工藝、施工設(shè)備；l 水泥土的配比；l 型鋼減摩劑；l 型鋼水泥土的組合受力性能；l 型鋼水泥土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；l 型鋼起拔回收技術(shù)等?？刹檩^早的期刊刊物論文發(fā)表于1993年：1995年 1、攪拌樁制作 2、保證樁體垂直度措施 3、保證加固體強(qiáng)度均勻措施 4、型鋼的制作與插入、起拔 5、設(shè)備改進(jìn)施工方法、工藝、施工設(shè)備 以上海地區(qū)smw工法用于基坑圍護(hù)為例,主要工程施工經(jīng)驗(yàn)有: (1) 水泥摻入比一般取20 %左右。 (2) 漿液水灰比一般在115210 。 (3) 樁身垂直度控制1/1501/200 。 (4) 攪拌下沉速度1mpmin ,提升速度2mpmin。 (5) 用水

10、灰比為015 的水泥砂漿自流充填h 型鋼拔除后的空隙。 (6) 目前650mm 工法樁一般適用于78m 深基坑,850mm工法樁適用10m左右深基坑。 日本的smw 工法設(shè)計(jì)施工指南,其主要設(shè)計(jì)思想是當(dāng)smw 作為擋土墻時(shí),墻體的應(yīng)力由芯材和水泥土來(lái)承擔(dān),但在設(shè)計(jì)中一般只考慮芯材的剛度作為墻體的剛度來(lái)計(jì)算而忽略水泥土的剛度,將水泥土的剛度貢獻(xiàn)作為墻體的剛度儲(chǔ)備。 國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟、正式的同一的國(guó)家級(jí)smw工法設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)范,工程設(shè)計(jì)時(shí),一般參考鋼板樁和地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。也可采用上海市地方標(biāo)準(zhǔn)型鋼水泥土墻設(shè)計(jì)與施工規(guī)程 dgj08211622005。smw工法設(shè)計(jì)計(jì)算方面工法設(shè)計(jì)計(jì)算方面1

11、水泥土配合比的確定 水泥土配合比的確定是smw工法樁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一,若水泥土配合比不當(dāng),可能導(dǎo)致水泥土強(qiáng)度不夠,或者浪費(fèi)水泥材料且施工困難。水泥摻量必須由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,一般取泥土質(zhì)量的7 %、9 %、11 %、13 %、15 %做試驗(yàn)。2入土深度的確定 (1) 型鋼的入土深度一般可比水泥土攪拌樁入土深度稍小,主要由基坑抗隆起穩(wěn)定性、擋土墻的內(nèi)力、變形、型鋼拔出等條件決定。 (2) 水泥攪拌樁的入土深度由三因素決定:確?？觾?nèi)降水不影響基坑外環(huán)境;防止管涌發(fā)生;防止墻底隆起發(fā)生。3 截面形式的確定 根據(jù)擋墻計(jì)算及施工條件,可選擇圖1 所示的一種截面形式或幾種形式的組合。4 內(nèi)力計(jì)算 smw工法

12、擋墻計(jì)算模式與壁式地下墻類似,考慮水土壓力全部由h 型鋼承擔(dān),水泥土攪拌樁只起止水作用,具體計(jì)算步驟為: (1) 按剛度等效原則計(jì)算壁式地下墻折算厚度, 如圖2 所示。 (2) 按等效厚度的混凝土壁式地下墻, 計(jì)算出每延米墻的內(nèi)力與位移。 (3) 換算得到每根型鋼承受的內(nèi)力和位移。5 強(qiáng)度驗(yàn)算 (1) 抗彎驗(yàn)算考慮彎矩全部由型鋼承擔(dān)驗(yàn)算強(qiáng)度。 (2) 抗剪驗(yàn)算包括型鋼抗剪驗(yàn)算和水泥土局部抗剪驗(yàn)算。6 剛度驗(yàn)算 為保證擋墻的防水功能,應(yīng)對(duì)擋墻進(jìn)行抗彎變形驗(yàn)算。7 型鋼抗拔驗(yàn)算 為保證型鋼順利回收,需進(jìn)行抗拔驗(yàn)算,最好進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定型鋼最大抗拔力。8 型鋼底端水泥土強(qiáng)度校核，型鋼底端截面為一變剛

13、度截面,須校核水泥土的抗剪切強(qiáng)度。smw工法樁的截面形式工法樁的截面形式1- 表示型鋼水泥土攪拌樁的荷載- 撓度曲線;2- 表示h 型鋼梁的荷載- 撓度曲線。圖1 型鋼水泥土攪拌樁與h 型鋼壓彎比較-李鳳明1, 倪西民2在同樣的荷載作用下水泥土與h 型鋼的組合體撓度要小一些, 其抗彎剛度比相應(yīng)同等型號(hào)h 型鋼的剛度大20%。1、設(shè)計(jì)方面：u1) 目前我國(guó)還沒(méi)有一套完備的smw圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程只能參照有關(guān)資料,缺乏統(tǒng)一理論。u2) 水泥土與型鋼組合構(gòu)件受力機(jī)理尚不十分明確,尤其是減摩劑的采用使這種關(guān)系變得更加復(fù)雜,型鋼“全位”和“半位”布置時(shí),組合構(gòu)件整體剛度難以確定。u3)

14、 水泥土抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及h型鋼與水泥土之間單位面積摩擦系數(shù)f 只能依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)采用,變形阻力的定量化很困難,給設(shè)計(jì)帶來(lái)不明確因素。u4) 在基坑開(kāi)挖過(guò)程中, smw工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形受水位變化的影響比較大,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮周邊地下水情況。六、六、smw工法設(shè)計(jì)和施工中存在的問(wèn)題工法設(shè)計(jì)和施工中存在的問(wèn)題2、施工中的常見(jiàn)問(wèn)題：u （1） 水泥土固結(jié)不良。埋在地層中的雜物、有機(jī)質(zhì)土、粘土塊等是致使水泥土固結(jié)不良的主要原因。由此所引起的水泥土強(qiáng)度降低對(duì)基坑穩(wěn)定可能造成較大的影響。另外，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，隨著開(kāi)挖深度的加深，smw 工法圍護(hù)的內(nèi)外壓力差加大，基底以上的smw 工法水泥土暴露于空氣中，

15、強(qiáng)度很快可以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，能夠滿足h 型鋼之間水泥土局部抗剪的要求。而基底下smw 工法的水泥土強(qiáng)度可能很低，不能夠滿足h 型鋼之間水泥土局部抗剪的要求，坑外的土體可能從h型鋼之間流入基坑內(nèi)，造成基坑隆起，基坑失穩(wěn)。u （2） 漏水。漏水是發(fā)生在缺陷部位或者是裂紋部位，危害較大。u （3）基坑開(kāi)挖所造成的smw擋墻變形使型鋼產(chǎn)生彎曲,加上減摩劑性能或施工質(zhì)量等原因,都會(huì)致使h 型鋼的拔出存在困難,或拔出后較難重復(fù)使用,因此必須解決好型鋼有效拔出問(wèn)題。u （4） smw縱向剛性由芯材確保, 但橫向是由水泥土構(gòu)成的一個(gè)整體, 是一個(gè)易產(chǎn)生縱向裂紋的構(gòu)造。為防止頂部變形差產(chǎn)生縱向裂紋, 樁頂采用砼圈

16、梁。u （5） 轉(zhuǎn)角部位。在轉(zhuǎn)角部位, 由于墻的變形產(chǎn)生縱向裂縫, 出現(xiàn)漏水的情形較多。（6）smw工法應(yīng)用于軟土地區(qū)深基坑工程, 施工中尚存在一些問(wèn)題,如圍護(hù)樁墻滲漏、變形過(guò)大、坑外地面沉降、型鋼無(wú)法起拔,甚至基坑坍塌等,主要原因有:p 1) 設(shè)計(jì)水泥土中水泥摻量不夠,或者沒(méi)有區(qū)別對(duì)待不同的土層。p 2) 泥漿漿液的配合比不當(dāng),漿液濃度過(guò)小,h 型鋼易發(fā)生傾斜或移位;濃度過(guò)大,則型鋼插入困難。p 3) 水泥土攪拌過(guò)程中下沉或提升速度過(guò)快,造成攪拌不均勻。p 4) 水泥土攪拌樁搭接厚度不夠。p 5) 水泥土攪拌樁或h型鋼垂直度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。p 6) 水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間未到即進(jìn)行開(kāi)挖,強(qiáng)度不夠。p 7) 工法樁施工過(guò)程中出現(xiàn)間斷,造成施工冷縫。p 8) 基坑開(kāi)挖時(shí)支撐設(shè)置不及時(shí)。p 9) h 型鋼表面減阻劑涂抹不均勻。p 10) 型鋼拔出后的空隙未及時(shí)回填。 (1) 加強(qiáng)對(duì)水泥土材