原地土搅拌加固SWM施工法在深基坑中的应用

　　【提要】：原地土搅拌加固的SMW施工法采用多轴钻削搅拌机及全重叠搭接法施工，高效地形成有优良止水性的连续墙，其噪音振动小、施工排土量少、对周围地基无不良影响，造价低，施工深度也不断加大等诸多优点，从而得到蓬勃的发展。笔者结合自己的一些工程实践，对这种围护形式在深基坑中的应用作初步总结和分析，从各工序上深入浅出地介绍了其施工方法及其操作要点，供同行探讨。
　　关键词：SMW工法，深基坑，基坑围护
　　
　　1、SWM施工法概述
　　SMW（Soil-MixingWall）施工法是利用专门的多轴搅拌机在施工现场按设计深度就地钻进切削土体，将土体切散，同时从其钻头前端将水泥浆强化剂注入土体，并使之与原位土体反复混合搅拌，在桩与桩之间形成重叠搭接，在水泥土未硬化之前插入H型钢或钢板桩作为应力加强材料，型钢与搅拌桩共同形成复合墙体，直至水泥土硬结。搅拌桩可起到止水帷幕的作用，而桩身全部或大部分内力由H型钢承担，在地下形成一个抗渗性好、刚度大的地下连续墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。
　　2、原地土搅拌加固的围护优势
　　目前，许多地区深基坑围护墙体采用的结构形式一般都为地下连续墙（单墙或双墙），工程造价均较高，对环境的影响、污染均较大。与之相比较，SWM工法主要有以下特点：
　　（1）环境影响小，不产生地面下沉。该方法施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋分倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。
　　（2）挡水防渗性性能好。钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，采用专用三轴搅拌机施工，两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌和，更加有效地减少因接缝搭接不好而造成的止水效果不佳现象，而且由于中轴高压喷出的气体在土中逆向翻转，可使水泥强化剂与土得到充分搅拌，使原来已拌合的土体更加均匀，成桩直径更加有效。
　　（3）易于文明施工。“SMW”工法施工时，将要置换出一部分泥浆，24小时将硬化。由于施工前开挖沟槽，避免了泥浆的溢出。采用三轴搅拌机施工，机械良好传动性能及稳定性，施工时震动小，无噪声。
　　（4）施工效率高，工程周期短工。根据本工程实践，每台机器每昼夜可施工基坑周长在15ｍ左右。
　　（5）成本较低。相对其他的支护体系，工序减小，在工程主体结构施工完毕后，型钢能够回收重复利用，减少工程造价。
　　（6）围护结构成本低。因SMW工法作围护结构与主体结构分离，主体结构侧墙可以施工外防水，与地下连续墙相比结构整体性和防水性能均较好，可降低维护成本。
　　3、“SMW”施工法主要工序及操作要点
　　3.1导槽开挖
　　根据放样出的围护中心线开挖工作沟槽,沟槽宽度根据围护结构厚度确定,深度为1米。遇有地下障碍时,利用空压机将地下障碍破除干净,如破除后产生过大的空洞,则需回填压实,重新开挖导槽,确保SMW施工顺利进行。
　　3.2定位、钻孔
　　在开挖的工作沟槽两侧铺设导向定位型钢或定位辅助线,按设计要求在导向定位型钢或定位辅助线上做出钻孔位置和H型钢的插入位置。在铺设道轨枕木处要整平整实；在开孔之前用水平尺对机械架进行校对，确保桩体的垂直度达到要求；钻孔施工精度控制，包括桩体的垂直度与桩体中心距的控制，该值直接影响到桩与桩之间搭接的连续性与防水性能。一般要求孔位的误差须小于2cm，桩身垂直度不小于1/200的桩长。
　　开钻前应用水平尺将平台调平,并调直机架，用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正，确保搅拌轴垂直；在成孔、提升过程中经常检查平台水平度和机架垂直度。为施工过程中随机对机座四周标高进行复测，确保机械处于水平状态施工，同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测。控制钻管下钻深度达标,利用钻管和桩架相对错位原理,在钻管上划出钻孔深度的标尺线,严格控制下钻、提升的速度和深度。
　　对于粘性土层，钻进速度一般控制在0.5～1.0m/min范围内，对于砂性土，一般可控制在1.0～1.5m/min范围内。提升搅拌的速度不宜过快，一般控制在1～2m/min范围内，可避免因孔内出现真空负压、孔壁塌方而影响水泥土的密实性与桩体的止水效果。
　　3.3水泥土的配合比
　　由于不同水泥、不同土质、不同的配合比的水泥土力学指标差异较大,因而水泥和外掺剂的掺入量必须以现场土做试验,再确定其合理的配合比。
　　水泥宜采用425号、525号普通硅酸盐水泥,水泥掺入量宜控制在15%～17%之内。
　　水泥土在确保强度的同时,使H型钢尽量靠自重插入或略加外力能顺利插入,同时水泥浆液应有一定的稠度,防止H型到位后产生偏斜、平面转向。
　　根据地质条件确定土体置换率,减小施工对环境的影响。
　　水泥土与H型钢的所涂的隔离减阻剂有很好的握裹力,使之共同起挡土止水作用。
　　型钢起拔后水泥土应能自立不坍,便于充填空隙。
　　3.4搅拌注浆
　　与常规搅拌桩比较，要特别注重桩的间距和垂直度。施工垂直度应小于1％，以保证型钢插打起拔顺利，保证墙体的防渗性能。注浆配比除满足抗渗和强度要求外，尚应满足型钢插入顺利等要求。根据设计所标深度,钻机在钻孔和提升全过程中,保持螺杆匀速转动,匀速下钻,匀速提升,同时根据下钻和提升二种不同的速度。钻进搅拌时即连续压注水泥浆，钻进的注浆量一般为额定浆量的70%～80%，提升搅拌时的注浆量为额定浆量的20%～30%，以防发生断桩。若发生断桩，则在向下钻进50厘米后再喷浆提升；采用“二喷二搅”施工工艺，第一次喷浆量控制在60％，第二次喷浆量控制在40％；严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度；搅拌头下沉到设计标高后，开启灰浆泵，将已拌制好的水泥浆压入地基土中，并边喷浆边搅拌约1-2分钟；控制重复搅拌提升速度在0.8-1.0米/分以内，以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌；相邻桩的施工间隔时间不能超过24小时，否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆，以保证桩间搭接强度，出现施工冷缝时，则应对冷缝处进行适当的加固补强，可在外围增设1～2排素桩，并与主体围护桩紧密搭接。预搅时，软土应完全搅拌切碎，以利于与水泥浆的均匀搅拌。
　　3.5H型钢的加工制作
　　H型钢制作必须贴角满焊,以保证力的传递，对接采用内菱形接桩法。H型钢制作必须平整,不得发生弯曲、平面扭曲变形,以保证其顺利插拔。回收变形的H型钢必须经调整校正后方可投入使用。
　　3.6H型钢的插入
　　型钢应在水泥土初凝前插入。插入前将H型钢的定位设备准确地固定在导轨上,并校正设备的水平度。插入H型钢时,必须采用测量经纬仪双向调整H型钢的垂直度。在水泥土初凝硬化之前,依靠H型钢的自重下插到设计规定深度。若H型钢在某施工区域确实无法依靠自重下插到位,可采用振动锤辅助到位。
　　3.7清理沟槽内泥浆
　　由于水泥浆液的定量注入搅拌孔内和H型钢的插入,将有一部分水泥土被置换出沟槽内,采用挖机将沟槽内的水泥土清理出沟槽,保持沟槽沿边的整洁,确保下道工序的施工,被清理的水泥土将在18小时之后开始硬化,可随日后基坑开挖一起运出场地,不会产生泥浆污染。
　　3.8H型钢拔出
　　在H型钢插入前应进行除锈，并在干燥条件下涂抹隔离减摩材料。搅拌桩顶制作围檩前，事先用牛皮纸将型钢包裹好进行隔离，以利拔桩。
　　H型钢起拔时要垂直用力,采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升，使其松动，然后采用振动锤，利用振动方式或履带式吊车强力起拔，将H型钢拔出。采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。
　　3.9.监测监控
　　基坑开挖施工过程中，应加强对孔隙水压力、地下水位、基坑的水平位移、地表沉降等参数的检测，并根据特征参数的变化，及时调整施工参数，控制支撑的间排距、支撑轴力的大小、开挖坡度等，以确保基抗的变形始终处于受控状态。
　　结束语：
　　采用对原地土搅拌加固的SMW施工法，构造简单，噪音振动小、施工排土量少、止水性能好、造价低、工期短，对周围地基无不良影响。这种结构由于经济合理的利用了深层搅拌桩和H型钢的优点，在地下结构施工结束后拔出H型钢回收再利用又可带来巨大的效益。同时，SWM工法支护比深层搅拌重力式挡墙的宽度小，占用场地小，更适用于在狭窄的场地施工，特别适合城市密集区域的基坑工程，易满足日益提高的环保要求。