SMW工法桩在深基坑工程中的应用

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摘要:文章对采用smw工法作深基围护同通常的围护结构进行了比较,得出SMW工法桩的主要特点是构造简单,止水性能好,工期短,施工完毕后型钢可回收,造价相对较低。施工中无泥浆排放,对环境无污染,但是难点在于H型钢的拔出。

关键词:SMW工法桩;水泥土搅拌桩;深基坑;深基围护

中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0143-03

SMW工法是指水泥土深层搅拌桩墙体中,按一定形式插入H型钢,成为一种劲性复合围护结构,这种墙体全长无接缝、结构抗渗性好,刚度大,构造简单,不扰动邻近土体,可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用,施工简便,工期短,无环境污染。由于作为临时支护,型钢可回收重复使用,成本较低。在昆山铝箔深基围护工程施工中,采用此法作围护结构,效果良好。

一、工程概况

铝箔轧机基础是铝箔生产线上最主要的设施,该基坑工程位于新建厂房内部南侧。轧机设备基础工程。包括粗轧机、中轧机及精轧机等三台轧机基础,轧机基础施工特点;轧机设备基础埋深较深,平均为9.55m。虽然设置SMW工法基坑围护设施,仍然属于安全高危施工部位。基坑土层主要力学性质为:高压缩性土,力学性质差,土层地质及主要物理力学性质指标见表1:

二、围护结构的设计

(一)围护方案

昆山铝箔工程深基坑采用SMW工法作为围护结构,基坑平面尺寸为25.3m×131.5m、基坑深9.55～11.05m,采用进口Φ850三轴劲性水泥土搅拌桩作围护结构,内插 H700×300×14×25型钢,水泥掺量不小于20%, H型钢间距1250mm。桩顶做钢筋砼圈梁兼作支撑围囹。在基坑设1道Φ609×16钢管支撑,支撑间距一般为9.0m。为减少围护桩在基坑开挖时的位移,对钢支撑施加预应力,每根支撑安装结束后,即对其施加第一次轴应力,支撑第一次施加的轴应力为35t,支撑全部安装完成后,对支撑进行第二次轴应力的施加,施加的轴应力为70t。根据轧机基坑坑底土层为④-1粘土,透水性较差,含水量较高,极易扰动,对坑底采用降水加固方案。为降低轧机造价,SMW桩中插入的H型钢在轧机结构施工完毕后拔除。基坑围护支撑平面布置图如图1所示,轧机基坑围护剖面面图如图2所示:

(二)围护结构稳定计算

抗管涌验算:

按砂土,安全系数K=1.953;

按粘土,安全系数K=2.793。

三、围护结构的施工

(一)工艺流程

测量放线导沟开挖(确定是否有障碍物及做泥水沟)置放导轨设定施工标志SMW钻拌(钻掘及搅拌,重复搅拌,提升时搅拌)置放应力补强材(H型钢)固定应力补强材料施工完成SMW。

(二)搅拌桩制作

SMW工法搅拌桩采用标准连续方式施工,搭接型式为全断面套打,相邻桩施工时间不得超过初凝;SMW工法水泥掺量为20%,水泥采用32.5普通硅酸盐水泥,桩身28天无侧限抗压强度>1.5MPa;桩身采用二次搅拌工艺,水泥和原状土须均匀拌和,浆液配比水灰比为1.5～2.0。

本工程使用两台具有高垂直度和良好稳定性的,具有灌浆压力,流量计量测定装置和精确的速度控制装置的日产三轴深层搅拌机,进行钻掘搅拌。然后在水泥土混合体未结硬之前,采用一台50t履带吊插入H型钢加劲体。

1.桩机就位。桩机就位、对中按照预先设定的施工顺序,移机就位、对中、调整机架垂直度,确保成桩垂直度误差不超过1%。就位误差不大于30mm。

2.施工导沟置放导轨:为了保证水泥土桩体及型钢的定位精度和垂直度,延桩轴线方向先挖作业导沟,倒位铺放H型钢作导轨,并在导轨上做好桩位定位标志。

3.钻掘搅拌:调整搅拌机使钻头对准桩位,在钻机导杆90°方向用两台经纬仪测量调整导杆垂直度,达到要求后,启动搅拌机电机,放松卷扬钢丝绳,使搅拌机沿导杆搅拌下沉,如下沉速度太慢,可从输浆系统适量补给清水以利钻进;并按设计掺入比和水灰比拌制水泥浆备喷;搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵,使水泥浆连续喷入地基,搅拌机边喷浆边旋转,严格按已确定的速度提升,直到设计要求桩顶标高,为使已喷入土中的水泥浆与土充分搅拌均匀,再次进行复搅。桩身采用二次搅拌工艺,水泥和原状土须均匀拌和,提升为喷浆搅拌。

四、支撑梁设置及施工

1.在土方开挖到支撑安装标高时,停止大面积挖土。仅对支撑位置进行挖掘至支撑底标高,然后采用履带吊进行支撑的安装。支撑的轴应力采用二次施加的方式进行。

2.支撑安装前,应在安装的位置焊接安装牛腿,其顶面标高为支撑的底部标高。

3.为了保证支撑的稳定性,在支撑的长度方向的中心位置预先打入一根H600×300长度16.00m的型钢,型钢的顶标高控制在支撑的底标高。

4.每根主支撑在地面拼装完成,然后一次吊装就位的方式进行,主支撑两侧的八字撑等在主支撑安装结束后进行安装。

5.每根支撑安装结束后,即对其施加第一次轴应力,支撑第一次施加的轴应力为35t,支撑全部安装完成后,对支撑进行第二次轴应力的施加,第二次施加的轴应力为70t。

五、关键技术的处理

H型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作,以及H型钢的打拔。

(一)保证加固体强度均匀措施

1.压浆阶段时不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩,则在向下钻进50cm后再喷浆提升。

2.搅拌头下沉到设计标高后,开启灰浆泵,出口压力保持0.4～0.6MPa,将已拌制好的水泥浆压入地基土中,并边喷浆边搅拌约1～2min。

3.控制重复搅拌下沉速度为0.5～1.0m/min,提升速度为1.0～2.0m/min,在桩底部分重复搅拌注浆,以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌。

4.桩体施工必须保持连续性,桩与桩的搭接时间不得大于24小时。如因特殊原因造成搭接时间超过24小时,则需采取加固措施,须在接头旁加桩补强。

(二)型钢的插入起拔

1.H型钢涂减摩剂:涂减摩剂对H型钢拔出至关重要。因此,型钢表面应进行除锈,并在干燥条件下涂抹减摩剂,搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。且搅拌桩顶制作围檩前,事先用泡沫板(或牛皮纸等可隔离材料)将型钢包裹好进行隔离,以利H型钢的起拔回收。

2.置放H型钢:制桩完毕后,搅拌机移位,用50t吊车H型钢置入桩内,置放过程中要严格按照导轨上的标志,同时利用两台经纬仪在90°方向监测H型钢的垂直度,及时纠偏,找正,保证H型钢的垂直度要求。H型钢在自重作用下沉放,故对搅拌桩与H型钢沉放的间隔时间应严格控制。

3.型钢必须在搅拌桩施工完毕后3小时内插入,施工在插入H型钢时,必须做到垂直不斜,插深控制,严防错位、插偏、扭歪。型钢插入左右定位误差不得大于10mm,垂直度偏差不得大于≤1%底,标高误差不大于±30mm。型钢的有效长度误差位±10mm。

4.H型钢的起拔回收:基坑混凝土结构施工完,基坑回填后,用专用引拔机配合履带式吊车,拔出回收H型钢。

(三)沟槽内泥浆的清理

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,采用挖掘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。

六、工程效果

铝箔车间基坑工程由于采取了以上技术措施及施工方法,不仅加快施工进度,保证了合同工期,降低了工程造价,同时提高了工程质量,保证了施工安全。

(一)施工过程控制

基坑工程的施工包括挖土、支护、监测三位一体。对基坑进行了事前、材料、施工过程的质量控制,对SMW工法桩进行了旁站管理,控制了喷水泥浆的比重及掺入度,并经见证取样做了试块(后经实验室检测合格);在基坑的施工过程中,按照设计的要求每日对基坑进行了监测。

(二)基坑在施工的过程中的监测结果

七、结语

1.深基围护工程是个临时工程,安全储备相对较小,造价较高,风险性较大,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往很严重。

2.工程不确定因素较多,难以进行定量的理论研究与计算,目前深基坑多是边开挖边实践边摸索,往往靠经验来进行,缺乏成熟的技术规范的指导,仍然靠半经验半理论的方法解决问题。

3.工程不仅与当地的工程地质条件有关,还与基坑相连的建筑物及周围场地条件有关,深基坑开挖导致周围地基土体的变形,对相邻的建筑物产生影响,严重时会影响使用功能,故施工时一定要摸清场地周边的环境,观察相连的建筑物沉降情况。

4.基坑开挖深度一般较大,施工周期长,从开挖到完成地面以下全部隐蔽工程,常常经历多次降雨等不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性,所以抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑及四周环境的变形具有重要的意义。

5.基坑监测工作是施工中的眼睛,只有作好监测工作,才能看清施工方向。监测的重点是周围环境的变化和基坑本身的变形动态,按施工进度跟踪进行监测,及时报出动态数据控制施工进度,当出现报警值时,要加密监测频率,调整施工进度。

参考文献

[1]建筑地基处理技术规(JG79-2002)[S].北京:中国计划出版社,2002.

[2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[3]李伯宁.中国土木工程手册[M].上海:上海科学技术出版社,1989.

[4]孙更生,郑大同.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1984.

作者简介:李春林(1962-),男,山东淄博人,中冶天工上海十三冶建设有限公司助理工程师,研究方向:施工技术。