35 SMW工法桩在软土地基的施工应用和质量控制

SMW工法桩在软土地基的施工应用和质量控制张义龙广州轨道交通建设监理有限公司宁波地铁驻地监理部 摘 要: SMW(Soil-cement Mixed Wall)工法桩又称加劲水泥土桩，是一种在互相搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成的复合结构，相对于常用的地下连续墙、钻孔灌注桩等围护结构而言，SMW工法桩具有工期快、造价低、对周围环境影响小的特点和优势，尤其适应软土地基深基坑的维护要求。经过十多年工程实践和发展，该技术已大量应用于轨道交通、市政基础设施和地下建筑工程中。本文通过在宁波地铁1号线施工VIII标东外环路车站5号出入口的软土地层中的SMW工法桩施工过程中的经验，对控制SMW工法桩施工过程中的质量控制进行探讨。关键词:SMW工法桩 质量控制1工程资料 宁波地铁1号线施工VIII标东外环路车站为明挖车站，车站围护结构采用连续墙，其中5号出入口的地质属于典型的软土地基，从上至下依次包括杂填土、粘土、淤泥质粘土、淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土夹砂层、粉质粘土，5号出入口基坑长度38.5米，宽度9.4米，属于面状基坑，其中基坑围护结构深度包括13米、19米、25米不等，工法桩型钢插入的深度分别为12米、18米、24米，本工程采用850三轴搅拌桩加型钢的工法桩，详见5号出入口平面图（图1）和地质剖面图（图2）。该区域地下水丰富，因此在围护结构外需加布止水帷幕，基坑土方开挖过程中，需布置一定量的降水井，确保施工期间地下水在基坑开挖底部以下0.5米。 图1 东外环路车站 5号出入口平面图图2 东外环路车站 5号出入口剖面图2 SMW工法桩施工应用和质量管理2.1 SMW工法桩施工工艺流程SMW工法桩施工工艺包括：导沟开挖安放导轨标注标记搅拌成桩插入型钢型钢固定冠梁开挖基坑开挖主体结构型钢拔除，其中SMW工法桩的质量控制重点是控制水泥搅拌桩施工质量控制和H型钢插入的质量控制，具体工艺流程见下图（图3）：图3 SMW工法桩施工流程简图2.2 SMW工法水泥土搅拌桩搅拌机设备的选择 SMW工法水泥土搅拌桩一般采用2轴和3轴搅拌桩设备进行施工，2轴和3轴搅拌机存在很大的差别。2轴搅拌机仅能机械搅拌，水泥掺量理论上仅能达到13，桩体水泥土强度仅能达到1MPa左右。3轴搅拌机加高压气流辅助搅拌技术，利用气体的扬升置换作用，有效提高墙体的均匀性,水泥掺量可达20以上，桩体水泥土强度可达13MPa以上。3轴搅拌机成桩均匀性、水泥强度、抗渗性能等各方面质量、性能均优于2轴搅拌机（详见表1）。因此，结合本工程地质实际情况和工期安排，5号出入口围护结构的SMW工法桩的水泥土搅拌桩采用3轴搅拌机施工。2.3 SMW工法水泥土搅拌桩施工质量控制为保证搅拌桩桩体连续性和防渗水的效果的施工质量，SMW工法桩单排施工都采用跳槽式双孔复搅连接施工顺序，三轴搅拌桩采用搭接（重复搅拌）一个桩的方法进行施工（详见图4）。图4 施工顺序示意图SMW工法水泥土搅拌桩施工过程中，各个环节同时进行，而各环节协调好话直接影响SMW工法施工质量。目前，水泥浆的拌制过程(水泥、水、外加剂用量、浆搅拌机操控)、注浆泵的压力流量、钻头下沉提升速度和转速、高压气体的压力和气流量的控制均各自为阵，独立操控。这几方面只要有一个环节配合不协调，就可能出现水泥土搅拌不均匀、水泥掺量不足，甚至出现维护体断桩渗漏的现象（现场施工图5）。图5 三轴水泥搅拌桩施工现场图因此，要获得良好的、稳定的水泥土搅拌体的质量，必须从每一个环节加以控制。加大施工管理和监控力度，提高操作人员的技术水平是解决问题的有效手段。（1）严格按照设计图纸要求及施工规程施工，第一根桩应试桩，随时跟踪检查、监督工程质量，并解决施工中碰到的实际问题。（2）由专职测量人员负责测量放线及桩位的定位。认真填好施工日报表，施工日报做到及时真实、齐全、准确、整洁。（3）让丰富经验的熟练机工操纵施工机械设备，以确保施工质量。（4）桩架垂直度指示针调整桩架垂直度，并用自动调整仪双向进行校核，确保水泥土搅拌桩垂直度达到设计要求，工地设专职质检员，负责对原材料及施工质量验收，三轴水泥搅拌机就位、安装轴线度、水平度等各项质量检查。（5）严格控制浆液配比，做到挂牌施工，并配有专职人员负责管理浆液配置。严格控制钻进提升及下沉速度，下沉速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min，水泥浆液配比、压浆提升速度和水泥掺入量应符合设计和规范规定，以确保桩身质量。（6）严格根据给定的控制桩座标及水准点标高，做好定位测量及复核工作，并把控制点设立在不受影响的地方，控制点设立的点数不应少于四点，以便复核，把水准点标高引入施工目的地并做好标识和保护。（7）做好质量教育，提高全体施工人员的质量意识。做好施工前的技术交底工作，认真执行单桩质量自检、互检、交接检制度。（8）施工时如因故停浆，应在恢复压浆前将桩机提升或下沉0.5m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。2.4 H型钢插入相关工序质量控制SMW工法桩是通过H型钢与水泥土共同作用形成有一定强度和刚度具有挡土、挡水作用和围护墙体。这其中水泥土主要起到固结土体隔绝止水作用，H型钢主要起到抵抗水土压力的作用。所以H型钢是SMW工法围护墙中主要受力构件,在施工过程中应对与H型钢相关的各项工序质量加以控制，本工程H型钢的插入采用隔一插一（详见图6）。图6 型钢隔一插一示意图2.4.1型钢质量的检查为节约钢材、降低成本， SMW工法桩的H型钢可以回收并反复使用，一些型钢在加工、使用、回收、运输、堆放存储等过程中受到损伤，其主要表现为H型钢变形、有效厚度因锈蚀或磨损减小、H型钢材质疲劳受损强度降低（H型钢详见图7），因此在H型钢使用前需进行必要的外观检查和第三方无损伤检查等工作。图7 现场待插入的H型钢 为了确保SMW工法H型钢质量，必须对SMW工法型钢进行外观检查，变形扭曲严重的、外表有明显裂纹的、锈蚀严重的H型钢均不能在SMW围护结构中使用。另外，对已多次反复使用，外观质量良好的H型钢进行一定比例的探伤检查也是有必要的。2.4.2 H型钢焊接质量的控制 由于目前常用的H型钢,定尺长度为912m，而本工程SMW工法桩插入的深度有三种，分别是12米、18米、24米，H型钢焊缝接缝正好位于基坑开挖面处,该部位变形最大、受力最为复杂，焊接质量直接影响到基坑的安全。为了保证SMW工法H型钢焊接质量，应建立从材料供应、焊接准备、组装、焊接、焊后处理和焊缝检验等全过程的质量控制系统。另外，尽量避免将相邻H型钢焊缝设置在同一断面上，同一断面接头数量不宜大于50。2.4.3 H型钢定位插入及安放垂直度的控制 三轴型搅拌机施工成水泥搅拌桩后立即用吊车将H型钢插入到位，在槽沟一侧平行槽沟方向放置定位型钢，并将型钢固定。定位型钢是桩位定位的重要基准，控制成桩轴线与尺寸。在定位型钢上划出定位线，确立钻孔、内插H型钢位置。在定位线处按放型钢定位卡，型钢定位卡与定位型钢相互垂直，且卡口中心与桩位一致。在施工过程中，必须采取有效措施确保导沟开挖后放线定位的准确性，导沟上设置的定位、导向型钢支架一定要有足够的刚度和稳定性，在H型钢插放过程中真正起到定位导向作用，确保H型钢定位、垂直度控制准确，型钢定位示意图见下图。 3基坑开挖与基坑监测3.1基坑开挖与支护施工阶段质量控制原则 在基坑开挖阶段支撑与围檩是稳定基坑确保基坑顺利进行的重要传力杆件。由于SMW工法围护结构的整体刚度与强度略逊于传统围护结构，所以在基坑开挖与支承施工阶段应遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。土方开挖的顺序、方法以及支撑轴力和预加轴力值必须与设计要求相一致，架设钢支撑施加相应的应力。施工时应高度重视围檩与H型钢的连接节点(钢围檩与围护墙间的安装间隙应采用高标号细石砼填实)、围檩与支撑的连接节点、整个支撑体系设置的稳定性。施工时要根据设计的要求，结合施工现场的实际情况，制定切实可行的挖土与支撑施工方案，施工过程中严格按照片批准的施工方案进行施工。3.2.SMW工法围护结构的安全监测、监控SMW工法基坑开挖施工过程与其他的基坑一样必须做好监测工作，本工程属于一级基坑，根据相关规范和设计要求应加强对基坑支撑轴力、地下水位、基坑的水平位移、地表沉降、管线监测和周边建（构）筑物沉降等项目的监测，重要的监测项目控制值见表2。表2 SMW位移变形控制值基坑安全等级SMW墙体顶部位移SMW最大水平位移坑外地表最大沉降预警值一级2H3H2H80%基坑开挖过程中，及时反馈监测数据，如果在SMW工法基坑施工中一旦某一环节出了问题，监测工作又不能及时预警并指导施工技术人员采取有效措施加以控制，必将导致危情发生，甚至重大安全事故的发生。因此对于SMW工法支撑轴力的控制相当重要，必须按设计要求合理施加支撑轴力(H型钢与水泥土两者刚度不同,变形不协调，轴力过大过小都可能导致基坑变形，易引起基坑围护出现渗水)，并根据监测数据的变化,及时调整施工参数，控制支撑的排间距、支撑轴力、开挖流程等,以确保基坑变形始终处于受控状态。4拔出H型钢的质量控制4.1 H型钢拔除应具备的现场环境(1)现场留出一定的空间，能保证拔除H型钢的履带吊车的旋转、起拔余地和空间。如没有履带吊车的施工位置，就用现场施工的塔吊协助或采取其他的措施。(2)留有H型钢临时堆放整理的场地。 (3)有卡车装车的场地。(4)H型钢拔离地面的过程中，严禁在吊车把杆下端进行施工操作。(5)H型钢拔除前，基坑主体结构已经施工完毕封顶，并进行回土填、压实。4.2 拔除H型钢的操作工艺(1)采用液压千斤顶，利用混凝土圈梁的反力座，在H型钢端头上装上插板，把H型钢接长，再安装上夹具、液压千斤顶将H型钢顶松，并顶起2米左右。 (2)拆除插板，用夹具、液压千斤顶，逐步将H型钢顶出地面。(3)用履带吊车吊牢H型钢，待H型钢全部拔后吊离现场。(4)整理装车离场。图8 H型钢拔出现场图和示意图SMW工法围护结构基坑开挖过程中，按设计要求随挖随撑，主体结构完成后封顶后，再拔除H型钢。时应注意对周围建筑物、地下管线等重要构筑物的保护。若附近有重要建筑物或地下管线时，应对拔出后H型钢的空洞内注入水泥浆，使土体密实,减少对周围建筑物及地下管线的影响。5总结语本文主要是对SMW工法桩施工中质量控制中一些问题的分析，主要是通过搅拌桩施工质量控制、型钢插入质量控制、基坑开挖安全控制以及型钢拨出控制进行分析，如有不足，还请指出。在施工中应该重视施工过程中的每一个环节质量控制，落实每一步工序的质量和安全措施，特别是基坑开挖过程中安全控制，每一个工序都应该严格按要求执行。随着SMW工法成桩设备、工艺的不断完善和提高，应用城市建设工程越来越多，适用的基坑深度也不断加深，在软土地层施工可能出现更多问题，在实际的施工过程中有待进一步提高。 参考文献：1 龚维明,童小东,廖林昌等.地下结构工程M.南京:东南大学出版社,20042 丁克,曹吉庆,李仁东.SMW工法围护结构的设计J,南昌:江西水利科技,20022