SMW工法及其在地鐵工程中的應用【摘 要】 在介紹SMW工法特點、適用條件以及施工要點的基礎上,以廣州地鐵四號線新造車站基坑圍護結構為工程背景,詳細闡述了SMW工法在地鐵工程中的應用,實踐表明,SMW工法具有占地少、環境污染小、施工進度快、節約投資等優點,值得在地鐵施工中推廣使用。 【關鍵詞】 SMW工法; 連續墻; 地鐵工程1 SMW工法概述 SMW是SoilMixingWall的縮寫,于1976年在日本問世。截至1993年,該法在日本各地施工業績已達800×104m3,約占全日本用各種工法施工地下連續墻的50%左右。由于SMW工法的多項優點,近年來該工法已在美國、法國、東南亞國家以及我國上海、南京、天津、杭州、臺灣等地區廣泛應用。 SMW工法是日本一家中型企業———成幸工業株式會社所開發的一項專利。該工法是以多軸型鉆掘攪拌機在現場向一定深度進行鉆掘,同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑而與地基土反復混合攪拌,在各施工單元之間則采取重疊搭接施工,然后在水泥土混合體未硬結之前插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材,至水泥土結硬,便形成一道具有一定強度和剛度的、連續完整的、無接縫的地下墻體。SMW工法最常用的是三軸型鉆掘攪拌機,其中鉆桿有用于粘性土及用于砂礫土和基巖之分。2 SMW工法的主要特點 (1)對周邊環境影響小。施工對鄰近土體擾動較小,不會產生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害;SMW工法施工占用場地僅為其它施工方法的60%～80%,有利于保護周邊的建筑、道路及空中、地下管線;同時殘士及泥漿量小比較容易處理,有利于保護環境衛生。 (2)成樁質量可靠。目前SMW工法采用的三軸攪拌鉆機為中空葉片螺旋式鉆機,在鉆進土體的同時置換出大量的原狀土。同時利用高壓空氣壓入水泥漿使水泥土得到充分攪拌,使得樁體無分層夾泥現象。樁體中插入型鋼后,型鋼與水泥緊密結合增加了型鋼翼緣厚度,使樁體強度大大增加。 (3)連續施工防水效果好。SMW工法鉆機的鉆桿具有螺旋翼與攪拌翼相間設置的特色,隨著鉆掘與攪拌反復進行,可使水泥漿與土體得到充分均勻的攪拌,且水泥摻入量高,水灰比大,墻體全長無接縫,這樣一方面使得形成的水泥土墻具有較高的抗壓、抗剪強度,另一方面可使它比傳統的連續墻具有更可靠的止水性,其滲透系數K可達8×107cm/s。 (4)工程造價低,施工進度快。一方面攪拌樁的水泥使用量遠低于其它圍護施工方法,另一方面SMW工法每臺班可成樁390m以上,在壓縮工期的同時節約了人工費,所以可大大減少投資。3 SMW連續墻的施工 施工前先進行場地平整和樁位探測,如發現淺埋障礙物應予以清除。然后開挖導溝,待樁機就位后進行垂直度校正,保證垂直度誤差不超過1.0%。施工中應注意相鄰兩樁間的搭接,通常情況下相鄰兩樁間的施工間隔不超過24h,以確保墻體的防滲效果,具體施工步驟見圖1所示。
4 工程實例4.1工程施工概況 以廣州地鐵4號線新造車站附屬結構基坑圍護結構工程為例進行詳細闡述。為合理確定該工程的施工方法,對地下連續墻、挖孔灌注樁以及SMW工法進行了比選。比選結果為,SMW工法與連續墻圍護結構相比,其施工占用場地節省20%～40%,工期節省50%～100%,鋼材節省90%～95%;SMW工法比灌注樁工藝節省樁基用地每側為3m,總費用節省20～50%;環境污染小,而且傳統工藝都有大量水泥漿外運,因此最終選擇SMW工法進行施工。 在施工中,由水泥土攪拌樁內插H型鋼+壓梁+圍囹+水平鋼支撐構成支護系統。水泥土攪拌樁身采用42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量20%,水灰比為1.6～2.0,樁徑650mm,兩樁間搭接200mm,最大樁長16.5m,H型鋼采用A3鋼,規格尺寸為450mm×200mm,長度為16m,采用間隔插入方式。施工設備采用日本進口設備三軸攪拌樁機,樁架采用步履式重型樁架。4.2工程質量控制措施 整個施工過程中,各道工序都層層把關,確保圍護結構體的質量。歸納起來主要從以下6個方面進行控制。 (1)樁基垂直度控制。開機前必須探明和清除一切地下障礙物,須回填土的部位,必須分層回填夯實。以確保樁的質量;樁機行駛路軌和軌枕不得下沉,樁機垂直偏差不大于1%。 (2)合理選擇水泥土配合比。水泥宜采用42.5普通硅酸鹽水泥,水泥摻入比20%,水灰比一般選用1.6～2.0;土層主要為粉質粘土,宜摻入水泥用量6%的陶土粉外加劑,以增加攪拌的和易性;水泥漿攪拌時間不少于2～3min,濾漿后倒入集料池中,隨后不斷的攪拌,防止水泥離析。每班做邊長7.07cm立方體試塊一組(6塊),采用標養,28d后測定無側限抗壓強度。 (3)控制注漿量和提升速度。攪拌頭提升速度控制在200cm/min以內,注漿泵出口壓力控制在0.4～0.6MPa,防止出現夾心層或斷漿情況。 (4)做好樁與樁須搭接的工作。樁與樁搭接時間不應大于24h;如超過24h,則在第二根樁施工時增加注漿量20%,同時減慢提升速度;如因相隔時間太長致使第二根樁無法搭接,則在設計認可下采取局部補樁或注漿措施。 (5)插入H型鋼的施工管理。盡可能在攪拌樁施工完成后30min內插入H型鋼,若水灰比或水泥摻入量較大,H型鋼的插入時間可相應增加。 每根H型鋼到現場后,都要檢驗垂直度、平整度和焊縫厚度等,不符合規定要求的不得使用。 必須設置H型鋼懸掛梁或其他可以將H型鋼固定到位的懸掛裝置,以免H型鋼插入到位后再下沉。復合排樁完成后,鑿除樁頂部水泥土,露出的H型鋼表面需用隔離材料包扎或粘貼,然后制作壓頂圈梁。參考文獻[1] 王國富.SMW圍護樁工法簡介及經濟分析[J].鐵路工程造價管理,2000,(4):14～15.[2] 彭芳樂,孔德新,袁大軍.等.日本地下連續墻的最新發展[J].施工技術,32(8):51～53.[3] 史佩棟.SMW工法地下連續墻[J].施工技術.
4 工程實例4.1工程施工概況 以廣州地鐵4號線新造車站附屬結構基坑圍護結構工程為例進行詳細闡述。為合理確定該工程的施工方法,對地下連續墻、挖孔灌注樁以及SMW工法進行了比選。比選結果為,SMW工法與連續墻圍護結構相比,其施工占用場地節省20%～40%,工期節省50%～100%,鋼材節省90%～95%;SMW工法比灌注樁工藝節省樁基用地每側為3m,總費用節省20～50%;環境污染小,而且傳統工藝都有大量水泥漿外運,因此最終選擇SMW工法進行施工。 在施工中,由水泥土攪拌樁內插H型鋼+壓梁+圍囹+水平鋼支撐構成支護系統。水泥土攪拌樁身采用42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量20%,水灰比為1.6～2.0,樁徑650mm,兩樁間搭接200mm,最大樁長16.5m,H型鋼采用A3鋼,規格尺寸為450mm×200mm,長度為16m,采用間隔插入方式。施工設備采用日本進口設備三軸攪拌樁機,樁架采用步履式重型樁架。4.2工程質量控制措施 整個施工過程中,各道工序都層層把關,確保圍護結構體的質量。歸納起來主要從以下6個方面進行控制。 (1)樁基垂直度控制。開機前必須探明和清除一切地下障礙物,須回填土的部位,必須分層回填夯實。以確保樁的質量;樁機行駛路軌和軌枕不得下沉,樁機垂直偏差不大于1%。 (2)合理選擇水泥土配合比。水泥宜采用42.5普通硅酸鹽水泥,水泥摻入比20%,水灰比一般選用1.6～2.0;土層主要為粉質粘土,宜摻入水泥用量6%的陶土粉外加劑,以增加攪拌的和易性;水泥漿攪拌時間不少于2～3min,濾漿后倒入集料池中,隨后不斷的攪拌,防止水泥離析。每班做邊長7.07cm立方體試塊一組(6塊),采用標養,28d后測定無側限抗壓強度。 (3)控制注漿量和提升速度。攪拌頭提升速度控制在200cm/min以內,注漿泵出口壓力控制在0.4～0.6MPa,防止出現夾心層或斷漿情況。 (4)做好樁與樁須搭接的工作。樁與樁搭接時間不應大于24h;如超過24h,則在第二根樁施工時增加注漿量20%,同時減慢提升速度;如因相隔時間太長致使第二根樁無法搭接,則在設計認可下采取局部補樁或注漿措施。 (5)插入H型鋼的施工管理。盡可能在攪拌樁施工完成后30min內插入H型鋼,若水灰比或水泥摻入量較大,H型鋼的插入時間可相應增加。 每根H型鋼到現場后,都要檢驗垂直度、平整度和焊縫厚度等,不符合規定要求的不得使用。 必須設置H型鋼懸掛梁或其他可以將H型鋼固定到位的懸掛裝置,以免H型鋼插入到位后再下沉。復合排樁完成后,鑿除樁頂部水泥土,露出的H型鋼表面需用隔離材料包扎或粘貼,然后制作壓頂圈梁。參考文獻[1] 王國富.SMW圍護樁工法簡介及經濟分析[J].鐵路工程造價管理,2000,(4):14～15.[2] 彭芳樂,孔德新,袁大軍.等.日本地下連續墻的最新發展[J].施工技術,32(8):51～53.[3] 史佩棟.SMW工法地下連續墻[J].施工技術.
