SMW工法桩

SMW工法桩(Soil Mixing Wall泥土搅拌墙)SMW工法连续墙于1976年在日本问世SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间则采取重叠搭接施工,然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材,至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。 SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机,其中钻杆有用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分,此外还研制了其他一些机型,用于城市高架桥下等施工,空间受限制的场合,或海底筑墙,或软弱地基加固。 SMW工法施工顺序如下: 1、导沟开挖:确定是否有障碍物及做泥水沟。 2、置放导轨。 3、设定施工标志。 4、SMW钻拌:钻掘及搅拌,重复搅拌,提升时搅拌。 5、置放应力补强材(H型钢) 6、固定应力补强材。 7、施工完成SMW。 编辑本段SMW工法的主要特点: 1、施工不扰动邻近土体,不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。 2、钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点,随着钻掘和搅拌反复进行,可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌,而且墙体全长无接缝,从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性,其渗透系数K可达10-7cm/s。 3、它可在粘性土、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。 4、可成墙厚度550~1300mm,常用厚度600mm;成墙最大深度目前为65m,视地质条件尚可施工至更深。 5、所需工期较其他工法为短,在一般地质条件下,每一台班可成墙70~80㎡。 6、废土外运量远比其他工法为少。SMW工法的经经济与社会价值 1. 降低施工成本,增强企业竞争力尽管目前SMW工法在应用中还存在上述的各种问题和值得关注的焦点,但是作为一项推广应用的新技术而言,在满足工程技术要求的前提下,选用 SMW工法作为围护结构,具有地下连续墙和钻孔灌注桩加隔水帷幕作为围护结构不可比拟的优势。因此作为投资方、设计方在经过技术经济论证比较后,一般会优先选用SMW工法作为围护结构。因此作为施工企业就必须加强SMW工法的施工管理和技术创新工作,树立在SMW工法施工方面的品牌效应,提高企业在竞标方面的竞争力。 2. 适应于建设节约型社会和发展循环经济需要随着国家经济的高速发展,资源和能源问题正成为制约增长的主要问题,因此国务院及时提出了建设节约型社会和发展循环经济的政策。针对土建施工行业实现上述目标,主要的方法为:争取在施工中使用能周转的施工材料和采用保证施工材料能重复使用的施工工艺,实现循环使用,提高资源利用率,尽量减少采用一次性材料消耗的施工工艺。SMW工法的H型钢可以重复使用,一般至少可使用四次以上。而在地下连续墙和钻孔灌注桩作为围护的施工工艺中,使用了大量的钢筋,而不能回收重复利用,造成了极大钢铁资源的消耗。我国目前已经成为世界上钢铁产量和消耗第一大国,而且我国的钢铁对外依赖度很高,主要体现在铁矿石资源上的紧缺,大部分需要进口。因此须尽量采用像SMW工法这样能降低钢铁等资源消耗的施工工艺。 3. 减少地下空间资源污染随着地铁车站、地下市政道路、地下变电站及地下商场等地下空间的开发利用,作为施工期间的围护结构大部分永久性的埋在了地下,在上海根据设计规范计算,围护结构的插入比在1:0.8~1:1.1之间,因此该地下建筑物底板下面相当于该建筑物的深度的地下空间资源受到了原围护结构的污染,给后面底板下地下资源的开发造成了极大困难。例如:目前为施工地铁7号线静安寺站工程北端头井,必须拔除10根左右原来作为围护结构的?1000mm钻孔灌注桩(深度25m左右),每根桩的自重达52吨之多,拔除的施工难度极大。类似这样原来的围护结构影响后续地下空间资源开发的情况还有很多。而如果采用SMW工法作为围护结构,就不会产生如此问题,目前在我国SMW工法中H型钢大部分都拔除回收。虽然在日 本SMW工法作为围护结构时,H型钢大部分不拔除,同样会造成地下空间资源污染的问题,但是我们中国土木工程师们应该在研究和消化吸收日本成功的SMW工法工艺上,通过创新,研究出更好的施工方法和施工工艺。 高压旋喷桩百科名片 高压旋喷桩,是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合,形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低,但容易污染环境,成本较高,对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。 1. 适用范围(1) 高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。(2) 当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时,对淤泥和泥炭土以及已有建筑物的湿陷性黄土地基的加固,应根据现场试验结果确定其适用程度。应通过高压喷射注浆试验确定其适用性和技术参数。(3) 高压喷射注浆法,对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层,地下水流速过大和已涌水的地基工程,地下水具有侵蚀性,应慎重使用。(4) 高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。 2. 基本规定(1) 高压喷射注浆地基工程的设计和施工,应因地制宜,综合考虑地基类型和性质、地下水条件、上部结构形式、荷载大小,场地环境、施工设备性能等因素,做到技术先进,经济合理,确保工程质量。(2) 高压喷射注浆法的注浆形式分旋喷注浆、摆喷注浆和定喷注浆等3种类别。根据工程需要和机具设备条件,可分别采用单管法、二管法和三管法,加固体形状可分为圆柱状、扇形块状、壁状和板状。(3) 高压喷射注浆定喷适用于粒径不大于20mm的松散地层,摆喷适用于粒径不大于60mm的松散地层,大角度摆喷适用于粒径不大于100mm的松散地层,旋喷适用于卵砾石地层及基岩残坡积层。(4) 在制定高压喷射注浆时,应掌握场地的工程地质、水文地质和建筑结构设计资料等。对既有建筑尚应搜集有关的历史和现状等资料、邻近建筑和地下埋设物等资料。(5) 高压喷射注浆方案确定后,应结合工程情况进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数及工艺。(6) 高压喷射注浆试验场地应选择在对整个工程有代表性地段,通过试验能够反映出高压喷射注浆后对地基处理工程所起到的加固或防渗效果。 6.9.2 施工准备 1. 材料、成品、半成品、构配件进场验收和复试要求(1) 高压喷射注浆法所用灌浆材料,主要是水泥和水,必要时加入少量外加剂。(2) 高压喷射注浆所采用的水泥品种和标号,应根据环境和工程需要确定,一般情况下,宜采用普通硅酸盐水泥,其强度等级不宜低于32.5。使用其他水泥注浆时应得到设计许可。(3) 注浆所用水泥应符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB 175—1999中的规定。(4) 高压喷射注浆用水泥必须符合质量,应严格防潮和缩短存放时间,施工过程中应抽样检查,不得使用过期的和受潮结块的水泥。(5) 搅拌水泥浆所用的水,应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ 63—89的规定。(6) 高压喷射注浆一般使用纯水泥浆液。在特殊地质条件下或有特殊要求时,根据工程需要,通过现场注浆试验论证可使用不同类型浆液。如水泥砂浆等。 (7) 根据需要可在水泥浆液加入粉细砂、粉煤灰、早强剂、速凝剂、水玻璃等外加剂。2.主要施工机具、设备(1) 高压喷射注浆法所用施工机具设备,有国产设备和进口设备。施工用主要设备机具有:地质成孔设备,搅拌制浆设备,供气、供水、供浆设备,喷射注浆设备,控制测量检测设备。1) 地质成孔设备:地质钻机、潜孔钻机、冲击回转钻机、水井磨盘钻机、振冲设备等。2) 搅拌制浆设备:搅灌机、搅拌机、灰浆搅拌机、泥浆搅拌机、高速制浆设备等。3) 供气、供水、供浆设备:空压机、高压水泵、高压浆泵、中压浆泵、灌浆泵等。4) 喷射注浆设备:高压喷射注浆机、旋摆定喷提升装置、喷射管喷头喷咀装置等。 5) 控制测量检测设备:测量仪、测量尺、水平尺、测斜仪、密度仪、压力表、流量计等。(2) 根据工程需要和场地地质条件选用施工机具设备。 3. 施工现场(作业条件)要求(1) 平整场地,清除地面和地下可移动障碍,应采取防止施工机械失稳的措施。(2) 建齐施工用的临时设施,如供水、供电、道路、临时房屋、工作台以及材料库等。(3) 施工平台应做到平整坚实,风、水、电应设置专用管路和线路。(4) 施工单位应制定环境保护措施,施工现场应设置废水、废浆处理和回收系统。(5) 施工现场应布置开挖冒浆排放沟和集浆坑。(6) 施工前应测量场地范围内地上和地下管线及构筑物的位置。(7) 基线、水准基点,轴线桩位和设计孔位置等,应复核测量并妥善保护。(8) 机械组装和试运转应符合安全操作规程规定。(9) 施工前应设置安全标志和安全保护措施。 4. 技术准备(1) 施工前,建设、设计、监理等单位向施工单位进行技术交底,并提供下列文件和资料: 1) 工程设计和地基与基础的施工图件。2) 施工场地的工程地质水文地质资料。3) 施工场地地上范围的高压线、电话线、各类管线等资料。4) 施工场地地下管线及已建有的地下构筑物的有关资料。 5) 必要的荷载试验及其他有关试验资料。6) 施工技术要求,包括质量标准和检查方法。7) 施工前已完成的有关试验报告。8) 施工中使用的标准和有关文件。9) 施工场地四通一平和测量基准点资料。(2) 施工单位在开工前应做好下列工作: 1) 编制施工组织设计。2) 建立质量保证体系。3) 制定安全操作规程。4) 制定劳动保护和文明施工措施。5) 组织施工人员进行技术交底和。6) 组织学习国家安全生产的法律、法规。7) 施工所用各种表格应符合规范要求。 6.9.3 施工工艺 1.高压喷射注浆施工工艺流程(1) 高压喷射注浆施工工序应先分排孔进行,每排孔应分序施工。当单孔喷射对邻孔无影响时,可依次进行施工。单管法非套接独立的旋喷桩不分序,依次进行施工。(2) 高压喷射注浆旋、摆、定喷射结构形式,对套接、搭接、连接、“焊接”孔与孔应分序施工。 2. 操作工艺(1) 测量放线:根据设计的施工图和坐标网点测量放出施工轴线。(2) 确定孔位:在施工轴线上确定孔位,编上桩号、孔号、序号,依据基准点进行测量各孔口地面高程。(3) 钻机造孔:可采用泥浆护壁回转钻进、冲击套管钻进和冲击回转跟管钻进等方法。1) 钻机主钻杆对准孔位,用水平尺测量机体水平、立轴垂直,钻机要垫平稳牢固。2) 钻孔口径应大于喷射管外径20~50mm,以保证喷射时正常返浆、冒浆。3) 开钻前由项目部技术组下达造孔通知书,报监理工程师批准后开钻。4) 造孔每钻进5m用水平尺测量机身水平和立轴垂直1次,以保证钻孔垂直。5) 钻进过程中为防止塌孔采用泥浆护壁,黏土泥浆容重一般为1.1~1.25g/cm3。6) 钻进过程中随时注意地层变化,对孔深、塌孔、漏浆等情况,要详细记录。7) 施工场地勘察资料不详时,每间隔20m布置一先导孔,查看终孔时地层变化。8) 钻孔终孔深度应大于开喷深度0.5~1.0m,以满足少量岩粉沉淀和喷嘴前端距离。9) 终孔后将孔内残留岩芯和岩粉捞取置换干净,换入新的泥浆,保证高喷顺利下管。10) 孔深达到设计深度后,进行孔内测斜,孔深小于30m时,孔斜率不大于1%。11) 钻孔完成后及时将孔口盖好,以防杂物掉入孔内。12) 钻孔记录要填写清楚、整洁,经监理、质检员、施工员签字后当天交技术组。13) 采取套管跟管钻进方法时,在起拔套管前应向孔内注满优质护壁泥浆。14) 当采用振冲沉管时,应保证机架和沉管(喷射管)的垂直度,满足设计要求。(4) 测量孔深:钻孔终孔时测量钻杆钻具长度,孔深大于20m 时,进行孔内测斜。(5) 下喷射管:钻孔经验收合格后,方可进行高压喷射注浆,下喷射管前检查以下事项。1) 测量喷射管长度,测量喷嘴中心线是否与喷射管方向箭一致,喷射管应标识尺度。2) 将喷头置于高压水泵附近,试压管路应小于20m,试喷调为设计喷射压力。 3) 施工时下喷射管前进行地面水、气、浆试喷,即设计喷射压力+管路压力。4) 设计喷射压力+管路压力为施工用的标准喷射压力,更换喷嘴时重新调试。5) 摆喷施工下喷射管前,应进行地面试喷并调准喷射方向和摆动角度。6) 地面试喷经验收合格后,下入喷射管时,应采取措施防止喷嘴堵塞。7) 孔内沉淀物较多时,应事先准备黏土泥浆,下喷射管时 边冲入泥浆边下管。8) 钻孔当采用套管护壁时,下入喷射管后,拔出护壁套管。9) 当采用振冲沉管时,必须满足以上要求。10) 当喷射管下至设计深度时,经监理工程师批准后,准备开喷。(6) 搅拌制浆:搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应,并应能保证均匀、连续地拌制浆液。保证高压喷射注浆连续供浆需量。1) 按设计的水灰比拌制水泥浆液,常用水灰比为1。2) 水泥浆的搅拌时间,使用高速搅拌机不少于60s;使用普通搅拌机不少于180s。3) 纯水泥浆的搅拌存放时间,自制备至用完的时间应少于2.5h。4) 浆液应在过筛后使用,并定时检测其密度。5) 制浆材料称量可采用质量或体积计量法,其误差应不大于5%。6) 炎热夏季施工应采取防热和防晒措施,浆液温度应保持在5~40℃。7) 寒冷季节施工应做好机房和高压喷射注浆管路的防寒保暖工作。 8) 若用热水制浆,水温不得超过40℃。9) 浆液使用前,检查输浆管路和压力表,保证浆液顺利通过输浆管路喷入地层。10) 水泥浆液中需要加入适量的外加剂及掺合料构成复合浆液,应通过试验确定。(7) 供水供气:施工用高压水和压缩气的流量、压力应满足工程设计要求。1)单管法,施工用高压水泥浆的密度、流量、压力应符合设计要求。2) 两管法,施工用高压水泥浆和压缩气的流量、压力要符合设计要求。3) 三管法,施工用高压水和压缩气的流量、压力要符合设计要求。(8) 喷射注浆:高压喷射注浆法为自下而上连续作业。喷头可分单嘴、双嘴和多嘴。1) 当注浆管下至设计深度,喷嘴达到设计标高,即可喷射注浆。2) 开喷送入符合设计要求的水、气、浆,待浆液返出孔口正常后,开始提升。3) 高压喷射注浆喷射过程中出现压力突降或骤增,必须查明原因,及时处理。4) 喷射过程中拆卸喷射管时,应进行下落搭接复喷,搭接长度不小于0.2m。5) 喷射过程中因故中断后,恢复喷射时,应进行复喷,搭接长度不小于0.5m。6) 喷射中断超过浆液初凝时间,应进行扫孔,恢复喷射时,复喷搭接长度不小于1m。7) 喷射过程中孔内漏浆,停止提升,直至不漏浆为止,继续提升。8) 喷射过程中孔内严重漏浆,停止喷射,提出喷射管,采取堵漏措施。9) 对有特殊要求的注浆孔,可采用复喷来增加喷射长度和强度。10) 喷射过程中,要记录每个高压喷射注浆孔施工时间全过程。(9) 冒浆:高压喷射注浆孔口冒浆量的大小,能反映被喷射切割地层的注浆效果。孔口冒出的浆液能否回收利用,取决于工程设计和冒浆质量的好与差,工程中尽可能利用回浆。1) 单管法、两管法,孔口冒出的浆液不回收利用。2) 单管法、两管法,注浆过程中,冒浆量小于注浆量的20%时为正常现象,冒浆量超过20%或完全不冒浆时,应采取下列措施: a. 当地层中有较大空隙引起不冒浆时,可在浆液中掺合适量的速凝剂,缩短固结时间,使浆液在一定的土层范围内凝固,也可在空隙地段增大注浆量,填满空隙后再继续喷射。b. 当冒浆量过大时,可通过提高喷射压力,或加快喷射的提升速度,减少冒浆量。3) 三管法,注浆过程中不冒浆,孔内严重漏浆,可采取以下措施处理: a. 孔口少量返浆时,应降低提升速度,孔口不返浆时,应立即停止提升。b. 加大浆液浓度或水泥砂浆,掺入少量速凝剂。c. 降低喷射压力、流量,进行原位注浆。4) 三管法,根据工程设计要求,可回收利用孔口冒出的浆液。a. 在含黏粒较少的地层中进行高压喷射注浆,孔口冒浆经沉淀处理后方可利用。b. 在黏性土或软塑至流塑状淤泥质土层中注浆,其孔口冒浆不宜回收利用。(10) 旋摆提升:单嘴喷头摆360°为旋喷;小于360°为弧喷;小于等于180°为拱喷;小于等于90°为摆喷;摆角为0°时为单向定喷。同轴双嘴喷头摆180°为旋喷;小于180°为双向拱喷;小于等于90°为双向摆喷;摆角为0°时为双向定喷。非同轴双嘴喷头有90°夹角、120°夹角、150°夹角,可用于摆喷和定喷。多嘴喷头目前国内使用的不多。旋摆为机械旋摆和特殊环境下人工旋摆。1) 高压旋喷切割土体一周,旋摆和提升速度慢,喷射半径长,形成桩径大。2) 高压摆喷切割土体,摆动和提升速度慢,喷射半径长,形成凝固体积大。3) 高压定喷切割土体,提升速度慢,喷射半径长,形成凝固体板长。4) 提升速度应与注浆量匹配,供浆量应满足提速,提速应满足喷射半径长度。5) 高压喷射注浆机械旋摆,形成凝固体积规则,人工旋摆,形成凝固体积不规 则。6) 旋摆定喷射过程中要固定喷方向桩,以便随时检查和防止喷方向位移。7) 喷射过程中接卸换管时要检查喷方向,防止喷射方向位移。8) 按设计要求旋摆定喷射提升,自下而上至设计标高,停止喷射,提出喷射管。9) 旋喷注浆适用于细颗粒和粗颗粒松散地层,定喷注浆适用于细颗粒松散地层。a. 定喷:适用于黏性土、粉土、砂土细颗粒松散地层。b. 摆喷:适用于黏性土、粉土、砂土、砾石中颗粒松散地层。 c. 旋喷:适用于黏性土、粉土、砂土、砾石、卵石粗颗粒松散地层。(11) 成桩成墙:高压喷射注浆凝固体可形成设计所需要的形状,如旋喷形成圆柱状、盘形状,摆喷形成扇形状、亚铃状、梯形状、锥形状和墙壁状,定喷形成板状。(12) 充填回灌:每一孔的高压喷射注浆完成后,孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀,应及时向孔内充填灌浆,直到饱满,孔口浆面不再下沉为止。终喷后,充填灌浆是一项非常重要的工作,回灌的好与差将直接影响工程的质量,必须做好充填回灌工作。1) 将输浆管插入孔内浆面以下2m,输入注浆时用的浆液进行充填灌浆。2) 充填灌浆需多次反复进行,回灌标准是:直到饱满,孔口浆面不再下沉为止。3) 对高压喷射注浆凝固体有较高强度要求时,严禁使用冒浆和回浆进行充填回灌。4) 对高压喷射注浆凝固体只有抗渗要求时,可以使用冒浆和回浆进行充填回灌。5) 应记录回灌时间、次数、灌浆量、水泥用量和回灌质量。(13) 清洗结束:每一孔的高压喷射注浆完成后,应及时清洗灌浆泵和输浆管路,防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块,堵塞输浆管路和喷嘴,影响下一孔的施工。 6.9.4 质量标准 1. 工艺指标(1) 测量放线:根据设计的施工图测量放出的施工轴线,允许偏差为10mm,当长度大于60m时,允许偏差为15mm。(2) 确定孔位:测量孔口地面高程允许偏差不超过1cm,定孔位允许偏差不超过2cm。(3) 钻机造孔:钻机就位,主钻杆中心轴线对准孔位允许偏差不超过5cm。1) 钻孔口径:开孔口径不大于喷射管外径10cm,终孔口径应大于喷射管外径2cm。2) 钻孔护壁:采用泥浆护壁,黏土泥浆密度为1.1~1.25g/cm3。3) 钻先导孔:每间隔20m布置一先导孔,终孔时1m取芯鉴别岩性。4) 钻孔深度:终孔深度大于设计开喷深度0.5~1.0m。5) 孔内测斜:孔深小于30m时,孔斜率不大于1%,其余不得大于1.5%。(4) 测量孔深:钻孔终孔时测量钻杆钻具长度,允许偏差不超过5cm。(5) 下喷射管:喷射管下至设计开喷深度允许偏差不超过10cm。1) 喷射管:测量喷射管总长度,允许误差不超过2%,喷射管每隔0.5m标识尺度。 2) 方向箭:测量喷嘴中心线与喷射管方向箭允许误差不超过1°。3) 调试喷嘴:确定设计喷射压力时,试压管路不大于20m,更换喷嘴时重新调试。4) 喷射压力:施工用的标准喷射压力等于设计喷射压力加上管路压力。5) 喷射方向:确定喷射方向允许偏差不超过±1°。 (6) 搅拌制浆:使用高速搅拌机不少于60s;使用普通搅拌机不少于180s。1) 单管法、两管法,常用水灰比为1,密度为1.35~1.5g/cm3。2) 三管法,常用水灰比为0.6~0.8,密度为1.6~1.7g/cm3。3) 制浆材料称量其误差应不大于5%,称量密度偏差不超过±0.1g/cm 3。4) 纯水泥浆的搅拌存放时间不超过2.5h,浆液温度应保持在5~40℃。5) 所进水泥每400t取样化验1次,检测水泥安定性和强度指标。6) 水泥的使用按出厂日期和批号,依次使用,不合格的水泥严禁使用。(7) 供水供气:高压(浆)水压力不小于20MPa,气压力控制在0.5~0.8MPa。1) 高压浆:施工用高压浆压力偏差不超过±1MPa,流量偏差不超过±1L/min。2) 高压水:施工用高压水压力偏差不超过±1MPa,流量偏差不超过±1L/min。3) 压缩气:施工用压缩气压力偏差不超过±0.1MPa,流量偏差不超过±1L/min。(8) 喷射注浆:高压喷射注浆开喷后,待水泥浆液返出孔口后,开始提升。喷射过程中出现压力突降或骤增,必须查明原因,及时处理。喷射过程中孔内漏浆,停止提升。1) 检查喷头:不合格的喷头、喷嘴、气嘴禁止使用。2) 复喷搭接:喷射中断0.5h、1h、4h的,分别搭接0.2m、0.5m、1.0m。 3) 三管法灌浆正常工作压力为0.1~0.3MPa。4) 为增加喷射长度和强度,喷射管喷头必须下落到开喷原位。(9) 冒浆:三管法,高压喷射注浆在砂土及砂砾卵石层施工,孔口冒出的浆液经过滤沉淀处理后方可利用,回收浆液密度为1.2~1.3g/cm3。(10) 旋摆提升:当碎石