SMW工法桩的设计与施工

H型钢满堂设置SMW工法连续墙示意图

SMW工法连续墙成墙示意图

二、SMW工法的起源与发展

SMW工法桩由搅拌桩发展而来，但两者不同。

首先，搅拌桩搅拌头一般呈十字形，SMW工法搅拌机搅拌头呈螺旋形；

其次，搅拌桩机械动力小，SMW工法桩机械动力大；

第三，搅拌桩水泥掺量小，在软土地区，一般小于14%，SMW工法搅拌桩水泥掺量大，一般在20%左右；

第四，搅拌桩浆液水灰比一般为0.5~0.7（软土地区），SMW工法搅拌桩水灰比在1.5~2.0；

第五，搅拌桩搅拌时不排土，挤土较大，而SMW工法搅拌桩搅拌时有少量排土，挤土较小。

三、SMW工法的优缺点

优点：1、施工扰动小；2、无泥浆污染；3、振动噪声小；4、止水性能好；5、适用范围广；6、施工工期短;7、施工场地小；8、废土外运少；9、安全性较高；10、工程造价低。
缺点：1、水泥土养护时间较长；2、与地下连续墙相比，施工质量较难控制；3、与地下连续墙相比，整体性欠缺；4、与地下连续墙相比，抗渗性欠佳。

四、SMW工法的设计

以SMW工法桩用于地下挡墙为例。
1、设计原则
安全（满足稳定条件和各部分材料强度条件）；经济（保证H型钢能够回收）；施工方便
2、水泥土配合比的确定
水泥和外掺剂的掺入量必须由现场试验确定，一般取7%、9%、11%、13%、15%做试验。
3、入土深度的确定
型钢的入土深度：型钢入土深度一般可比水泥土搅拌桩入土深度稍小，主要由基坑抗隆起稳定性、挡土墙的内力、变形、型钢拔出等条件决定。
水泥搅拌桩的入土深度：由三因素决定：确保坑内降水不影响基坑外环境；防止管涌发生；防止底鼓发生。
4、截面形式的确定
H型钢设置形式

5、内力计算
SMW工法挡墙计算模式与壁式地下墙类似，考虑水土压力全部由H型钢承担，水泥土搅拌桩只起止水作用，具体计算步骤为：
（1）按刚度等效原则计算壁式地下墙折算厚度；
分两种情况：
考虑刚度提高；不考虑刚度提高

劲性桩等刚度壁式地下墙厚度折算示意图
（2）按按等效厚度的混凝土壁式地下墙，计算出
每延米墙的内力与位移；
（3）换算得到每根型钢承受的内力和位移；
6、强度验算
（1）抗弯验算考虑弯矩全部由型钢承担验算强度；
（2）抗剪验算
分两部分：
型钢抗剪验算；水泥土局部抗剪验算

7、型钢抗拔验算
为保证型钢顺利回收，需进行抗拔验算，最好进行现场试验确定型钢最大抗拔力。
8、型钢底端水泥土强度校核
型钢底端截面为一变刚度截面，须校核水泥土的抗剪切强度。

五、SMW工法施工

1、施工工艺
SMW工法工艺流程图
2、施工要点
（1）需开挖沟槽接收返流浆液，设置固定架固定H型钢；
（2）需合理确定下行钻进时和上行提升时水泥浆的灌入量；
（3）需根据现场条件合理确定搅拌下沉和提升速度，合理确定水泥浆液的配合比；
（4）控制水泥土搅拌桩和H型钢的垂直度；
（5）需采取合理措施保证H型钢能够顺利回收。
3、施工质量保证措施
（1）保证水泥、钢材质量，严格钢材加工质量检查；
（2）检查桩架的定位，钻孔的深度、速度，检查水泥浆液的搅拌操作规范、水灰比；
（3）保证桩机平稳，做到固定端正，桩架垂直；
（4）严格控制水灰比，搅拌时间，浆液质量，注浆时控制注浆压力和注浆速度；
（5）控制钻管下钻、提升的速度，严防断桩、空桩；
（6）在插入H型钢时，必须做到垂直不斜，控制插深，严防错位、插偏、扭歪；
SMW工法重叠搭接施工方式
SMW工法连续墙施工步骤示意图

六、SMW工法的工程应用

工程应用主要范围
建筑及土木工程之地下挡土墙；防渗止水墙（水坝、污水池等）；软土地基加固。
工程应用实例
（1）“环球世界”商业大厦基坑
基坑开挖面积约3000m2，开挖深度为8.65m，围护结构采用三排水泥土搅拌桩墙，搅拌桩直径700mm，搅拌桩的中心间距为500mm，内插型钢H800×400，翼缘和腹板厚度均为10mm，H型钢长13.6m，间距1000mm。支撑体系采用一道钢筋混凝土支撑，坑内进行注浆加固。

SMW工法施工成绩
（1）墙体水平位移控制在3cm以内；
（2）H型钢最大设计弯矩为设计值的80%；
（3）围护结构造价比地下连续墙节约40%；
（4）围护结构施工工期缩短1/3。

七、SMW工法的研究与发展

自1998年起，国内相继研制成功了ZLD系列多轴式SMW工法连续墙钻孔机、四轴深层搅拌机、大深度大扭矩四轴深层搅拌机等施工机械。
由上海市土木工程学会地下工程专业委员会组织的“SMW围护桩技术研讨会”于1999年12月8日在科学会堂召开，会议重点讨论了“SMW工法在上海的应用”、“H型钢回收技术”、“四轴搅拌机的研制”等专题。
试验研究表明，SMW工法水泥土搅拌桩在不同的土层中使用，效果也不相同。一般说来，原状土体性质越好，水泥土搅拌桩强度越大；原状土体性质越差，则水泥土搅拌桩强度越小。例如水泥土搅拌桩用在砂质粉土与粉质粘土互层⑤1中的效果要比用在淤泥质粉质粘土③1、④中效果好得多。
SMW工法围护结构有着十分广阔的应用前景，已为上海土木工程界肯定。
高精度地下连续墙的建造（TRD工法）

八、SMW工法存在的问题
有些工程应用中出现渗漏、变形过大、地面沉降、型钢无法拔起、甚至发生基坑坍塌的主要原因有：
（1）水泥土中水泥掺量不够，或者没有区别对待不同的土层；
（2）泥浆夜的配合比不当，浆液浓度过小，H型钢易发生倾斜或位移，浓度过大，则型钢插入困难；
（3）水泥土搅拌过程中下沉或提升速度过快，造成搅拌不均匀；
（4）水泥土搅拌桩搭接厚度不够；
（5）水泥土搅拌桩或H型钢垂直度未达到设计要求；
（6）水泥土养护时间未到即进行开挖，强度不够；
（7）施工过程中出现间断，造成施工冷缝；
（8）基坑开挖时支撑设置不及时；
（9）H型钢表面减阻剂涂抹不均匀；
（10）型钢拔出后的空隙未及时回填；
（11）施工队伍素质良莠不齐。