SMW工法桩在砂性土中的施工技术

1　工程概况
　　郑州市纬四路-商务西三街中州大道下穿隧道工程位于郑州中心城区中东部，工程起于纬四路金水河桥，终点为黑庄路商务西五街交叉口。工程全长909m，其中隧道段全长775m，采用顶管机掘进。
　　商务西三街工作井为顶管始发井，基坑平面外包尺寸为50.05m×16m（长×宽），开挖深度为14.853m；纬四路工作井为顶管接收井，基坑平面外包尺寸为50.5m×14m（长×宽），开挖深度为14.443m。围护结构均采用SMW工法桩，水泥土搅拌桩为f1000@750，桩长28.5m，搅拌桩内密插800×300H型钢，桩底进入⑨细砂层。

图1纬四路工作井围护结构平面示意图

2　工程地质

　　根据钻探、标准贯入试验结果，结合室内土工试验资料，对地基土按岩性及力学特征分层后，从上到下分层依次为：①杂填土、②粉土、③粉土、④粉土、⑤粉质黏土、⑤1粉土、⑥粉土、⑦粉质黏土、⑦1层：粉土、⑧粉砂、⑨细砂、⑩粉质黏土，具体描述见表1。

　　根据详勘报告所揭示的地质情况，纬四路工作井坑底位于⑤层粉土，商务西三街坑底位于⑥层粉土。砂层微承压水主要埋藏于第⑧、⑨层细砂层中，平均水位埋深15.0m，水位标高约75.0m。

3　工程施工难点
　　1）SMW工法桩的施工深度进入⑧粉砂层和⑨细砂层，其地基承载力标准值均接近200kPa，砂层含水时凝聚力大，具有很大的吸附作用，而失水时的土质坚如磐石，硬度高。
　　2）在这种高承载力值的砂土中施工大直径（f1000）三轴搅拌桩并插入H型钢，在国内还未见报道，没有经验可借鉴。
　　3）现场电力供应不稳定，搅拌桩机钻进时容易因电流突增而造成施工中断，存在卡钻隐患。
4　主要施工技术措施
4.1　施工设备改进
　　1）原有施工机械设备见表2。

表2 施工机械设备一览表

　　2）为使搅拌钻头容易切入砂土层，更换了搅拌钻头，并在更换后的搅拌钻头最下面叶片上加焊了合金刀具，增加了搅拌翼和先行搅拌翼，成为耙式钻头，并且使两侧的钻头长于中间的钻头，以便于3个钻头的定位（见图2）。

图2更换前后钻头示意图

　　3）将原2组90kW的动力头更换为3组75kW的，大大提高了搅拌机的扭矩，可以更加充分搅拌⑧粉砂层和⑨细砂层。
4.2　施工参数控制
　　1）为使砂性土具有可塑性与流动性，防止出现三轴搅拌机下沉搅拌后水泥土中的砂沉积，发生钻杆埋钻现象，施工分2步进行：
　　⑴先行搅拌土体，搭接25cm，减少第一次喷浆浆液中的水泥掺量（所减少的水泥量加在第二次喷浆的浆液中），加入一定比例（由试验确定）的膨润土，并适当加大水灰比；
　　⑵在水泥浆初凝前，套打搅拌，增加水泥用量，使⑧号粉砂层和⑨号细砂层的砂粒与水泥充分混合，反浆到地表并减少土体对钻杆与H型钢的贯入阻力，便于水泥搅拌桩施工中的翻砂和H型钢插入。
　　2）控制水泥土深层搅拌桩下沉和提升速度，若喷浆搅拌钻进速度过快，则会对周围的土体产生挤压作用，造成周围土体隆起；若钻杆提升速度过快，则会使钻头周围的土体压力减小，使桩周围的土体向成桩区域挤压移动，造成桩周围土体的沉降。因此，在地面下0～20m段，下沉钻进速度为0.5m/min，提升速度为1m/min；地面20m以下，下沉钻进速度为0.2m/min，提升速度为0.5m/min。在⑧粉砂层和⑨细砂层中，要进行复搅，保证H型钢能够顺利插入[1]。
　　3）因施工场地不做硬地坪，施工设备的自重又大于40t，为了使三轴深层搅拌桩机能够方便移动与准确就位，在搅拌桩墙体施工两侧各放置1根H型钢，并定出桩位与H型钢插入的位置记号。
　　4）为防止电网不稳定，钻进时熔断保险丝，造成钻杆埋钻，特配置专用发电机。
4.3　施工结果
　　1）通过调整施工工艺、搅拌钻头的进一步改进与制定严格的设备操作规程，克服了在⑧粉砂层和⑨细砂层中进行SMW工法桩施工时易于埋钻、钻杆下沉速度慢和H型钢难以插入等困难；使每组搅拌桩的施工时间控制在3h左右；型钢插入可以靠自重到达设计标高。
　　2）由于三轴搅拌机施工时低噪声、震动小，对周边高层住宅楼和军队光缆没有造成影响；避免了“扰民”现象。
　　3）由于施工前开挖了沟槽，避免SMW工法桩施工时置换出的一部分泥浆溢出。
5　结语
　　1）对于在承载力高的砂性土特殊地层中进行SMW工法施工，需配备大扭矩、自重大和稳定性好的三轴深层搅拌桩机。
　　2）对承载力高的砂性土特殊地层进行土体改良，主要通过提前搅拌土体，同时加入膨润土，是SMW工法在该地层得以正常实施的关键性技术之一。
　　3）SMW工法桩具有承载力和防渗双重功能，施工工序较钻孔灌注桩和地下连续墙等简单，施工工期缩短，也不需要钢筋加工场地。
　　4）在工程主体结构施工完毕后，型钢可以回收重复利用，减少了工程造价，与钻孔灌注桩和钢筋混凝土地下连续墙施工方法相比，可降低造价约30%。
　　5）施工中所采取的技术措施，可为以后在类似的地层中进行SMW工法桩围护施工作参考。

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