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三轴水泥土搅拌桩（SMW工法桩）在深基坑支护中的应用研究

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：朱雷雷

[导读] 摘要：SMW工法桩，是现代建筑工程领域应用最为广泛的施工工艺。

        上海中坚建设工程有限公司
        摘要：SMW工法桩，是现代建筑工程领域应用最为广泛的施工工艺。本文以SMW工法桩在深基坑支出中的应用为主要研究对象，针对SMW工法桩进行多角度、多层次、多能容的论述和分析，结合笔者多年从事建筑工程领域的施工管理经验，提出一系列行之有效的施工举措和应用办法，助力相关领域施工人员对SMW工法桩的应用，提高认识意识以及实践能力。仅供参考。
        关键词：SMW工法桩；深基坑工程；施工作业
        引言：随着SMW工法桩的发展和创新，两轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩以及五轴水泥土搅拌桩，成为行业发展的重要代表，一方面，SMW工法桩的应用，结合时代的发展优势，得到了有效的提升和改变，另一方面，SMW工法桩在深基坑工程中，能够发挥出巨大的应用价值和实践成效，成为行业发展的代表和典型，引发行业从业人员的关注和重视。
        一、深基坑工程概况
        本文以上海市长宁区生态工程专项建设地上配套服务及地下工程基坑围护施工方案为主要案例对象，该工程基坑为不规则多边形，基坑围护总长度（外侧）约845m，基坑围护总面积约33090m2。根据不同的挖深和施工顺序将基坑分为四个区，其中一区涵盖体育中心、地下车库、游泳馆区域南侧下沉广场，二区为南侧下沉广场、三区为北侧下沉广场、四区汽车坡道与地下室主体部分出入口。
        二、SMW工法桩的工艺特点
        三轴搅拌桩，是从日本引进的深基坑工程施工工艺，主要是配合搅拌桩的施工作业，具有极为显著的优点和特征。首先，该工艺的应用，能够实现桩体结构整体的均衡性，能够实现桩体质量的统一和完整，能够降低不同桩体质量等问题的影响，其次，该工艺应用过程中，水泥土浆液的流动性相对较好，有助于H型钢材或者其他型钢的融合，确保后续施工作业的简易程度，最后，搅拌机的机架，大多采用步履式或者履带式，能够对运行路线进行荷载强化，同时还具备良好的稳定性，能够减少设备行进过程中可能产生的影响和干扰。
        三轴搅拌桩工艺的主要缺点，该工艺应用过程中，需要确保水泥浆液的流动性，从而需要融合大量的水分，影响了水泥浆的强度质量，为后续桩体的抗压性以及抗剪性等指标造成影响，是以牺牲桩体的强度为代表，其次，三轴搅拌桩无法在砂性地层等位置进行施工，容易触发浆液的流程，甚至会造成漏水现象，最后，三轴搅拌桩在施工过程中，需要进行土体置换，对应的体量约占总体积的25%以上，并且置换的土中存在大量水泥浆液，无法进行回填。并且相关浆液由于是碱性物质，会对农田造成污染，无法进行使用。
        三、SMW工法桩在深基坑工程中的应用和实践
        （一）工艺流程
        SMW工法桩，在深基坑工程中涉及五个重要工艺流程，包括场地平整、测量放线、开挖沟槽、定位型钢放置以及搅拌桩孔定位等。其中，每一施工工艺环节，都可能会影响工程的施工质量，从而引发一系列的影响和问题。因此，相关施工人员需要详细掌握对应的施工内容。在本工程中，施工设备进场前，务必要对施工场地进行土地平整，对场地中的障碍物以及干扰物进行清除和处理，并对客观存在的坑洼区域利用素土进行填埋，确保路基承载荷载能够满足50吨以上吊车的运行。测量放线工作，首先，需要选择工程的基准点，同时按照施工图纸的要求进行防线定位，并结合高程测试工作同步开展相应的内容，对永久坐标进行标记和说明。需要注意的是，为了降低搅拌桩相关位置的偏差，同时防止搅拌桩出现倾斜等问题，引发内衬墙厚度不足等问题，需要对放样后的测量数据进行复核和分析，强化各项数据的监测和管理，确保数据真实有效后，开展后续的施工作业。开挖沟槽，主要是对基坑围护结构创造有效的前提条件，清除相关位置的障碍物和干扰物，并对沟槽的多余土壤进行定点清除，保障SMW工法桩的顺利施工。不仅如此，在进行沟槽开挖过程中，还应树立文明施工的重要标语，并确保SMW工法桩能够按部就班的实施和应用。定位型钢放置，首要考虑内容是将定位型钢按照垂直沟槽的方向进行架设，其型钢规格为200×200，长度设定为3.5米，在平行沟槽方向放置两根定位型钢，其规格为300×300，长度设定为8到20米，根据沟槽施工作业的要求进行灵活设定，H型钢定位需要采用型钢定位卡进行施工。搅拌桩孔位定位，需要控制搅拌桩轴中心间的距离，以1.6米为例，根据对应的尺寸要求，在平行H型钢表面上进行定位和确认。
        （二）SMW工法桩设计要求
        SMW工法桩中，搅拌桩需要采用一次性的搅拌工艺，确保水泥与原状土能够从充分的搅拌，并且无论钻具下沉还是提升，都要利用喷浆进行搅拌，保障水泥土搅拌的均匀性和充分性，并且要控制好钻具的下沉速度以及提升速度，将喷浆搅拌下沉速度，保持在0.5m/min～1.5m/min即可，并将提升速度有效控制在1.0m/min～1.5m/min左右，以匀速的形式实现钻具下沉或者提升。

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需要注意的是，在将钻具进行上提时，需要控制孔内的负压数值，防止对周边土体造成其他影响，较少相应的干扰和振动，尤其是搅拌次数、搅拌时间等相关参数，要尽可能确保水泥土搅拌桩的质量和成效。搅拌机头的方向设置，要确保向下正转搅拌达到设计墙体的标高，并且喷浆量的数值要控制在总量的70%，并在墙底设计标高位置及进行反复搅拌，直至钻杆反转后进行上提，将喷浆总量控制在30%。针对含砂量较大的土层，需要对墙底位置3米范围内上下进行重复喷浆搅拌。水泥的材料选择，以P.O.42.5普通硅酸盐水泥为准，水灰比需要控制在0.8到1.2范围，水泥的掺和量不能低于13%。针对桩底标高误差问题，需要控制误差范围在5厘米范围内，并确保桩中心偏位不能超过20毫米，并对桩机设备底盘的水平和立柱进行垂直管控，要确保立柱导向架的垂直度偏差控制在1/250。通常，水泥土搅拌桩的养护周期，与混凝土的养护周期保持一致，最低控制在28天，并同步准备相应的试块进行强度检测，必要时可以对水泥土进行钻芯检测，钻芯后仍需要注入泥浆回填，并在28天后对其位置进行无接触抗压强度检测。SMW工法桩的承墙顺序，要根据水泥搅拌桩以及围护结构的内容进行分析和研究，并借助水泥土搅拌桩的施工工艺进行连续施工，搭接形式主要以全断面套打模式为主。
        （三）施工工艺
        SMW工法桩施工作业前，打桩机的位置需要精准有效，确保桩机与钻具的垂直度，能够与墙体垂直度进行契合，并利用三支点垂直立柱导杆来保证钻具的垂直度，借助倾斜仪来控制导杆立柱的垂直度情况，结合经纬仪以及全站仪对支点桩架垂直度的初始点进行校核，以两侧倾斜仪对钻具的垂直度进行跟踪，确保墙体垂直度偏差控制在4‰。在进行垂直度测量和观察时，要确保周边施工区域的具体情况，尤其是对应的坑位和凹陷区域，要防止设备移动时，出现人员损伤，同时还要根据搅拌桩基的中心距离，测算墙体轴线上对应的套接距离。
        钻探搅拌，需要根据桩机的位置进行调整和控制，确保垂直度能够有效满足后，依次进行设备开机，实施搅拌工作，以一次性钻进一次提升的方式进行转孔操作。在进行多头搅拌桩机的操作时，需要让钻具慢慢与土体进行接触，然后根据设计要求，精准控制钻进速度，防止钻孔速度过快，引发孔洞坍塌等风险。针对钻孔后的质量检查工作，可以进行搅拌轴垂直度的随机抽查，并确保墙体垂直度偏差控制在4‰，钻具喷浆量务必控制在70%左右。
        当钻机设备到达墙底设计高程时，需要即刻回转提升钻具，对应的钻具深度，可以利用桩架导杆进行标记和确认，并且当钻探深度到达设计深度时，要控制对应的钻探深度，尤其是防止真空负压问题的产生，减少孔壁坍塌等事故，防止墙体出现裂缝。针对相关问题的施工现象，可以将储存在留沟中的水泥土混合物进行回灌，对墙体中的裂缝进行填充和强化，防止问题的进一步扩发。
        送浆作业，是SMW工法桩施工作业重要内容，主要是在钻孔过程中，将浆液借助制浆桶的过滤网进行过滤，然后导入储浆桶，以此进行备用。注浆量的大小，要结合操作台的调速器和瞬时流速计、流量监控计等设备，要对钻探速度以及地层状况进行分析和研究，将钻探速度控制在90到130升/分钟即可[1]。
        当中途出现堵塞、浆液断流等问题，务必要停止施工，并及时探查对应的问题和原因，防止问题的进一步扩大和影响。当问题查明后，需要进行必要的搅拌，当送浆过程中出现相关事故，导致送浆停止30分钟以上，应该对浆泵以及浆泵输送管路进行强制清洗，防止浆液固结问题的产生。针对搅拌机的供气操作，务必要采用移动式空气压缩机，控制空气压缩机的阀门供应量，以0.3—0.4Mpa为主要压力控制模式，确保在供气过程不会出现中断以及停滞等影响。针对残留水泥土的处理，需要等防渗墙施工结束后，将储留沟中的残留水泥土进行固化，然后将土体进行外运，以指定地点进行存放，防止对周期区域造成污染和影响[2]。
        针对地下特殊情况的处理，如遇到地下建筑物、地层紧密区域、搅拌下沉困难以及施工冷缝等问题，需要对各个方面的情况进行判断和分析。当地下出现较大的石块或者建筑物，需要根据对应的埋深深度进行分析和研究，埋深较浅可以借助施工设备对其进行处理和剔除，埋深较深或者无法解决时，可以向有关部门进行上报，并改变施工工艺，直至采用的施工技术能够满足相应的施工要求，开展后续施工作业。对于施工过程中发现含水量较低的区域，或者地下黏土层相对较厚时，钻具无法有效进行施工时，可以增加浆液的水灰比，或者对水灰比进行调控，减少水灰比对墙体的影响和干扰。对于施工冷缝问题，可以在接头位置，利用高压旋喷桩搭接工艺进行填充[3]。
        结论：综上所述，通过对SMW工法桩在深基坑工程中的应用进行研究和分析，针对深基坑工程中SMW工法桩的施工作业环节、施工特点以及施工技术内容进行分析和探索，助力相关工艺能够进一步提升和改进。
        参考文献：
        [1]王禹.SMW工法桩在高水位淤泥地层的应用与有限元分析[J/OL].施工技术：1-9[2021-04-15].
        [2]陈玲珑.探析SMW工法在房屋建筑施工基坑围护中的应用[J].建材发展导向，2020，18（24）：53-55.
        [3]王勇，凌礼贤，陈江伟，龚光凯，张士进.SMW工法桩+灌注桩外拉锚组合支护保护既有管线施工技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2020（12）：161-163.