1、主講人：李象范,SMW工法設(shè)計(jì)、施工與工程應(yīng)用,引 言,目前，隨著城市地鐵、越江隧道、引水隧道、地下工廠、地下民用設(shè)施、地下軍用設(shè)施、高層建筑地下室等工程的建設(shè)，城市地下空間開發(fā)的高潮即將到來(lái)，在場(chǎng)地狹小、建筑密集、管線眾多等復(fù)雜條件下進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)和施工，是廣大土木工程技術(shù)人員所面臨的緊迫而又艱巨的課題。,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式,基本概念 起源發(fā)展 優(yōu)、缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)要點(diǎn),SMW工法設(shè)計(jì)、施工與工程應(yīng)用,施工要點(diǎn) 工程應(yīng)用 研究進(jìn)展 問(wèn)題分析,一、SMW工法的基本概念,SMW是Soil Mixing Wall的縮寫，該工法是以多軸鉆掘攪拌機(jī)將鉆頭處噴出的水泥系強(qiáng)化劑與地基土反復(fù)混合攪拌，攪拌體之間重疊

2、搭接，然后在水泥土未結(jié)硬前插入H型鋼等應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材料，至水泥結(jié)硬，形成一道具有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無(wú)接縫的地下墻體。,H型鋼滿堂設(shè)置SMW 工法連續(xù)墻示意圖,SMW工法連續(xù)墻成墻示意圖,SMW工法樁由攪拌樁發(fā)展而來(lái)，但兩者不同。首 先，攪拌樁攪拌頭一般呈十字形，SMW工法攪拌機(jī) 攪拌頭呈螺旋形；其次，攪拌樁機(jī)械動(dòng)力小，SMW 工法樁機(jī)械動(dòng)力大；第三，攪拌樁水泥摻量小，在軟 土地區(qū)，一般小于14%，SMW工法攪拌樁水泥摻量 大，一般在20%左右；第四，攪拌樁漿液水灰比一般 為0.50.7（軟土地區(qū)），SMW工法攪拌樁水灰比在 1.52.0；第五，攪拌樁攪拌時(shí)不排土，擠土較大，而 SMW工

3、法攪拌樁攪拌時(shí)有少量排土，擠土較小。,二、SMW工法的起源與發(fā)展,日本的深層攪拌法包括高壓噴射攪拌工法、機(jī)械攪拌工法，以及兼具兩種性能的高壓噴射與機(jī)械工法三大類。我國(guó)工程界和學(xué)術(shù)界習(xí)慣上所指的深層攪拌法即為日本的機(jī)械攪拌工法。 SMW工法于1976年在日本問(wèn)世，是日本一家中型企業(yè)成辛工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)的一項(xiàng)專利。,1994年，上海基礎(chǔ)工程公司把SMW工法首次應(yīng)用于上海軟土地區(qū)（上海環(huán)球世界廣場(chǎng)，基坑深8.65m，樁長(zhǎng)18m），取得了成功，也是在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用。,三、SMW工法的優(yōu)缺點(diǎn),6、施工工期短; 7、施工場(chǎng)地小； 8、廢土外運(yùn)少； 9、安全性較高； 10、工程造價(jià)低。,優(yōu) 點(diǎn),1、施工擾動(dòng)

4、?。?2、無(wú)泥漿污染； 3、振動(dòng)噪聲小； 4、止水性能好； 5、適用范圍廣；,缺 點(diǎn),1、水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)； 2、與地下連續(xù)墻相比，施工質(zhì)量較難控制； 3、與地下連續(xù)墻相比，整體性欠缺； 4、與地下連續(xù)墻相比，抗?jié)B性欠佳。,四、SMW工法的設(shè)計(jì),1、設(shè)計(jì)原則,安全（滿足穩(wěn)定條件和各部分材料強(qiáng)度條件） 經(jīng)濟(jì)（保證H型鋼能夠回收） 施工方便,2、水泥土配合比的確定,水泥和外摻劑的摻入量必須由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，一般取7%、9%、11%、13%、15%做試驗(yàn)。,以SMW工法樁用于地下?lián)鯄槔?3、入土深度的確定,型鋼的入土深度 型鋼入土深度一般可比水泥土攪拌樁入土深度稍小，主要由基坑抗隆起穩(wěn)定性、擋土

5、墻的內(nèi)力、變形、型鋼拔出等條件決定。 水泥攪拌樁的入土深度 由三因素決定：確?？觾?nèi)降水不影響基坑外環(huán)境；防止管涌發(fā)生；防止底鼓發(fā)生。,H型鋼設(shè)置形式,4、截面形式的確定,5、內(nèi)力計(jì)算,SMW工法擋墻計(jì)算模式與壁式地下墻類似，考慮水土壓力全部由H型鋼承擔(dān)，水泥土攪拌樁只起止水作用，具體計(jì)算步驟為： （1）按剛度等效原則計(jì)算壁式地下墻折算厚度；,分兩種情況： 考慮剛度提高 不考慮剛度提高,勁性樁等剛度壁式地下墻厚度折算示意圖,（2）按按等效厚度的混凝土壁式地下墻，計(jì)算出 每延米墻的內(nèi)力與位移； （3）換算得到每根型鋼承受的內(nèi)力和位移；,6、強(qiáng)度驗(yàn)算,（1）抗彎驗(yàn)算 考慮彎矩全部由型鋼承擔(dān)驗(yàn)算強(qiáng)度；

6、 （2）抗剪驗(yàn)算 分兩部分： 型鋼抗剪驗(yàn)算 水泥土局部抗剪驗(yàn)算,型鋼與水泥土之間錯(cuò)動(dòng) 剪應(yīng)力示意圖,7、型鋼抗拔驗(yàn)算,為保證型鋼順利回收，需進(jìn)行抗拔驗(yàn)算，最好進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定型鋼最大抗拔力。,8、型鋼底端水泥土強(qiáng)度校核,型鋼底端截面為一變剛度截面，須校核水泥土的抗剪切強(qiáng)度。,五、SMW工法的施工,（1）施工機(jī)械,日本的SMW工法三軸型鉆掘攪拌機(jī)主要有DH系 列型號(hào)、TMW機(jī)型(可形成等厚度水泥土連續(xù)墻)。 另外還有四軸、五軸、六軸攪拌機(jī)。 鉆桿有用于粘件土、砂礫土和基巖之分，鉆桿可 分節(jié)接成，可實(shí)現(xiàn)超過(guò)整機(jī)高度所容許的施工深度。 日本成辛株式會(huì)社還開發(fā)了適應(yīng)城市高架下方等低 空間場(chǎng)地施工的SM

7、W5000系列機(jī)型，整機(jī)高度只有5m。,日本SMW工法施工機(jī)械,850SMW機(jī),M15型機(jī)(低重心),預(yù)先鉆孔機(jī),地基加固機(jī),SMW 5000型,SMW 5000型,SMW 7500型,550SMW機(jī),SMW工法三軸攪拌機(jī)全貌,SMW工法螺旋式三軸攪拌機(jī),三軸攪拌機(jī)動(dòng)力裝置,SMW工法三軸攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)攪拌,螺旋鉆桿細(xì)部圖,國(guó)內(nèi)開發(fā)研制的ZLD系列多軸式SMW工法連續(xù)墻鉆孔機(jī)，非常適合于高層建筑、地下室和地鐵車站的擋土防滲墻施工及江河堤壩的防滲施工，該系列鉆機(jī)已廣泛用于上海、南京、天津等地的地鐵車站、高層建筑施工中。,ZLD系列三軸攪拌機(jī)參數(shù),上海的四軸深層攪拌機(jī)，技術(shù)性能達(dá)到日本 三軸攪拌機(jī)的性

8、能，已成功應(yīng)用于輕軌明珠線東 興路車站基坑工程。已研制成功大深度大扭矩的四軸深層攪拌機(jī)，攪拌深度達(dá)28m，成墻速度達(dá) 40m3/日，達(dá)到日本同類攪拌機(jī)技術(shù)指標(biāo)。,上海目前常用的進(jìn)口SMW工法三軸攪拌機(jī)主要有：PAS-120VAR型、NSC-200-EP型等，常用的攪拌樁直徑有650mm和850mm。,四軸攪拌機(jī)參數(shù),SMW工法工藝流程圖,（2）施工工藝,（3）施工要點(diǎn),需開挖溝槽接收返流漿液，設(shè)置固定架固 定H型鋼； 需合理確定下行鉆進(jìn)時(shí)和上行提升時(shí)水泥 漿的灌入量； 需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件合理確定攪拌下沉和提升 速 度，合理確定水泥漿液的配合比； 控制水泥土攪拌樁和H型鋼的垂直度； 需采取合理措施保

9、證H型鋼能夠順利回收。,（4）施工質(zhì)量保證措施,保證水泥、鋼材質(zhì)量，嚴(yán)格鋼材加工質(zhì)量檢查；,檢查樁架的定位，鉆孔的深度、速度，檢查水泥 漿液的攪拌操作規(guī)范、水灰比；,保證樁機(jī)平穩(wěn)，做到固定端正，樁架垂直；,嚴(yán)格控制水灰比，攪拌時(shí)間，漿液質(zhì)量，注漿時(shí) 控制注漿壓力和注漿速度；,控制鉆管下鉆、提升的速度，嚴(yán)防斷樁、空樁；,在插入H型鋼時(shí)，必須做到垂直不斜，控制插深， 嚴(yán)防錯(cuò)位、插偏、扭歪；,SMW工法重疊搭接施工方式,SMW工法連續(xù)墻施工步驟示意圖,建筑及土木工程之地下?lián)跬翂Γ?防滲止水墻（水壩、污水池等）； 軟土地基加固。,工程應(yīng)用主要范圍,六、SMW工法的工程應(yīng)用,1999年，SMW圍護(hù)樁被建

10、設(shè)部和上海市建委立為 重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。,1994年，上?；A(chǔ)工程公司把SMW工法首次應(yīng)用 于上海軟土地區(qū)（上海環(huán)球世界廣場(chǎng)，基坑深 8.65m，樁長(zhǎng)18m），取得了成功。,目前已成功解決了型鋼起拔設(shè)備與型鋼減摩材料， 開挖深度、防滲止漏等一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，形 成了一整套較為成熟的設(shè)計(jì)方法、施工工藝。,工程應(yīng)用實(shí)例,“環(huán)球世界”商業(yè)大廈基坑,基坑開挖面積約3000m2 ，開挖深度為8.65m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用三排水泥土攪拌樁墻，攪拌樁直徑700mm，攪拌樁的中心間距為500mm，內(nèi)插型鋼 H800400，翼緣和腹板厚度均為10mm，H型鋼長(zhǎng)13.6m，間距1000mm。支撐體系采用一道鋼筋混

11、凝 土支撐，坑內(nèi)進(jìn)行注漿加固。,環(huán)球世界大廈基坑平面示意圖,SMW工法H型鋼布置圖,圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖,SMW工法施工成績(jī),墻體水平位移控制在3cm以內(nèi)；,H型鋼最大設(shè)計(jì)彎矩為設(shè)計(jì)值的80%；,圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)比地下連續(xù)墻節(jié)約40%；,圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工期縮短1/3。,德隆大廈基坑,基坑開挖深度為5.5m，深坑7.10m，采用SMW工法三軸水泥土攪拌樁墻，攪拌樁直徑為850mm，內(nèi)插H700300型鋼，H型鋼長(zhǎng)15m、11m，中心間距1200mm。支撐體系采用鋼筋砼圍檁(局部鋼圍檁) 加一道H700300鋼支撐的方案。,德隆大廈基坑平面圖,局部支撐及圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖,上海南站基坑,地鐵一號(hào)線上海南站站改建工

12、程（除車站外），基坑開挖深度普遍為15米，局部深坑為17米，采用850 三軸SMW工法樁、H7003001324mm型鋼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，最大成樁深度為30米，且施工環(huán)境緊鄰運(yùn)營(yíng)中的地鐵線路，施工難度大。,SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鋼管支撐平面圖,H型鋼圍檁及鋼管支撐平面圖,H型鋼頂端平面布置圖,SMW工法施工成績(jī),最大成樁深度達(dá)30m；,解決了圓弧形測(cè)量放線精度控制難點(diǎn)；,解決了不良地質(zhì)條件下施工難點(diǎn) ；,H型鋼量大、超長(zhǎng)，解決了拔出難點(diǎn)。,施工場(chǎng)地狹小，周邊管線眾多；,東京第二國(guó)立劇場(chǎng)SMW工法連續(xù) 墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)（深42m）,浦東機(jī)場(chǎng)SMW工法 連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu),日本NTT新宿SMW工法連續(xù)墻 圍護(hù)結(jié)構(gòu)（

13、深34m）,七、SMW工法的研究與發(fā)展,自1998年起，國(guó)內(nèi)相繼研制成功了ZLD系列多軸 式SMW工法連續(xù)墻鉆孔機(jī)、四軸深層攪拌機(jī)、大 深度大扭矩四軸深層攪拌機(jī)等施工機(jī)械。,由上海市土木工程學(xué)會(huì)地下工程專業(yè)委員會(huì)組織 的“SMW圍護(hù)樁技術(shù)研討會(huì)”于1999年12月8日在科 學(xué)會(huì)堂召開，會(huì)議重點(diǎn)討論了“SMW工法在上海的 應(yīng)用”、“H型鋼回收技術(shù)”、“四軸攪拌機(jī)的研制” 等專題。,試驗(yàn)研究表明，SMW工法水泥土攪拌樁在不同 的土層中使用，效果也不相同。一般說(shuō)來(lái)，原狀 土體性質(zhì)越好，水泥土攪拌樁強(qiáng)度越大；原狀土 體性質(zhì)越差，則水泥土攪拌樁強(qiáng)度越小。例如水 泥土攪拌樁用在砂質(zhì)粉土與粉質(zhì)粘土互層1中的

14、 效果要比用在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1、 中效果好 得多。,SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)有著十分廣闊的應(yīng)用前景，已為 上海土木工程界肯定。,上海地區(qū)SMW工法設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)： 1. 水泥摻入比20%左右； 2. 漿液水灰比為1.52.0之間； 3. 垂直度控制1/1501/200； 4. 攪拌下沉速度不大于1m/min，提升速度不大 于2m/min； 5. 用水灰比為0.5的水泥砂漿自流充填H型鋼拔 除后的空隙； 6. 一般650mm 工法樁適用于78m基坑， 850mm工法樁適用10m左右基坑。,日本的SMW工法發(fā)展及研究,1953年日本從美國(guó)引入MIP工法。,1967年港灣技術(shù)研究所開始研制石灰攪拌施工

15、機(jī)械。,1971年開始使用單軸或雙軸攪拌機(jī)施工水泥土攪拌 樁連續(xù)墻，并在墻中插入鋼管或H型鋼，形成早期 SMW工法的MIP樁列式地下連續(xù)墻。,1976年日本成幸工業(yè)株式會(huì)社與日本竹中土木株式 會(huì)社分別研制出3軸與4軸水泥土深層攪拌機(jī)，并應(yīng) 用于SMW工法，之后還開發(fā)出56軸的SMW工法成墻 施工機(jī)械。,1992年北辰工業(yè)株式會(huì)社研制試驗(yàn)成功鏈鋸式(簡(jiǎn)稱 TRD工法)成墻機(jī)械，于1993年由大成建設(shè)公司用于 SMW工法施工。,1993年，研制成功低重心SMW工法三軸式成墻施工機(jī) 械，使SMW工法的成墻深度達(dá)到65m。當(dāng)年還研制成 功伸縮式鉆桿的低高度SMW工法(STS)三軸式成墻施 工機(jī)械，成墻

16、深度達(dá)到29.9m。,1994年，開發(fā)研制了兩種三軸式矩形斷面成墻施工 機(jī)械(稱TMW工法與RMW工法)。,2000年，又開發(fā)研制了低高度、矩形斷面、能 橫行連續(xù)成墻的回轉(zhuǎn)式成墻機(jī)械(稱PTR工法)， 由利根公司用于SMW工法施工。,日本SMW工法的成墻機(jī)械正向著整機(jī)低高度、大 深度和連續(xù)成墻施工方向發(fā)展。,高精度地下連續(xù)墻的建造（TRD工法）,土體摻加水泥砂漿地下連續(xù)墻工法, 向土體內(nèi)插入鏈鋸型切削刀。,重復(fù)作業(yè), 將切削刀橫向移動(dòng)，挖出溝狀槽后注入固 化劑并將其與現(xiàn)位置上的土攪拌。, 插入芯材, - t,連續(xù)墻建成（TRD工法）的特征,比以往的工法機(jī)械高度降低了,直接進(jìn)入性，垂直型好 在深

17、度方向可以建造出均質(zhì)的墻體 可任意設(shè)置芯材的間距,SMW,TRD,SMW,TRD,墻面連續(xù)，沒有錯(cuò)縫,機(jī)械高度：10m12m 機(jī)械寬度：7m10,地下連續(xù)墻建造（TRD工法）的施工實(shí)例,適用地基：N值60以下的砂質(zhì)土，粘性土 施工成果：最大施工深度為49m,TRD工法的特殊施工,使建造傾斜墻成為可能,高精度連續(xù)墻的建造（GST工法） Geo-drilling Survey-control Technology Method,GST工法是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三軸鉆桿挖掘機(jī)底部的偏差量，并用計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)修正削孔方向的軌道，由此來(lái)保證建造擁有高精度的垂直性和墻體直線性的地下連續(xù)墻的施工工法。,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù),由

18、GRI五洋建設(shè)清水建設(shè)西松建設(shè)tanaka重機(jī)建設(shè)共同開發(fā),自動(dòng)控制技術(shù),如挖掘頂部垂直向的偏位到了設(shè)定值（通常為10mm）時(shí)，通過(guò)控制帶自動(dòng)將三軸中的一軸緊固，緊固后的軸的回轉(zhuǎn)力連接在剩下的二根軸上，傳遞回轉(zhuǎn)力。,對(duì)于墻體的計(jì)劃線，B及C發(fā)生偏位時(shí) 用控制帶緊固A軸。 將A軸的回轉(zhuǎn)力向B、C傳遞 通過(guò)被傳遞的回轉(zhuǎn)力強(qiáng)制將 偏位修正。,控制例,偏位,計(jì)畫,控制帶,現(xiàn)場(chǎng)狀況,確認(rèn)施工精度試驗(yàn) （在挖削孔內(nèi)建造泥土墻:挖至GL-20m時(shí)）,以往的工法,系統(tǒng),GST工法的優(yōu)點(diǎn),1) 通過(guò)用SWM主體結(jié)構(gòu)，使側(cè)墻薄壁化； 2) 大深度時(shí)能確保圍護(hù)墻的止水性； 3) 使臨近重要埋設(shè)物旁的施工成為可能。,八、SMW工法的存在的