SMW工法在顶管工程中的应用

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SMW工法在顶管工程中的应用


    摘  要:采用了ＳＭＷ工法作顶管工作(接收)井同常规钢筋混凝土沉井比较,工期可以缩短1/3。由于四周可不作防护,型钢可回收,造价低。施工中无泥浆排放,对环境无污染。对需采用深基支护的建(构)筑物亦有参改借鉴作用。


    ＳＭＷ工法是指水泥土深层搅拌桩墙体中,按一定型式插入Ｈ型钢,成为一种劲性复合围护结构,国外亦称之为ＴＳＰ工法。这种结构抗渗性好,刚度大,构造简单,施工简便,工期短,无环境污染。由于作为临时支护,型钢可回收重复使用,成本较低。在杭州某顶管工程施工中,尝试用此法作工作井(接收井),效果良好。
    1、工程概况
    某工程顶管工作井基坑采用ＳＭＷ工法作为围护结构,共有工作井11座、接收井7座,平面尺寸接收井为3ｍ×4.5ｍ、井深7.34ｍ,工作井为8ｍ×3.5ｍ。采用垂直井壁方向双联 700水泥土搅拌桩墙,间隔1000ｍｍ插入Ｈ型钢作为支护结构,为加强井壁的整体作用,搅拌桩顶设500ｍｍ×750ｍｍ圈梁一道。逆作法开挖至设计标高(挖深多为6～7ｍ,局部井挖深达9ｍ),浇注底板,历时40ｄ。(图1所示)土层主要力学性质为:高压缩性土,力学性质差,压缩系数1.06,摩阻比仅为2.5,含水量高达46.3%。土层地质及主要物理力学性质指标如表1。
    表1　土层地质及主要物理力学性质
    层序 层厚/ｍ 土层名称
    ｒ/(ｋＮ.ｍ-3)
    凝聚力/ｋＰａ
    摩擦/度
    质量比
    孔隙比
    1-1
    0～0.8
    杂填土
    1-2
    0.8～1.3
    素填土(灰褐色-灰黑色,富有机质)
    2-1
    1.3～3.5
    粉质粘土(黄褐色-灰褐色,软塑)
    19.2
    14.2
    13
    2.72
    0.82
    2-3
    3.5～4.2
    粉　土
    19.1
    25.3
    2.71
    0.85
    4-1
    4.2～7.2
    淤泥质粘土(灰色,流塑,含腐植质和植物碎屑)
    17.8
    10.8
    6.6
    2.73
    1.17
    5-1
    6.5～7.2
    粉质粘土(褐色-灰褐色,软-可塑,含有较多铁质)
    18.9
    34.5
    15.5
    2.72
    0.918
    5-2
    7.2～8.8
    粘土(青灰色黄褐色,可塑-软塑)
    19.5
    14.1
    22.5
    2.74
    0.82
    5-3
    8.8～9.8
    粉质粘土夹粉土
    19.1
    2.71
    0.881
    2、支护结构参数
    2.1  墙体入土深度的确定
    当基坑底以下为透水性较大的砂性土层时,水泥搅拌桩必须深入到不透水层,防止管涌发生。ｉ<ｉｃ,式中ｉｃ=Ｇｓ-11+ｅ,ｉｃ为极限动水坡度,Ｇｓ为土颗粒质量比,ｅ为土的孔隙比。ｉ=ｈｗ/Ｌ　ｉ为动水坡度,其中ｈｗ为墙体内外水头差,Ｌ为产生水头损失的最短流线长度。本工程实例土质为粘性土,故无需验算管涌。
    2.2  型钢插入深度的确定
    Ｈ钢插入搅拌桩深度由基坑抗隆起稳定及挡墙内力变形来确定,同时以型钢拔出为主要条件。(1)抗隆起安全系数Ｋｓ=(ｒＤｃＮｑ+ＣＮｃ)/[ｒ(Ｈ2+ＤＣ)ｑ]≥1.1～1.2式中,Ｈ2-基坑开挖深度,ｍ;Ｃ-坑底土体内聚力,ｋＮ/ｍ2;ｑ-地面超载,ｋＮ/ｍ2;Ｄｃ-入土深度,ｍ;Ｎｑ、ＮＣ-地基承载力系数;
    Ｎｑ=ｔｇ2(45°+Ф/2)ｅπｔｇфＮｃ=(Ｎｑ-1)/ｔｇф经验算Ｄｃ取2ｍ,型钢长度取12ｍ。(2)为使型钢完整拔起,应控制上拔力小于70%型钢抗拔力。
    2.3 挡墙内力及变形可按图解法或等代梁法进行计算(略)
    3、工艺流程及主要施工机具
    3.1  工艺流程
    3.2  施工主要设备
    表2　施工主要设备
    序号
 　 型号名称
  　用　　途
  　数　　量
    1
    ＳＪＢＩ/ＩＩ型深层搅拌机
    深层搅拌用
    ≥1台数,
    2
    ＤＺ-30振动锤
    Ｈ型钢插入
    3
    ＹＪ-3Ｒ拌浆机
    4
    ＳＹＢ-50/50-Ⅱ注浆泵
    制浆输浆注浆
    由工程量配台数
    5
    ＨＢ6-3压浆泵
    6
    Ｈ型钢运输车
    运输Ｈ型钢
    ≥1辆
    7
    经纬仪
    测量移位垂直Ｈ型钢
    1台
    8
    水准仪
    1台
    9
    拔桩架
    起拔Ｈ型钢
    1台
    4、关键技术的处理
    Ｈ型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作,以及Ｈ型钢的制作和打拔。
    4.1  搅拌桩制作
    同常规搅拌桩比较,要特别注重桩的间距和垂直度。施工中垂直度应小于1%,以保证型钢插打起拔顺利,保证墙体的防渗性能。
    注浆配比除满足抗渗和强度要求外,尚应满足型钢插入顺利等要求。本工程注浆配比:水泥掺量、膨润土、缓凝剂、水灰比分别为13%、0.22%、0.8%、0.5。经桩内垂直取样水泥土强度可达1.25ＭＰａ
    4.2　保证桩体垂直度措施
    (1)在铺设道轨枕木处要整平整实,使道轨枕木在同一水平线上;
    (2)在开孔之前用水平尺对机械架进行校对,以确保桩体的垂直度达到要求;
    (3)用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正,确保搅拌轴垂直,从而达到对桩体垂直度的控制;
    (4)施工过程中随机对机座四周标高进行复测,确保机械处于水平状态施工,同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测,通过对机械的控制达到对桩体垂直度控制。
    4.3　保证加固体强度均匀措施
    (1)压浆阶段时不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩,则在向下钻进50ｃｍ后再喷浆提升;

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