SMW新工法桩综合项目施工新工法.doc

扩大头锚杆反拉SMW工法桩基坑围护施工工法
  1　序言
苏虞张公路快速化改造工程根本下穿基坑开挖施工中，采取了SMW工法桩围护，此次SMW工法桩取消了常规横向内支撑，采取了扩大头锚杆反拉支撑，本文结合工该程实际情况，介绍一下扩大头锚杆反拉SMW工法桩基坑支护施工工法。
2　工法特点
2.1 对周围环境影响小，施工不扰动邻近土体，能有效控制周围地面构筑物沉降。
2.2 抗渗性好，工法桩机含有很强搅拌能力，使水泥和土得到充足搅拌，而且连续作业墙体无接缝，从而使它可比传统连续墙含有更可靠止水性，其渗透系数K可达10-7cm/s。
2.3 刚度大，支护效果好。
2.4 结构简单、施工简便、工期短，反拉支撑方便土方开挖等后续项目施工。
2.5 无环境污染。
2.6 因为型钢可回收反复使用，成本较低。   
3　适用范围
广泛应用于深基坑开挖施工，尤其适适用于软土地基，或周围有地面建筑、管线等不能产生位移情况下，需进行垂直开挖基坑围护。
4　工艺原理
SMW工法桩是在水泥土深层搅拌桩墙体中插入H型钢所形成一个加劲复合围护结构。这种施工工艺用水泥土作为固化剂和地基土进行系统强制性搅拌，并插入型钢，固化后形成桩柱列式地下连续墙体，充足利用了水泥土深层搅拌桩抗渗性好及型钢刚度大特点，经过二者复合作用，形成基坑挡土防水侧向支护结构，加之用扩大头锚杆反拉支撑，提升整体抗倾覆能力。
5　工艺步骤及操作关键点
5.1 SMW工法桩施工
SMW工法桩工艺步骤：施工放样→开挖导槽→设置导向定位型钢→桩机就位→制备水泥浆液→喷浆、喷气搅拌下沉至桩底标高→喷浆、喷气搅拌提升至桩顶标高→H型钢垂直起吊、定位（H型钢涂减摩剂）→校核H型钢垂直度→插入H型钢→固定H型钢。
为了确保墙体连续性和接头施工质量，确保桩和桩之间充足搭接，以达成止水作用，SMW工法施工采取跳槽式双孔全套复搅式连接型式，施工次序如（图一）所表示（图中阴影部分为反复套钻部分）：

图一：SMW工法桩施工次序

5.1.1 测量放线
依据提供坐标基准点，根据设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。确定无误后进行搅拌施工放样定位后做好测量技术复核单，提请监理进行复核验收。
5.1.2 开挖导槽
沟槽开挖很关键，既起到初步导向作用，又是存放拱浆需要。依据放样出围护中心线开挖工作沟槽,沟槽宽度依据围护结构厚度确定,深度为1 米。遇有地下障碍时,利用空压机将地下障碍破除洁净,如破除后产生过大空洞,则需回填压实,重新开挖导槽,确保SMW施工顺利进行。
5.1.3 定位
在开挖工作沟槽两侧铺设导向定位型钢,按设计要求在导向定位型钢上做出钻孔位置和H型钢插入位置。定位型钢必需放置固定好，必需时用点焊进行相互连接固定。（图二）

图二：定位型钢示意图

5.1.4 桩机就位
依据确定位置移动桩机就位,就位误差小于3cm。用水平尺将平台调平,并调直机架,确保机架垂直度偏差小于1%。为控制钻管下钻深度达标,利用钻管和桩架相对错位原理,在钻管上划出钻孔深度标尺线。
5.1.5 浆液拌制及喷浆搅拌
浆液严格根据配比制备，需搅拌均匀充足。浆液制备好后，便可开始喷浆、喷气下钻，下钻过程中要严格控制下钻速度，下钻速度通常小于1m/min，下钻过程注浆压力通常1.5MPa～2.5Mpa。到设计桩底标高后提升复搅，提升速度通常小于2m/min.
5.1.6 H型钢加工及插入H型钢
1、为方便吊装，H型钢使用前，在距型钢顶端中心处开一个圆孔，孔径约8cm，并在此处型钢两面加焊厚≥12mm加强板。型钢长度不够需进行拚焊，焊缝应均为坡口（坡口度小于450）满焊，焊好后检验焊缝是否有气泡、夹渣和平整度是否合格，如不合格应进行补焊。最终用砂轮打磨焊缝至和型钢面一样平。同时，为了利于型钢拔出，H型钢在使用前必需涂刷减摩剂，涂层宜为1-3mm，减摩剂必需用电热棒加热至完全融化，用搅棒搅时感觉厚薄均匀，才能涂敷于H型钢上，不然涂层不均匀，易剥落。涂刷减摩剂应清除H型钢表面污垢及铁锈。
2、三轴水泥搅拌桩施工完成后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢，用50吨吊机起吊H型钢。放置H型钢定位卡，型钢定位卡必需牢靠、水平，位置正确，将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡靠型钢自重渐渐插入水泥土搅拌桩体内，若H型钢插放达不到设计标高时，则采取提升H型钢，反复下插使其插到设计标高，下插过程中一直用经纬仪跟踪控制H型钢垂直度，偏差小于0.5%。待型钢插入至设计标高后，将其固定在定位型钢上，直到孔内水泥土桩体凝固。
5.1.7 清理沟槽内泥浆
因为水泥浆液定量注入搅拌孔内和H型钢插入,将有一部分水泥土被置换出沟槽内,采取挖机将沟槽内水泥土清理出沟槽,保持沟槽沿边整齐,确保下道工序施工,被清理水泥土在其硬化后运出场地,避免产生泥浆污染。
5.1.8 整理施工统计
施工过程中由专员负责统计，具体统计每根桩下沉时间、提升时间、喷浆情况和H型钢下插情况等，并报送监理审核。
SMW工法桩施工及成型后效果可见图三、图四。

图三 SMW工法桩施工图片
图四：SMW工法桩成型开挖后图片

5.2 扩大头锚杆施工
本工程扩大头锚杆有两种长度为20米和30米，锚杆采取4Φ15.2钢绞线，水平倾角45°，锚固段分别为10米和12米，直径15cm，其中扩大头段长4米，扩大头直径80cm，锚杆张拉应力为600KN，锁定值为300KN。扩大头锚杆跟进SMW工法桩施工，施工方法以下：
5.2.1 锚杆机就位，按设计要求调准好角度，本工程角度为45°，对准孔位，偏差≤5cm；
5.2.2 套管钻进，本工程采取套管直径为140mm，单节管长1.5m，套管钻进深度为锚杆设计长度减去扩大头段长度。
图五：二次水力扩孔工序图
5.2.3 水力扩孔。在套管钻进到位后，即可下钻杆进行扩孔，钻杆单节长1.5m，下钻杆深度要大于套管深度，通常保持下钻杆数量和套管数量相等即可。在验算确保钻杆深度和套管深度一致（或稍大于）后，便可进行扩孔。扩孔是经过钻头处喷嘴喷射高压水，并旋转利用水力切土达成扩孔目标。扩孔以钻杆长度分节进行，扩孔压力为25—28MPa，流量90-100L/min，操作步骤为：钻进引孔→1节钻杆到底后提升钻杆→再次下钻，从上至下扩孔，下钻速度20cm/min→1节钻杆到底后，再从下向上扩孔至套管深度，提升速度20cm/min→向前推进该节钻杆，安装第二节钻杆，进入第二节扩孔工序。见（图五）所表示。
5.2.4 扩孔注浆。待水力扩孔完成后，将高压水龙头接通配置好水泥浆，从孔底开始向上扩孔注浆，提升至套管深度即终止，即确保扩大头部分注满水泥浆。浆液水灰比0.45，压力25—28MPa。
5.2.5 下锚。扩孔注浆完成后立即取出钻杆，下锚，并立即拔出套管。
5.2.5 注浆。下锚后立即经过注浆管进行注浆，直至孔口返浆为止。注完浆要进行观察，发觉水泥浆漏失，应补浆处理。

5.3 冠梁施工
待扩大头锚杆施工结束后进行冠梁施工，冠梁为钢筋砼结构，截面有1000mm×800mm和1200mm×800mm两种尺寸。为了便于H型钢拔出，必需对冠梁部分H型钢进行隔离处理，通常采取先用厚10mm泡沫塑料片在H型钢腹板两侧和翼板两侧各贴一块，泡沫片高度从冠梁底至超出冠梁顶10cm,用油毛毡在H型钢外包裹一到二层，油毛毡片高度同泡沫片。再用U型粗铁丝（>8#）固定油毛毡片，确保油毛毡片不松开。冠梁施工工艺同通常钢筋砼结构施工工艺，需注意冠梁钢筋要贯通连接，保持冠梁整体受力。
5.4 锚杆张拉
待冠梁达成设计强度90％以上，即可对扩大头锚杆进行张拉，锚杆张拉应力为600KN，锁定值为300KN。张拉过程中，时刻观察冠梁梁体情况。
5.5 拔出H型钢
待主体工程施工结束，挡墙后回填土完成方可进行型钢拔出。拔出H型钢采取专用夹具及千斤顶，以冠梁为支点，起拔回收H型钢。型钢拔出后，立即用≥6%水泥浆液进行回填拔除后留下缝隙。具体做法：浆液拌制后，用泥浆泵泵送到拔出H型钢留下缝隙处，自然流入整个缝隙为止。
6　材料和设备
6.1　材料：水泥采取32.5级一般硅酸盐水泥，早强减水剂采取GS-3型，H型钢焊缝进行探伤检测，水采取未污染水均可使用。
6.2　机械：三轴搅拌机，吊车，发电机，挖掘机，泥浆泵。
6.3　水泥：水泥采取32.5MPa强度等级一般硅酸盐水泥；
6.4　水：应符合国家标准饮用水及未污染河水均可使用。
7　质量控制
7.1　原材料控制：全部准备进场原材料必需提供合格证或证实书，严格根据标准进行质量检测，合格后方可使用。
7.2　配合比控制：严格控制SMW工法桩浆液配比，经过泥浆比重和单桩水泥用量来控制，搅拌均匀，确保浆液质量，做到有专职人员负责管理浆液配置。
7.3 桩身质量控制：桩身应保持垂直(用线垂校正桩架垂直度，垂直度小于1%)；桩身搅拌均匀，控制钻进速度通常小于1m/min，提升速度通常小于2m/min；施工前严格根据设计提出搅拌桩两边尺寸外放100mm要求进行定位放样，孔位放样误差小和4cm，钻孔深度误差小和±5cm，桩身垂直度口1/150mm，平面定位差口50mm。
7.4 施工冷缝控制：施工组织安排要合理，尽可能确保施工连续性，避免出现大于二十四小时施工冷缝，若出现施工冷缝，则需在冷缝外侧打设两套水泥搅拌桩进行处理，避免开挖后出现漏水现象。
7.5 型钢垂直度控制：型钢插入一定要经过导向架定位，确保插在桩中心位置，定位差<50mm，垂直度口1/150mm。
7.6 扩大头锚杆施工质量控制：控制好施工角度，通常为45度；注意扩孔压力控制，通常压力为25—28Mpa，确保扩大头孔径大于设计值；确保注浆质量，严格控制水泥浆水灰比。
7.7 冠梁施工质量控制：冠梁起到将单根工法桩连成整体作用，整体受力，所以施工中要确保钢筋焊接质量，全部水平筋必需按要求连接，形成一个整体，同时控制好砼浇筑质量。
7.8
7.6　强度控制
施工中严格控制配合比、水灰比、振捣程度，注意引排水，每日、每班次或每50m3留置1组70.7×70.7×70.7立方体试块，按砂浆试块成型和养护，养护7d后，检测其强度，要求大于0.3MPa。
7.8　质量和检测
固化粉煤灰路基关键检测指标就是强度，经过做试块检测出强度7d大于0.3MPa，28d大于1MPa；施工至96d时待28d强度到对其进行弯沉验收，标准同灰土96d一样，检测结果均需满足设计要求。
8　安全方法
8.1　因为施工时需要发电和采取泥浆泵等设备，严格根据用电规程关键控制安全生产用电；
8.2　型钢起吊时吊车旋转半径范围不得有些人，起吊前检验各连接处牢靠性，注意起吊安全；
8.3 做好地下管线等障碍物调查工作，避免造成破坏事故；
8.4 施工过程中做好基坑监测工作，对基坑支护结构位移高程、地下水位、墙体渗漏情况等时刻进行观察，并制订具体应急方法，发觉情况立即处理；
8.5 严禁临边机械作业和堆载。
9　环境保护方法
9.1　对施工中拱出水泥浆集中排放，待水泥浆凝结成块时装运至指定弃土点；
9.2 现场水泥堆放使用要有序，避免扬灰造成环境污染，采取袋装水泥时需搭设水泥棚。
10　效益分析
工程实践证实，扩大头锚杆反拉SMW工法桩基坑围护施工简便，工期短，抗渗支护效果好，成本低，具体分析以下：
序号
项 目
分析结果
1
质量方面
工艺简单，施工质量轻易控制。三轴搅拌机搅拌能力很强，水泥土能得到充足搅拌，确保了墙体强度和抗渗性。
2
工期方面
施工简便，每台机械产量可达200-300m3/天，采取扩大头锚杆反拉支撑对坑内施工无影响，较以往钢管内支撑更方便施工，缩短工期。
3
技术方面
能有效起到止水、支护作用，技术成熟。
4
成本方面
型钢可回收利用，大大降低成本。
5
社会效益
安全、环境保护，对周围环境影响小。
经过以上分析能够看出，该施工工法不仅安全经济，确保质量，还能够提升施工进度，降低环境污染，发明很好社会效益。
11　应用
现在城市发展日趋地下，多种下穿隧道工程越来越多，这种扩大头锚杆反拉SMW工法桩基坑围护施工工法既方便施工，又能有效地起到防水支护作用，经济安全，有其推广应用价值。该工法在苏虞张公路快速化改造工程SYZ-1标得到了成功应用，同时在常熟市海虞北路延伸段拓宽工程A标得到很好应用。