SMW工法规范.doc
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1、 1、总论1.1目的本规程可为SMW 工法 (soil mixing wall)的设计、施工及方案评审等方面的提供一个基本依据,据此确保施工质量的稳定性,防止各类基坑事故的发生。1.2 定义所谓SMW 工法是指把土(soil)和水泥浆液在原位混合搅拌构筑成地下连续墙体,简称SMW工法。SMW工法通常有两种情况,一种是仅由原状土和水泥搅拌而成,另一种是水泥搅拌体内插入芯材。为了保证SMW的连续性,采用重复套打法施工。*1 所谓水泥浆是指把水泥系硬化材加入水中混合成悬浊液。*2 所谓搅拌是指把水泥浆和原位置土混合,称之为搅拌。说明1、按照以上所述的施工法,SMW是指把水泥浆和原位置混合、搅拌、固化
2、构筑成地下墙体。这种墙体是连续的和过去的水泥土柱列墙不同。2、所谓重复套打法施工,即是图一及图二所述的搅拌顺序施工方法。如按图三 及图四根据SMW用途分类,有水泥土搅拌桩和水泥土内插入芯材的两个种类。按搅拌直径分类,国内目前有650、850、1000三种。3、与传统基坑围护工艺比较SMW 工法优点采用此工艺进行基坑围护,具有明显的省钱、省时、占地面积小、挡水效果好、基坑稳定性强、对周围环境影响小等优点。3.1、挡水性强搅拌翼与移动翼交互配置的独特的搅拌机构及完全的搭接施工方法使得搅拌均匀,而且去除了不利于挡水的垂直接缝,构筑出浑然一体的水泥土连续墙,同原来的柱列式地下连续墙相比具有优越的挡水性
3、能。3.2、对周边地基影响小利用原位置的土掺入水泥浆后进行搅拌,形成水泥土连续墙 ,不需要把桩体位置的泥土掏空,因此孔壁的失稳及塌落很少,可减少周围地基下沉现象。3.3、工期短由于在原位置进行混合搅拌,可一次完成壁体的施工,不需要钢筋笼制作等工序,节省人工和场地,故工期比其他施工法短。3.4、挡土性能可靠作为挡土墙时桩体含钢量较大,每m3在130kg240kg之间,基坑稳定性较强。3.5、省钱型钢可以反复利用。3.6、多用途水泥土连续墙不仅可作为挡土防护墙使用,还可用于各种挡水墙、软基加固等各种用途。3.7、低噪音、低振动3.8、比以往的地下连续墙剩余泥土发生量少,不需要护壁泥浆,对环境污染小
4、。2、施工材料2.1 SMW工法搅拌桩强度取决于水泥掺量及龄期。水泥掺量以每立方米加固体所拌和的水泥重量计。国内目前常用掺量为200360kg/m3,常用的水泥为PO32.5 级普通硅酸盐水泥。SMW工法搅拌桩体的强度以28天的无侧限抗压强度qu为标准,qu应不小于1.0Mpa。为改善SMW工法搅拌桩性能及提高早期强度,宜掺加外加剂。经常使用的外掺剂有碳酸钠、氯化钙、三乙醇胺、木质素磺酸钙等2.2 插入SMW工法搅拌桩内芯材通常为H型钢,其国标规格及常用的有如下型号热轧H型钢H和部分T型钢GB/T112631998。H5003001115、H5003001118,H5002001016H700
5、3001324,H8003003、适用范围3.1 开挖深度650开挖深度小于10米850开挖深度小于10米18米(开挖18.5米为目前开挖最大深度),1000开挖深度小于20米3.2 适用土质粘土、粉土、砂土及强风化岩标准灌入度值小于50各类岩土4、地质勘查参照基坑工程设计规程DBJ086197的第四章规定执行。5、SMW工法支护体系设计 5.1.SMW围护为桩排式围护墙,设计验算内容基本与板墙式围护墙相同。5.2SMW围护支护基坑应有稳定可靠的支撑与围檩结构体系。采用坑内支撑和围檩结构体系时,支撑和围檩结构的常用型式有钢结构和钢筋混凝土结构。支撑立柱在基坑开挖以上的结构型式有组合型钢格构式立
6、柱、型钢立柱和钢管立柱等,基坑开挖面以下的立柱桩常用钻孔灌注桩和预制桩。5.3SMW工法支护基坑应有可靠的防渗与止水结构。SMW围护桩的常用型式为重复套钻水泥土搅拌桩帷幕内插H型钢形成挡土止水复合结构。5.4SMW工法支护体系的结构选型,应根据工程地质与水文地质条件、环境条件、施工条件,以及基坑使用要求与基坑规模等因素,通过技术和经济比较确定。5.5SMW工法支护体系的设计计算,应根据支护结构的特性、基坑使用要求,以及环境要求与施工条件等因素,正确选择和确定地基土的物理力学性质指标与设计计算方法。设计计算工况应完整,包括基坑分层开挖与设置支撑的施工期和地下主体结构分层施工与换撑施工期等的各种工
7、况条件。5.6SMW工法支护体系的设计与验算应包括下列主要内容:5.6.1基坑底部土体的抗隆起稳定性和抗渗流或抗管涌稳定性验算;5.6.2SMW工法水泥土搅拌桩内插H型钢结构的抗倾覆稳定性验算;5.6.3SMW工法水泥土搅拌桩内插H型钢结构和地基的整体抗滑动稳定性验算;5.6.4SMW工法水泥土搅拌桩的内力和变形计算;5.6.5支撑与围檩体系的结构内力,变形和稳定性计算;5.6.6支撑竖向立柱的结构内力、变形和稳定性计算;5.6.7支护结构的构件截面强度和节点构造设计与计算;5.6.8基坑外地表变形和土体移动的验算;5.6.9基坑底部土体的抗隆起稳定性验算应包括下列内容:5.6.9.1按(5.
8、6.9.1)式验算围护墙底地基承载力。计算图式见图5.6.9.1:KWZ=(2DNq+cNc)/( 1(h0+D)+q) (5.6.9.1) 式中 1坑外地表至维护墙底,各土层天然重度的加权平均值(kN/m3);2坑内开挖面以下至围护墙底,各土层天然重度的加权平均值(kN/m3);h0基坑开挖深度(m);D围护墙在基坑开挖面以下的入土深度(m);q坑外地面荷载(kPa); NqNc地基土的承载力系数。根据围护墙底的地基土特性计算:Nq=etgtg2(45+/2)NC=(Nq-1)/tg c、分别为围护墙底地基土粘聚力(kPa)和内摩擦角(0); kWZ围护墙底地基承载力安全系数。一级基坑工程取
9、2.5;二级基坑工程取2.0;三级基坑工程取1.7。图5.6.9.15.6.9.2按下式验算基坑底部土体的抗隆起稳定性:KL=MRL/MSL(5.1.9.2)式中 MRL 抗隆起力矩(KN-m/m),MRL=R1Katg+R2tg+R3CR1=D (h02/2+qh0)+D2qf(a2a1+sina2cosa2-sina1cosa1)/2D3(cos3a2-cos3a1)/3;R2= D2qf/2a2a1(sin2a2sin2a1)D3sin2a2cosa2-sin2a1cosa1+2(cosa2-cosa1);R3=h0D+( a2a1)D2;qf=h0,+q0维护墙体底以上地基土各土层天然
10、重度的加权平均值(KN/m3);D围护墙在基坑开挖面以下的入土深度(m);Ka主动土压力系数,取Ka=tg2(/4- C、滑裂面上地基土的粘聚力(kpa)和内摩擦角(弧度)的加权平均值;h0基坑开挖深度(m)h0最下一道支撑距地面的深度(m)1最下一道支撑面与基坑开挖面间的水平夹角(弧度),见图5.6.9.2;2以最下一道支撑点为圆心的滑裂面圆心角(弧度)见图5.1.9.2;q坑外地面荷载(kPa)MsL隆起力矩(kN-m/m), MsL=1/2(h0+q)D2;KL抗隆起稳定性安全系数。一级基坑工程取2.5;二级基坑工程取2.0;三级基坑工程取1.7。图5.6.9.2 基坑底抗隆起计算简图5
11、.6.10围护墙底部土体的抗渗流或抗管涌稳定性,可按(5.6.10)式验算。KS= ic / I 5.6.10式中 ic坑底土体的临界水力坡度,根据坑底土的特性计算:ic= (GS-1)/(1+e); GS坑底土的比重; e坑底土的天然孔隙比; i坑底土的渗流水力坡度,i= hw/L; hw基坑内外土体的渗流水头(m),取坑内外地下水位差,见图5.6.10; L最短渗径流线总长度(m),L=Lh+mLv; Lh渗径水平段总长度(m);Lv渗径垂直段总长度(m);m渗径垂直段换算成水平段的换算系数;单排帷幕墙时,取m =1.50;多排帷幕墙时,取m=2.0;Ka抗渗流或抗管涌稳定性安全系数,取1
12、.52.0。图5.6.10 坑底土体渗流计算简图5.6.10.1 基坑开挖面以下有承压水层时,应按(5.6.10.1)式验算基坑底部土的抗承压水头的稳定性。 Ky=Pcz/Pwy (5.6.10.1)式中 Pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2)Pwy承压水层的水头压力(kN/m2)Ky抗承压水头的稳定性安全系数,取1.05。5.7SMW工法围护墙结构的抗倾覆稳定性,可按(5.7)式验算见图5.7。 KQ=MRC/MOC式中 MRC抗倾覆力矩(Kn-m)。去基坑开挖面以下围护墙入土部分坑内侧压力,对最下一道支撑的力矩。 MOC倾覆力矩(Kn-m)。取最下一道支撑或锚碇
13、点以下围护墙坑外侧压力,对最下一道支撑的力矩。 KQ抗倾覆稳定性安全系数,一级基坑工程取1.20;二级基坑工程取1.10;三级基坑工程取1.05。图5.7。5.8 抗倾覆稳定性验算时,围护墙的坑内,外土压力、水压力,分别按下列方法计算。5.9SMW工法支护结构和地基的整体滑动稳定性验算,通常采用通过墙底土层的圆弧滑动面计算。当墙底以下地基土有软弱层时,尚应考虑坑能发生的非圆弧滑动面情况。有渗流时,应计及渗流力的作用。用总应力法确定土体的抗剪强度,并采用固结块剪峰值指标时,宜.3采用简单条分法计算。5.10SMW工法支护体系中,维护墙结构的内力和变形宜采用竖向弹性地基梁的基床系数法计算。计算时应
14、考虑支撑的位移、施工工况及支撑刚度等对结构内力与变形的影响。5.10.1围护墙结构采用竖向弹性地基梁机床系数法的计算图式见图5.10.1坑内开挖面以上的内支撑点,以弹性支座模拟。坑内开挖面以下作用在围护强面的弹性抗力,根据地基土的性质和施工措施等条件确定,并以均布的水平弹簧支座模拟。弹性抗力的分布通常取开挖面处为零,开挖面以下一定深度内三角形分布,其下按矩形分布。有工程实践经验时,弹性抗力的分布也可取梯形等其他分布形式。维护清底以垂直弹簧支座模拟;图5.10.1基坑内支撑点弹性支座的压缩弹簧系数KB,应根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与刚度等条件,按(5102)式确定: KB=2Aea/ls
15、 (5.10.2)式中 KB 内支撑的压缩弹簧系数(KN/m/m); a 与支撑松弛有关的折减系数,一般取0.51.0; 混凝土支撑或刚支撑施加预应力时,取a=1.0 E 支撑结构材料的弹性模量(KN/m2); A 支撑构件的截面积(m2) L 支撑的计算长度(m) S 支撑的水平间距(m)5.10.3 基坑开挖面以下,水平弹性支座和垂直弹性支座的压缩弹簧刚度KH,和KV,可按(5.10.3-1)和5.10-2)式计算: KH=kHbh (5.10.3-1) KV=kVbh (5.10.3-2)式中 KH、KV 分别为水平向和垂直向压缩弹簧刚度(KN/m)kH、kV 分别为地基土的水平向和垂直
16、向基床系数(KN/m3),宜由现场试验确定,或参照类似、工程的经验确定。当无条件进行现场试验时,可根据地基土的性质,按表5.10.3-1和表5.10.3-2选用。开挖面以下三角形分布区的水平向基床系数kH=mz,m为水平向基床系数沿深度增大的比例系数,可根据地基土的性质表5.10.3-3选用。Z为影响深度,一般取开挖面以下35m。坑底地基3土软弱或受扰动较大时取最大值,反之取最小值;b、h 分别为弹簧的水平向和垂直向计算间距(m)水平向基床系数kH 表5.10.3-1地基土分类kH(KN/m3)流塑的粘性土300015000软塑的粘性土和松散的粉性土1500030000可塑的粘性土和稍密中密粉
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