SMW 工法樁施工工藝技術研究

郭成田

（中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000）

SMW 工法樁是采用專業的多軸施工機就地鉆進并切削土體，并且在鉆頭端部將其中的水泥漿液體壓入土體，經適當攪動并混合后，再將H 型鋼或其他型鋼材伸入樁體之中，從而構成地下的連續性墻面，并使用該墻面作為擋土和止水的構造。

其最大優點是結構簡潔、止水穩定性高、工期短、費用低廉、污染小，尤其適于城市中的地基加固施工。

1 SMW 工法樁施工過程及特點

1.1 SMW 工法樁施工過程（見圖1）

圖1 SMW 工法樁成樁效果

（1）場地平整。將待施工區域表面進行清障、平整，保證樁機站立穩定，防止樁機塌陷倒塌。（2）測量放線。（3）開挖導溝。導溝還可確保鉆機實際使用過程中出現的涌土不外溢,在施工過程中導溝還應隨打隨挖,對挖出的余土以及廢泥漿也應進行處置,以確保場地文明施工標準。導溝中心線與SMW 工法樁中心線一致。（4）樁機就位。（5）攪拌機施工。每幅攪拌樁施工過程中，鉆頭通常采用一下一上的方式進行，根據設計要求不同，有“兩噴兩攪”(鉆頭下沉和提升過程中均攪拌和噴水泥漿)和“-噴兩攪”(鉆頭下沉過程中攪拌和噴水泥漿，提升過程中只攪拌不噴漿)兩種方式。特殊情況下，設計可能要求一幅樁位置鉆頭下沉提升兩個循環。攪拌樁施工需后臺制備水泥漿配合。（6）水泥漿制備。（7）H 型鋼焊接及表面涂刷隔離劑。常用H 型鋼一般以12m每節運輸入場，如設計采用的型鋼長度超過12m，需在現場焊接接長。型鋼表面涂刷隔離劑可以減少H 型鋼插入攪拌樁時的摩擦阻力，同時在攪拌樁固化過程中，減少攪拌樁與型鋼表面的黏連，以便后期型鋼更容易拔出。（8）H 型鋼插入攪拌樁。攪拌樁施工完成樁機移位形成工作面后、水泥土攪拌樁固化前，將H 型鋼插入攪拌樁。若型鋼插入阻力較大，可使用振動錘輔助沉樁。H 型鋼插入根據受力需求，通常有“滿插法”“插二隔一法”“插一隔一法”等。（9）施工冠梁。SMW 工法樁施工完成后，破鑿樁頭浮漿至設計標高→施工墊層→冠梁內H 型鋼包裹塑料膜→綁扎冠梁鋼筋→支設冠梁側模→澆筑冠梁混凝土。（10）冠梁鋼筋綁扎。（11）拔除H 型鋼。基坑工程施工完成且基坑側壁肥槽回填完成后，即可拔除H型鋼。而后根據實際情況確認是否需要破鑿冠梁。

1.2 SWM 工法樁施工特點

SMW 工法樁從技術以及經濟層面上合理地利用采用了深層樁和H 型鋼的優點,同時也可以合理地拔出重復利用的H 型鋼來產生很大的效益,因此相比其他圍護結構類型,有著較突出的優點,其特性如下。

（1）周圍建筑底層受成樁的影響較小。SWM 工法樁的方法是將由土壤和水泥材料所制成的漿液攪拌一起，這樣就不會干擾到附近的地面、道路交通以及建筑物。所以，SMW 工法樁的優勢之一就是可以在使用過程中，降低對周圍建筑物的影響。（2）結構整體強度好、硬度大。因為深層工法樁可以澆筑出很厚實的墻體，再加上無施工冷縫，自身強度較好，而新插進的H 型鋼也具備了較高強度。（3）適用性廣。它能適合于各種地層條件下使用，可在黏性土、細粉土、砂礫石(卵石長度達到100mm 以上)和單軸抗壓強度60MPa 以內的圍巖中使用。尤其是在6m ～12m 的深基坑中，保護更適宜。（4）基坑開挖變化較小。SWM 工法樁以圍護結構為基本框架體系，并且其中的鋼管支撐能夠通過對構件施以預加力，來調整圍護結構的承載力，以達到變形控制的目標。（5）防滲透型好。使用SWM 工法樁建成的體系比常規體系的防滲透性好，因為水泥漿攪動的比較多，從而使SWM 工法樁凝固成的水泥土也就會比較均勻，水泥土同其他材料相比滲透性較低，滲透系數僅10-5～10-8cm/s,所以，其側壁也就會干燥得很快。（6）施工的時間短、噪音低。SMW 工法樁的工期短、見效快，建筑結構簡潔。SWM 工法樁采用加固原土混合水泥漿的技術，減少許多的煩瑣步驟，一次就可以筑成圍護結構,比一般的建設的時間減少1/2。（7）環境污染少、損失小。攪拌水泥漿所形成的廢土收集處理也比較簡單，同時，也可以有效地阻止對水泥廢土的破壞。（8）型鋼的處理比較簡單，無條件控制。使用SWM 工法樁的經濟性比常規的地下連續墻的效果高，因為SWM 工法樁的的成本費用也相對較低。

2 SMW 工法樁施工注意事項

2.1 對SMW 工法樁的保護措施

在施工過程中,為了安全性考慮,為了避免挖掘機械直接觸碰到攪拌樁,特別規定挖掘機械距離SWM 工法樁的有效距離為20cm,并且通過人工的方式將土體分離了下來,這也有效地提高了保護水泥攪拌樁機器墻的安全性,也利于H 形鋼的成功拔出。

2.2 基坑土方開挖工序合理

基坑土方一般實行分層分段施工的施工方法,邊挖掘邊支護，在部分較深地段實行先撐后挖，以控制基坑防護結構的變化。

2.3 SMW 工法芯材的插入控制

通過鉆孔注入攪拌均勻的水泥土，在其初凝硬化以前，使用軌道吊將受力結構H 型鋼，放入規定位置，根據型鋼的本身重力下插到規劃深處，同時控制型鋼的水平程度，嚴防交錯，插偏、扭歪等。

2.4 SMW 工法芯材的拔除控制

H 型鋼一次性資金投入較大，應反復利用，否則，會產生很不好的經濟效益。H 型鋼的拔出一般選用液壓拔樁機，但由于水泥土結硬后與H 型鋼會產生比較大的黏結力，另外，由于H 型鋼在基坑開挖后受側壁水土壓力以及與開挖設備之間的撞擊，通常有較大變化，使拔出較為不易，因此型鋼在接入水泥土攪拌樁前，在型鋼的周身均應涂抹上減摩劑，以減少水泥土與型鋼之間的磨擦力。

3 SMW 工法樁關鍵技術的處理

3.1 垂直度控制

首先，在SMW 工法樁施工前，要先挖掘圍護體系的導向基槽，水深在一般條件下為1m。然后，在導向基槽的二側敷設引導定位型鋼，在部分沒有安裝定位型鋼處采取定位輔佐線，按要求在引導定位型鋼或定位輔佐線上標出了鉆孔部位和H 型鋼的插進部位。在樁機就位后，應墊平并將鉆桿對中，使用精緯儀雙向測量或用線錘校準樁機龍門立柱，將垂直度始終保持在在1%內。此時，我們按照已選定的方位對樁機的移動方向要格外小心而避免產生較大的偏差，在一般條件下，我們將就位偏差限制在3cm 以內。同樣，在成孔、上升的整個過程中，要反復檢查操作平臺水平度及其機架水平程度，確保成樁垂直度不得超過1%。

3.2 連續性控制

SMW 工法樁采用重復套鉆可提高圍護土墻體的穩定性以及接頭質量強度，進而更好地發揮防滲止水的功能。

3.3 強度控制

SMW 工法樁使用一邊拌和一邊噴入的施工工藝，這樣即可保證樁體的每個面都是可以經歷過2 個以上的拌和階段。下攪噴漿施工的速率要一直保證在0.9m/min以上，并保證上攪噴漿施工的速率一直要平穩地維持在1.1m/min。拌和頭的速度降低必須達到工程設計標準，并且要保證對樁底不斷地攪動和噴漿，以確保樁內水泥達到合適的密實程度。

4 SMW 工法樁施工質量控制

4.1 選擇適宜的SMW 工法樁攪拌機設備

SMW 工法樁，通常使用二軸和三軸的攪拌樁機械設備完成建筑施工。二軸和三軸攪拌機之間還有巨大的區別，因此，怎樣用好攪拌樁機械設備對建筑工程產品質量將會造成極大的影響，也會對工程造成極大的影響。由于二軸攪拌機僅能做到機械設備攪拌，因此水泥土的摻量理論上僅能做到13%,而樁體水泥土硬度也僅能做到1MPa 以下。

三軸攪拌機內加高壓氣體輔助攪拌技術，并使用氣體的揚升置換功能，顯著改善了結構的均勻度，水泥土摻量高達20%以上，樁體的水泥土硬度也能達到了1 ～3MPa。

三軸攪拌機的水土均勻度、水泥土硬度、抗滲性能等各方面能力、穩定性都高于二軸攪拌器。所以，只要地質條件、工作環境許可，三軸攪拌機均可作為單排維護體機械。二軸攪拌機由于重量和抗滲性等原因形成的單樁并不能用于深地基維護體，而需要進行補充保護措施處理。在實際建筑工程施工過程中，部分施工單位為了一味降低成本求取最好的經濟效果，而經常采用二軸攪拌機代替三軸攪拌機還未采用其他補充保護措施，導致這種方式的存在風險性，有嚴重隱患往往會導致在建筑工程施工過程中維護結構容易變形、斷裂，同時，地基漏水現象嚴重。所以一般SMW 工法樁大部分都采用三軸攪拌機為宜。

4.2 SMW 工法樁的施工質量控制

水泥土攪拌樁（見圖2）是SMW 工法樁的一個主要構件，在SMW 工法樁中，水泥土不但具有止水、承受水土壓力以及在形鋼之間的剪力功能，更關鍵的是水泥土可以通過有效地抑制形鋼的側移和扭轉增強建筑構件的整體穩定性，使形鋼的穩定性得以發揮。

圖2 水泥漿制備

SMW 的工法樁施工流程中，所有流程操作均同時開始，各階段的配合銜接也直接關系SMW 工法樁最后的成品效果。目前，水砂漿的制作(砂漿、水、外加劑的使用、水泥漿混合機操控)、注漿泵的加壓流速、加壓速率、鉆頭的選取以及下沉速度等，都各自為陣的操作。各個方面只要有一方面的不平衡，都會產生導致拌和不平衡、水泥摻量不夠或者出現維護體斷樁漏水的情況。所以，要達到好的、安全的水泥土拌和體的效果，需要在每個方面都進行控制。強化工地管理人員的監控力度提升作業管理人員的技能是最好的也是最有效的措施。

4.3 高度重視H 型鋼相關工序質量

SMW 工法是指利用H 型鋼以及水泥土搭配，從而形成的具有高剛度兼備擋土、擋水等功能的圍護體系。而其中的水泥土主要起膠結土體與止水流動的作用，而H 型鋼則主要起對抗水荷載的作用。所以，H 型鋼作為SMW 工法樁圍護體系的主要受力部位，在施工過程中，應對H 型鋼有關的所有施工流程都進行嚴格控制。

（1）型鋼質量的檢查。SMW 工法樁的H 型鋼可以被多次利用，但一些型鋼在生產、利用、回收、輸送、堆放貯存的過程中，因為一些不當操作容易引起破壞，其主要破壞形式有H 型鋼磨損損壞、因防護不當受腐蝕、H 型鋼材料受疲勞破壞導致能力下降。以確保SMW 工法樁H 型鋼質量，應當對所有SMW工法樁型鋼實行外觀質量檢測，變形較大的、外形有強烈裂縫的、銹蝕達到一定程度的H 型鋼，均不能應用在SMW 工法樁圍護體系中。此外，對于已不斷反復使用的，但是外觀質量較好的H 型鋼也應實行適當數量的探傷檢查，還是很有必要的。（2）型鋼焊接質量的控制。由于目前使用的H 型鋼，其規定長度大部分約為9 ～12m，而SMW 工法樁基坑水深也恰好在10m 左右，H 型鋼焊縫接口也剛好處于地基的挖土面處，該部位變形程度最高、受力最復雜，焊接質量也將直接影響整個基坑的安全。以確保SMW 工法樁的H 型鋼焊接質量，應該從物料供給、連接選擇、裝配、焊接加工、焊后管理和焊縫檢測等建立全方位的質量管理體系。此外，盡量避免將部分H 型鋼焊縫的交界，處在同一個截面上，且同一個截面連接總量不得超過50%。（3）型鋼定位、安放垂直度的控制。H 型鋼的水平定位、垂直性直接關系著基坑支撐結構的總體質量，也影響著地下結構的建筑質量。H 型鋼的定位以及安裝的垂直性管理不嚴，會造成H 型鋼不能完全的參與進基坑支撐體系，H 型鋼承載力不均則會造成水泥土裂縫以及產生漏水事故，從而降低了SMW 工法樁對支撐結構的總體安全性。

偏斜的H 型鋼若落入地下建筑結構外墻范圍內，將直接影響地下建筑結構的質量。此外，在取出H 型鋼時，偏斜的H 型鋼在取出流程中易受損變形，且由于拔出力較大，可能引起地下建筑外墻開裂。

5 結語

SMW 工法樁是最近開發出來的施工工藝，主要是通過采用了原有深層攪拌樁的成熟技術，并進行了改進，攪拌樁作為止水帷幕，利用H 型鋼的剛性和高抗拉強度，克服了傳統攪拌樁對抗側向沖擊能力差的缺點，從而實現了二者的有效組合。通過現場應用來看，SMW 工法樁用作基坑的支撐構件，特別是對基坑深為6 ～12m，具有很大的可操作性，并且能夠有效地防止了地面沉降、附近建筑物的傾斜，以及對地下管道系統的破壞。所以對于地理環境惡劣的地方，或者是構筑物密集的城區，是較為理想的基坑支護結構。