SMW 工法在软土地区施工工艺研究

郭世巧，刘云鹏

（中铁十五局集团第四工程有限公司，河南 新郑）

引言

随着城市建设的快速发展，基坑工程越来越多地出现在软土地区，如江苏、上海、天津等地。软土地区的基坑支护面临着诸多挑战，如土层强度低、变形大、渗透性强、承压水位高等，给基坑的稳定性和安全性带来了很大的隐患[1]。因此，需要选择适合于软土地区的基坑支护方法，既能有效地保持基坑结构，又能减少对周边环境和建筑物的影响，同时又具有施工简便、无环境污染、工期短等优点。

SMW 工法是一种基坑支护方法，通过向水泥土搅拌桩中置入H 型钢，以达到增强基坑稳定性的目的。SMW 工法利用水泥浆作为固化剂，利用深搅拌桩机将水泥浆与地基土进行强制性搅拌而形成水泥土，固化后形成地下连续水泥土墙，而在墙体中插入的H型钢弥补了水泥土墙刚度不足的缺点，两者共同作用而形成具有一定强度和刚度的连续无接缝的地下墙体结构[2]。这种方法在防渗挡水和承受荷载方面具有显著的优势，为后续建设工作提供了坚实的基础。同时，H 型钢可以回收重复利用，使其成为经济性较好的施工工艺。然而，SMW 工法的应用需要考虑到许多细节，因为细节质量问题可能会对整体支护效果产生影响[3]。因此，为了确保施工质量水平，需要结合具体工程情况进行深入研究，并准确把握施工要点。通过加强研究和精确施工，可以提高工法的可靠性和有效性[4]。

1 软土地区特性概述

SMW 工法适用于软土地区，如黏土、淤泥和软粘土等土壤类型。这些土壤通常含水量较高，强度较低，需要进行地基处理以提高承载能力和稳定性。软土地区常面临较大的沉降和变形风险，因此需要采取措施来控制地基的沉降和变形[5]。SMW 工法通过固化软土来减少沉降和变形的发生，从而提高地基的稳定性。此外，软土地区地下水位较高，会影响土壤的稳定性和排水性能。在进行SMW 工法施工前，需要充分调查和分析地下水位，并采取相应措施来控制地下水位，以确保施工的安全性和有效性。软土地区的工程要求通常较高，需要考虑地基的承载能力、沉降和变形控制以及液化防治等方面的要求[6]。SMW 工法能够满足这些要求，提供稳定可靠的地基支撑。本次研究对象的主要土体力学参数如表1 所示。

表1 土体力学参数

2 工程概况

邯郸市赵王大街综合管廊基坑为长条型，位于赵王大街东侧绿化带内，交叉路口与道路相交，基坑总长度约5.2 km，净宽度10.7～17.85 m，深度6.83～12.5 m，根据基坑深度、土质情况分别采用拉森钢板桩和SMW 工法桩两种支护形式。

SMW 工法桩支护形式，基坑总长度约1.1 km，净宽度10.7～17.85 m，基坑深度7.67～12.5 m，三轴搅拌桩Ø850@600，套打一孔，长度15～23 m，型钢为HN700×300×13×24，长度15～23 m，沿竖向共设置两道内支撑：桩顶部为1200×800 钢筋混凝土冠梁加Ø609×16 钢管撑（间距5 m），下部一道双拼HN700×300×13×24 型钢腰梁加Ø609×16 钢管撑（间距5 m）,利用底板边缘填充C20 素混凝土作为第二道撑倒撑。基坑顶部放坡1～2 m，支护结构如图1 所示,具体参数见表2。

图1 支护结构示意（mm）

表2 支护结构参数

3 SMW 工法在软土地区的关键施工内容

3.1 SMW 工法在软土地区施工准备

根据基坑的位置、形状和深度，选择合适的SMW工法机型，包括基础机、奥加机、螺旋机、搅拌机等；根据地盤的硬度和障碍物情况，选择是否需要先行削孔或其他辅助工法，以减少搅拌桩的下沉阻力和提高施工精度；根据土质情况，选择合适的水泥浆液配合比，以保证壁体的强度和遮水性；根据设计要求，选择合适的H 型钢规格、型号和布置形式。工法桩端部结构如图2 所示。

图2 工法桩端部结构（单位：mm）

3.2 水泥土搅拌桩的施工

水泥土搅拌桩施工流程一般包括以下几个步骤：首先，在前期准备阶段，需要仔细确定施工现场，并对施工区域进行清理，以确保施工现场的平整和清洁。接着，根据设计要求，在施工区域进行桩位布置，并进行桩位的测量和标记。随后，利用钻机进行钻孔作业，确保控制钻孔的深度和直径，以保证钻孔质量。然后，使用搅拌桩机进行搅拌桩施工。施工开始前，首先需要将水泥、砂和水按照一定的比例混合成水泥浆液。接着，将混合好的水泥浆液注入钻孔中，同时使用搅拌桩机进行搅拌[7]。根据水泥土桩端阻力和侧摩阻力公式（1），需对土体性质进行分析。

式中：Qs表示桩端阻力；As表示桩端面积；τs表示桩端抗剪强度；Qc表示侧摩阻力；Ac表示桩身侧面积；c 表示土的黏聚力；σ 表示土的有效应力；φ表示土的摩擦角。

在搅拌过程中，搅拌桩机会把土壤和水泥充分混合，形成具有较高强度的水泥土搅拌桩。完成搅拌桩施工后，还需要对桩顶进行整平处理，以确保桩顶的水平度和平整度。最后，在施工完成后，进行后期处理，清理施工现场，清除多余的材料和设备，恢复施工区域的原貌。

3.3 H 型钢减摩措施

在SMW 工法中，针对减少H 型钢的摩擦力，根据摩擦力公式（2）可以采取以下几个措施。首先，对H 型钢的表面进行处理，可以选择喷涂或涂覆一层低摩擦系数的涂层，例如聚四氟乙烯（PTFE），以降低钢材表面的摩擦系数。其次，可以在H 型钢的接触面上添加润滑剂，如润滑油或脂，以降低接触面的摩擦力。此外，通过设计和优化结构，可以减少H 型钢之间的接触面积，从而有效降低摩擦力。

式中：F 为摩擦力；μ动为动摩擦系数；N 为正应力。

在H 型钢的移动过程中，可以采用滚动方式而非滑动方式，例如在接触面上添加滚珠或滚轮，以减少摩擦力。另外，合理控制H 型钢的载荷，避免过大的载荷造成摩擦力增加。通过综合应用上述措施，能够有效减少H 型钢的摩擦力，提升工程的效率和可靠性。

3.4 H 型钢的插入

在SMW 工法中，插入H 型钢是一个关键步骤，需要注意以下几点。首先，插入深度应符合设计要求，确保H 型钢的稳固性和承载能力。一般来说，插入深度要求超过H 型钢高度的1/3 以上。其次，插入方向应与设计要求一致，确保H 型钢的承载方向正确。另外，插入位置要准确无误，避免偏移或错位，以确保工程结构的稳定性和安全性。在插入H 型钢之前，需要清洁插入孔，清除杂物和灰尘，以保证插入质量和稳定性。在插入过程中，需要控制插入的速度和力度，避免过快或过大的插入力造成材料损坏或结构变形。最后，插入H 型钢后，应进行检查，确保插入深度和位置符合要求，并进行必要的调整和修正，以确保插入质量和稳定性，保证工程的安全和可靠性。

3.5 H 型钢回收

在进行H 型钢拔除回收的流程中，首先需要确定H 型钢的位置和数量，并进行相应的设计和计算。同时，必须准备好所需的工具和设备，如起重机、钢丝绳等。此外，使用适当的检测设备和方法对混凝土的强度进行检查，以确保其符合设计要求。在拔除H 型钢时，务必小心操作，避免对混凝土结构造成损坏。最后，清理拔除H 型钢时产生的垃圾和杂物，以保持施工现场的整洁。

4 SMW 工法桩施工可能存在的问题及应对措施

在SMW 工法桩施工过程中，可能会遇到以下问题。首先是桩身质量不达标，出现桩身弯曲、变形、裂缝等情况。为了应对这个问题，需要严格控制原材料质量，确保混凝土配合比准确；加强施工质量监督，确保桩身的垂直度和强度；及时修补和加固有问题的桩身。

其次是桩端沉降过大，可能导致桩基承载力不足。为了解决这个问题，需要在施工前进行充分的地质勘察，了解地层情况；根据地质情况调整桩基的设计参数；加强桩基的施工监督，确保桩端沉降控制在合理范围内。

第三个问题是施工过程中的地下水问题，可能导致桩基周围土体液化、桩身冲刷等问题。针对这个问题，需要采取地下水的降低或排水措施，保持施工现场干燥；加强土体的固结和加固措施，防止液化和冲刷现象的发生。

另外，施工现场可能会产生噪音、粉尘等污染物，对周围环境造成影响。为了解决这个问题，需要采取噪音和粉尘控制措施，例如使用降噪设备、喷水降尘等；合理安排施工时间和施工区域，减少对周围环境的影响。

最后一个问题是安全隐患，施工过程中可能存在高处坠落、机械设备操作不当、电气安全等问题。为了确保工人的安全，需要加强安全教育培训，提高工人的安全意识；配备必要的安全设备，如安全帽、安全绳等；严格遵守施工操作规程，确保施工过程的安全。

综上所述，对于SMW 工法桩施工，需要严格按照设计要求和施工规范进行操作，加强质量监督和安全管理，及时发现和解决问题，以确保施工质量和工人的安全。

5 结论与展望

SMW 工法桩在软土地区施工具有良好的适应性和可行性，能够有效改善软土地区的地基承载力和变形性能。然而，在软土地区施工SMW 工法桩时，必须充分考虑软土的特性以及地下水的影响，并合理选择桩身材料和施工参数。因此，进一步研究SMW 工法桩在软土地区的适用性和施工效果，并探索更加优化的施工工艺和技术，是至关重要的。此外，结合软土地区的特点，还有必要进一步改进桩身材料和施工参数的选择，以提高桩身质量和施工效果。同时，加强对软土地区SMW 工法桩施工过程中地下水和土体液化、冲刷等问题的研究，提出更加有效的防治措施，也是非常重要的。

总之，对于SMW 工法桩在软土地区的施工，需要进行更深入的研究和改进，以提高施工效果和工程质量。此外，还需要加强对环境污染和安全隐患的控制，确保施工过程的安全和环境的保护。