SMW 工法桩施工工艺技术研究

郭成田

（中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000）

SMW 工法桩是采用专业的多轴施工机就地钻进并切削土体，并且在钻头端部将其中的水泥浆液体压入土体，经适当搅动并混合后，再将H 型钢或其他型钢材伸入桩体之中，从而构成地下的连续性墙面，并使用该墙面作为挡土和止水的构造。

其最大优点是结构简洁、止水稳定性高、工期短、费用低廉、污染小，尤其适于城市中的地基加固施工。

1 SMW 工法桩施工过程及特点

1.1 SMW 工法桩施工过程（见图1）

图1 SMW 工法桩成桩效果

（1）场地平整。将待施工区域表面进行清障、平整，保证桩机站立稳定，防止桩机塌陷倒塌。（2）测量放线。（3）开挖导沟。导沟还可确保钻机实际使用过程中出现的涌土不外溢,在施工过程中导沟还应随打随挖,对挖出的余土以及废泥浆也应进行处置,以确保场地文明施工标准。导沟中心线与SMW 工法桩中心线一致。（4）桩机就位。（5）搅拌机施工。每幅搅拌桩施工过程中，钻头通常采用一下一上的方式进行，根据设计要求不同，有“两喷两搅”(钻头下沉和提升过程中均搅拌和喷水泥浆)和“-喷两搅”(钻头下沉过程中搅拌和喷水泥浆，提升过程中只搅拌不喷浆)两种方式。特殊情况下，设计可能要求一幅桩位置钻头下沉提升两个循环。搅拌桩施工需后台制备水泥浆配合。（6）水泥浆制备。（7）H 型钢焊接及表面涂刷隔离剂。常用H 型钢一般以12m每节运输入场，如设计采用的型钢长度超过12m，需在现场焊接接长。型钢表面涂刷隔离剂可以减少H 型钢插入搅拌桩时的摩擦阻力，同时在搅拌桩固化过程中，减少搅拌桩与型钢表面的黏连，以便后期型钢更容易拔出。（8）H 型钢插入搅拌桩。搅拌桩施工完成桩机移位形成工作面后、水泥土搅拌桩固化前，将H 型钢插入搅拌桩。若型钢插入阻力较大，可使用振动锤辅助沉桩。H 型钢插入根据受力需求，通常有“满插法”“插二隔一法”“插一隔一法”等。（9）施工冠梁。SMW 工法桩施工完成后，破凿桩头浮浆至设计标高→施工垫层→冠梁内H 型钢包裹塑料膜→绑扎冠梁钢筋→支设冠梁侧模→浇筑冠梁混凝土。（10）冠梁钢筋绑扎。（11）拔除H 型钢。基坑工程施工完成且基坑侧壁肥槽回填完成后，即可拔除H型钢。而后根据实际情况确认是否需要破凿冠梁。

1.2 SWM 工法桩施工特点

SMW 工法桩从技术以及经济层面上合理地利用采用了深层桩和H 型钢的优点,同时也可以合理地拔出重复利用的H 型钢来产生很大的效益,因此相比其他围护结构类型,有着较突出的优点,其特性如下。

（1）周围建筑底层受成桩的影响较小。SWM 工法桩的方法是将由土壤和水泥材料所制成的浆液搅拌一起，这样就不会干扰到附近的地面、道路交通以及建筑物。所以，SMW 工法桩的优势之一就是可以在使用过程中，降低对周围建筑物的影响。（2）结构整体强度好、硬度大。因为深层工法桩可以浇筑出很厚实的墙体，再加上无施工冷缝，自身强度较好，而新插进的H 型钢也具备了较高强度。（3）适用性广。它能适合于各种地层条件下使用，可在黏性土、细粉土、砂砾石(卵石长度达到100mm 以上)和单轴抗压强度60MPa 以内的围岩中使用。尤其是在6m ～12m 的深基坑中，保护更适宜。（4）基坑开挖变化较小。SWM 工法桩以围护结构为基本框架体系，并且其中的钢管支撑能够通过对构件施以预加力，来调整围护结构的承载力，以达到变形控制的目标。（5）防渗透型好。使用SWM 工法桩建成的体系比常规体系的防渗透性好，因为水泥浆搅动的比较多，从而使SWM 工法桩凝固成的水泥土也就会比较均匀，水泥土同其他材料相比渗透性较低，渗透系数仅10-5～10-8cm/s,所以，其侧壁也就会干燥得很快。（6）施工的时间短、噪音低。SMW 工法桩的工期短、见效快，建筑结构简洁。SWM 工法桩采用加固原土混合水泥浆的技术，减少许多的烦琐步骤，一次就可以筑成围护结构,比一般的建设的时间减少1/2。（7）环境污染少、损失小。搅拌水泥浆所形成的废土收集处理也比较简单，同时，也可以有效地阻止对水泥废土的破坏。（8）型钢的处理比较简单，无条件控制。使用SWM 工法桩的经济性比常规的地下连续墙的效果高，因为SWM 工法桩的的成本费用也相对较低。

2 SMW 工法桩施工注意事项

2.1 对SMW 工法桩的保护措施

在施工过程中,为了安全性考虑,为了避免挖掘机械直接触碰到搅拌桩,特别规定挖掘机械距离SWM 工法桩的有效距离为20cm,并且通过人工的方式将土体分离了下来,这也有效地提高了保护水泥搅拌桩机器墙的安全性,也利于H 形钢的成功拔出。

2.2 基坑土方开挖工序合理

基坑土方一般实行分层分段施工的施工方法,边挖掘边支护，在部分较深地段实行先撑后挖，以控制基坑防护结构的变化。

2.3 SMW 工法芯材的插入控制

通过钻孔注入搅拌均匀的水泥土，在其初凝硬化以前，使用轨道吊将受力结构H 型钢，放入规定位置，根据型钢的本身重力下插到规划深处，同时控制型钢的水平程度，严防交错，插偏、扭歪等。

2.4 SMW 工法芯材的拔除控制

H 型钢一次性资金投入较大，应反复利用，否则，会产生很不好的经济效益。H 型钢的拔出一般选用液压拔桩机，但由于水泥土结硬后与H 型钢会产生比较大的黏结力，另外，由于H 型钢在基坑开挖后受侧壁水土压力以及与开挖设备之间的撞击，通常有较大变化，使拔出较为不易，因此型钢在接入水泥土搅拌桩前，在型钢的周身均应涂抹上减摩剂，以减少水泥土与型钢之间的磨擦力。

3 SMW 工法桩关键技术的处理

3.1 垂直度控制

首先，在SMW 工法桩施工前，要先挖掘围护体系的导向基槽，水深在一般条件下为1m。然后，在导向基槽的二侧敷设引导定位型钢，在部分没有安装定位型钢处采取定位辅佐线，按要求在引导定位型钢或定位辅佐线上标出了钻孔部位和H 型钢的插进部位。在桩机就位后，应垫平并将钻杆对中，使用精纬仪双向测量或用线锤校准桩机龙门立柱，将垂直度始终保持在在1%内。此时，我们按照已选定的方位对桩机的移动方向要格外小心而避免产生较大的偏差，在一般条件下，我们将就位偏差限制在3cm 以内。同样，在成孔、上升的整个过程中，要反复检查操作平台水平度及其机架水平程度，确保成桩垂直度不得超过1%。

3.2 连续性控制

SMW 工法桩采用重复套钻可提高围护土墙体的稳定性以及接头质量强度，进而更好地发挥防渗止水的功能。

3.3 强度控制

SMW 工法桩使用一边拌和一边喷入的施工工艺，这样即可保证桩体的每个面都是可以经历过2 个以上的拌和阶段。下搅喷浆施工的速率要一直保证在0.9m/min以上，并保证上搅喷浆施工的速率一直要平稳地维持在1.1m/min。拌和头的速度降低必须达到工程设计标准，并且要保证对桩底不断地搅动和喷浆，以确保桩内水泥达到合适的密实程度。

4 SMW 工法桩施工质量控制

4.1 选择适宜的SMW 工法桩搅拌机设备

SMW 工法桩，通常使用二轴和三轴的搅拌桩机械设备完成建筑施工。二轴和三轴搅拌机之间还有巨大的区别，因此，怎样用好搅拌桩机械设备对建筑工程产品质量将会造成极大的影响，也会对工程造成极大的影响。由于二轴搅拌机仅能做到机械设备搅拌，因此水泥土的掺量理论上仅能做到13%,而桩体水泥土硬度也仅能做到1MPa 以下。

三轴搅拌机内加高压气体辅助搅拌技术，并使用气体的扬升置换功能，显著改善了结构的均匀度，水泥土掺量高达20%以上，桩体的水泥土硬度也能达到了1 ～3MPa。

三轴搅拌机的水土均匀度、水泥土硬度、抗渗性能等各方面能力、稳定性都高于二轴搅拌器。所以，只要地质条件、工作环境许可，三轴搅拌机均可作为单排维护体机械。二轴搅拌机由于重量和抗渗性等原因形成的单桩并不能用于深地基维护体，而需要进行补充保护措施处理。在实际建筑工程施工过程中，部分施工单位为了一味降低成本求取最好的经济效果，而经常采用二轴搅拌机代替三轴搅拌机还未采用其他补充保护措施，导致这种方式的存在风险性，有严重隐患往往会导致在建筑工程施工过程中维护结构容易变形、断裂，同时，地基漏水现象严重。所以一般SMW 工法桩大部分都采用三轴搅拌机为宜。

4.2 SMW 工法桩的施工质量控制

水泥土搅拌桩（见图2）是SMW 工法桩的一个主要构件，在SMW 工法桩中，水泥土不但具有止水、承受水土压力以及在形钢之间的剪力功能，更关键的是水泥土可以通过有效地抑制形钢的侧移和扭转增强建筑构件的整体稳定性，使形钢的稳定性得以发挥。

图2 水泥浆制备

SMW 的工法桩施工流程中，所有流程操作均同时开始，各阶段的配合衔接也直接关系SMW 工法桩最后的成品效果。目前，水砂浆的制作(砂浆、水、外加剂的使用、水泥浆混合机操控)、注浆泵的加压流速、加压速率、钻头的选取以及下沉速度等，都各自为阵的操作。各个方面只要有一方面的不平衡，都会产生导致拌和不平衡、水泥掺量不够或者出现维护体断桩漏水的情况。所以，要达到好的、安全的水泥土拌和体的效果，需要在每个方面都进行控制。强化工地管理人员的监控力度提升作业管理人员的技能是最好的也是最有效的措施。

4.3 高度重视H 型钢相关工序质量

SMW 工法是指利用H 型钢以及水泥土搭配，从而形成的具有高刚度兼备挡土、挡水等功能的围护体系。而其中的水泥土主要起胶结土体与止水流动的作用，而H 型钢则主要起对抗水荷载的作用。所以，H 型钢作为SMW 工法桩围护体系的主要受力部位，在施工过程中，应对H 型钢有关的所有施工流程都进行严格控制。

（1）型钢质量的检查。SMW 工法桩的H 型钢可以被多次利用，但一些型钢在生产、利用、回收、输送、堆放贮存的过程中，因为一些不当操作容易引起破坏，其主要破坏形式有H 型钢磨损损坏、因防护不当受腐蚀、H 型钢材料受疲劳破坏导致能力下降。以确保SMW 工法桩H 型钢质量，应当对所有SMW工法桩型钢实行外观质量检测，变形较大的、外形有强烈裂缝的、锈蚀达到一定程度的H 型钢，均不能应用在SMW 工法桩围护体系中。此外，对于已不断反复使用的，但是外观质量较好的H 型钢也应实行适当数量的探伤检查，还是很有必要的。（2）型钢焊接质量的控制。由于目前使用的H 型钢，其规定长度大部分约为9 ～12m，而SMW 工法桩基坑水深也恰好在10m 左右，H 型钢焊缝接口也刚好处于地基的挖土面处，该部位变形程度最高、受力最复杂，焊接质量也将直接影响整个基坑的安全。以确保SMW 工法桩的H 型钢焊接质量，应该从物料供给、连接选择、装配、焊接加工、焊后管理和焊缝检测等建立全方位的质量管理体系。此外，尽量避免将部分H 型钢焊缝的交界，处在同一个截面上，且同一个截面连接总量不得超过50%。（3）型钢定位、安放垂直度的控制。H 型钢的水平定位、垂直性直接关系着基坑支撑结构的总体质量，也影响着地下结构的建筑质量。H 型钢的定位以及安装的垂直性管理不严，会造成H 型钢不能完全的参与进基坑支撑体系，H 型钢承载力不均则会造成水泥土裂缝以及产生漏水事故，从而降低了SMW 工法桩对支撑结构的总体安全性。

偏斜的H 型钢若落入地下建筑结构外墙范围内，将直接影响地下建筑结构的质量。此外，在取出H 型钢时，偏斜的H 型钢在取出流程中易受损变形，且由于拔出力较大，可能引起地下建筑外墙开裂。

5 结语

SMW 工法桩是最近开发出来的施工工艺，主要是通过采用了原有深层搅拌桩的成熟技术，并进行了改进，搅拌桩作为止水帷幕，利用H 型钢的刚性和高抗拉强度，克服了传统搅拌桩对抗侧向冲击能力差的缺点，从而实现了二者的有效组合。通过现场应用来看，SMW 工法桩用作基坑的支撑构件，特别是对基坑深为6 ～12m，具有很大的可操作性，并且能够有效地防止了地面沉降、附近建筑物的倾斜，以及对地下管道系统的破坏。所以对于地理环境恶劣的地方，或者是构筑物密集的城区，是较为理想的基坑支护结构。