浅谈SMW工法桩施工质量控制

浅谈SMW工法桩施工质量控制

摘 要:传统的地下连续墙、钻孔排桩围护形式比较,具有工期快、造价低、对周围环境影响小的特点和优势,尤其适应软土地基深基坑的维护要求。经过几年的培育和发展,该技术已大量应用于轨道交通、市政基础设施和地下建筑工程中。通过在地铁工程中SMW工法桩施工过程中的经历,对控制SMW工法围护墙施工过程中的质量,提高施工安全性进行一些分析。

关键词:SMW工法桩 质量控制

SMW(Soil-cement Mixed Wall)工法又称加劲水泥土桩,是一种在互相搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成的复合结构,它是我国近年来引进的深基坑维护的一种新技术新方法。该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥浆与地基土反复混合搅拌,各施工单元之间则采取重叠搭接施工,然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材料,至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。它与传统的地下连续墙、钻孔排桩围护形式比较,具有工期快、造价低、对周围环境影响小的特点和优势,尤其适应软土地基深基坑的维护要求。经过几年的培育和发展,该技术已大量应用于轨道交通、市政基础设施和地下建筑工程中,取得了较好的社会效益和经济效益。

由于政府部门对新工艺、新技术的大力支持和推广,该施工技术引进仅几年的时间,在已施工完成的SMW工法桩基坑深度从最初的10m以内,发展到目前的15米以内。围护桩结构厚度从650mm发展到目前1000mm。随着施工技术人员对引进技术不断消化吸收,使之不断完善和健全,其适合施工的基坑深度也将不断加深。展望SMW工法桩的发展前景,大有取代传统维护结构的趋势。相信在其他城市亦将随着SMW工法桩施工技术的不断完

善和健全而展开应用。

由于SMW工法桩施工技术引进时间不长,H型钢与搅拌桩共同作用原理还缺乏分析资料;使用的设备部分进口、部分仿制,配套性差,实际使用匹配性缺乏科学依据;未形成相应健全、完善的施工规范和技术及检验标准。因此,实际施工中经常出现一些问题和通病,施工过程中这些质量问题和通病不能得到及时消除,给施工安全留下隐患。下面,就本人在地铁工程中SMW工法桩施工过程中的经历,对控制SMW工法围护墙施工过程中的质量,提高施工安全性进行一些分析。

1、选用合理的SMW工法水泥土搅拌桩搅拌机设备

SMW工法水泥土搅拌桩一般采用2轴和3轴搅拌桩设备进行施工。2轴和3轴搅拌机存在很大的差别,如何用好搅拌桩设备对工程施工将回带来很大的影响,也将对工程施工带来严重的安全隐患。

2轴搅拌机仅能机械搅拌,水泥掺量理论上仅能达到13％,桩体水泥土强度仅能达到1MPa左右。

3轴搅拌机加高压气流辅助搅拌技术,利用气体的扬升置换作用,有效提高墙体的均匀性,水泥掺量可达20％以上,桩体水泥土强度可达1～3MPa以上。

3轴搅拌机成桩均匀性、水泥强度、抗渗性能等各方面质量、性能均优于2轴搅拌机。因此,只要土质情况、周围环境允许,3轴搅拌机可以单排作为维护体。而2轴机因强度及抗渗方面因素单桩不宜作为深基坑维护体,需采取补强措施处理。在施工过程中,一些施工单位一味降低成本追求利润,经常利用2轴搅拌机取代3轴搅拌机而不采取任何补强措施,

这种结构强度相对较低,存在较大安全隐患,往往会造成基坑在开挖阶段维护结构易变形、开裂,并且基坑渗漏严重。因此SMW工法水泥土搅拌桩使用3轴搅拌机为宜,如表1。

2、确保SMW工法水泥土搅拌桩施工质量

水泥搅拌桩是SMW工法的一项重要组成部分,在SMW工法中,水泥土不仅起到止水、承受水土压力在型钢之间的剪力作用,更重要的是水泥土能够有效地控制型钢的侧移和扭转,提高结构的整体稳定性,使型钢的强度能够充分发挥。

SMW工法水泥土搅拌桩施工过程中,各个环节同时进行,而各环节协调好话直接影响SMW工法施工质量。目前,水泥浆的拌制过程(水泥、水、外加剂用量、浆搅拌机操控)、注浆泵的压力流量、钻头下沉提升速度和转速、高压气体的压力和气流量的控制均各自为阵,独立操控。这几方面只要有一个环节配合不协调,就可能出现水泥土搅拌不均匀、水泥掺量不足,甚至出现维护体断桩渗漏的现象。因此,要获得良好的、稳定的水泥土搅拌体的质量,必须从每一个环节加以控制。加大施工管理和监控力度,提高操作人员的技术水平是解决问题的有效手段。

(1)施工前制定详细的施工专项方案,对施工操作人员进行技术交底。

(2)施工前对施工场地的地下障碍物进行了解,及时清除障碍物,同时做好设备的检查保养工作,确保设备良好运行,并备足易损耗件,以备设备及时检修,确保钻进过程的连续。

(3)水泥控制:水泥进场前,会同现场监理及业主对厂家进行考查,符合资质要求才允许采用。对进场的水泥,必须配有质保书、检验单,并按照进场批量、数量进行抽检。达到标准后才允许进行使用。

(4)严格按设计要求确定水泥浆配合比,根据确定的水泥浆液的配合比,做好量具的检验可行手段,严格控制水灰比,搅拌时间,浆液质量,注浆时控制注浆压力和注浆速度。

(5)施工现场专职质量检查人员,检查复合桩机,桩架的走位,钻孔的深度、速度,检查水泥浆液的搅拌操作规范、控制水灰比。

(6)桩机移位、开钻、提升有现场指挥负责,开钻前需检查桩机平稳性,做到固定端正,桩架垂直,并采用测量仪器或其它手段,完成桩架的水平度,桩架的垂直度,在确认无误后,指挥下达操作命令。

(7)严格控制钻管下钻,提升的速度,若出现注浆阻塞或断浆现象,应及时停泵,排除故障后,再采取有效的措施进行复喷浆,严防断桩、空桩。

(8)施工过程中,水泥搅拌桩要保持连续施工。严禁钻管下钻提升中途进行换岗接班,建立交接班记录制度。

(9)若施工中遇不可预见因素造成长时间停钻,一旦出现施工冷缝,则应对冷缝进行适

当的加固补强,应在外围增设素水泥土搅拌桩,并与主体围护桩紧密搭接,确保SMW工法围护结构强度及抗渗性能。

(10)建立中央监控系统,统一调配控制,协调监控这些设备的运行,使桩体搅拌过程自始至终处于受控状态。

3、高度重视H型钢相关工序质量

SMW工法是通过H型钢与水泥土共同作用形成有一定强度和刚度具有挡土、挡水作用和围护墙体。这其中水泥土主要起到固结土体隔绝止水作用,H型钢主要起到抵抗水土压力的作用。因此,H型钢是SMW工法围护墙中主要受力构件,在施工过程中应对与H型钢相关的各项工序质量加以控制。

3.1 型钢质量的检查

SMW工法H型钢可以回收并反复使用,一些型钢在加工、使用、回收、运输、堆放存储等过程中受到损伤,其主要表现为H型钢变形、有效厚度因锈蚀或磨损减小、H型钢材质疲劳受损强度降低。

为了确保SMW工法H型钢质量,必须对SMW工法型钢进行外观检查,变形扭曲严重的、外表有明显裂纹的、锈蚀严重的H型钢均不能在SMW围护结构中使用。另外,对已多次反复使用,外观质量良好的H型钢进行一定比例的探伤检查也是有必要的。

3.2 型钢焊接质量的控制

由于目前常用的H型钢,定尺长度为9～12m,而SMW工法基坑深度也恰好在10米

左右,H型钢焊缝接缝正好位于基坑开挖面处,该部位变形最大、受力最为复杂,焊接质量直接影响到基坑的安全。

为了保证SMW工法H型钢焊接质量,应建立从材料供应、焊接准备、组装、焊接、焊后处理和焊缝检验等全过程的质量控制系统。另外,尽量避免将相邻H型钢焊缝设置在同一断面上,同一断面接头数量不宜大于50％。

3.3 型钢定位、安放垂直度的控制

H型钢的定位、垂直度直接影响到支护体系的整体安全,影响地下主体结构的施工质量。H型钢定位、安放垂直度控制不力,将导致H型钢参差不齐,围檩与竖向H型钢不能密贴和共同均匀受力,H型钢受力不均将导致水泥土开裂并出现渗漏现象,影响SMW工法桩支护体系的整体安全。

偏斜的H型钢进入地下结构外墙界限内,将影响地下结构各工序的施工质量。另外,在拔出H型钢时,偏斜的H型钢在拔出过程中易受损变形,由于拔出力过大,可能引起地下结构外墙砼开裂。

3.4 型钢入土深度的控制

H型钢的入土深度,直接影响到基坑抗隆起稳定、抗渗流稳定、抗倾覆稳定、围护墙内力和变形。因此型钢入土深度必须严格按照设计要求施工,偷工减料必将造成严重的后果,在此项工序上,施工人员必须引起足够的重视。

因此,在施工过程中,必须采取有效措施确保导沟开挖后放线定位的准确性,导沟上设

置的定位、导向型钢支架一定要有足够的刚度和稳定性,在H型钢插放过程中真正起到定位导向作用,确保H型钢定位、垂直度控制准确。

4、基坑开挖与支护施工阶段质量控制原则

在基坑开挖阶段支撑与围檩是稳定基坑确保基坑顺利进行的重要传力杆件。由于SMW工法围护结构的整体刚度与强度略逊于传统围护结构,因此,在基坑开挖与支承施工阶段应遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则,土方开挖的顺序、方法以及支撑轴力和预加轴力值必须与设计工况相一致。施工时应高度重视围檩与H型钢的连接节点(钢围檩与围护墙间的安装间隙应采用高标号细石砼填实)、围檩与支撑的连接节点、整个支撑体系设置的稳定性。施工时要根据设计的要求,结合施工现场的实际情况,制定切实可行的挖土与支撑施工方案,并认真实行。

5、加强SMW工法围护结构的安全监测、监控

SMW工法基坑开挖施工过程与传统的基坑一样必须做好监测工作,应加强对支撑轴力、地下水位、基坑的水平位移、地表沉降等参数的监测。如果在SMW工法基坑施工中一旦某一环节出了问题,监测工作又不能及时预警并指导施工技术人员采取有效措施加以控制,必将导致危情发生,甚至重大安全事故的发生。因此对于SMW工法支撑轴力的控制相当重要,必须按设计要求合理施加支撑轴力(H型钢与水泥土两者刚度不同,变形不协调,轴力过大过小都可能导致基坑变形,易引起基坑围护出现渗水),并根据监测数据的变化,及时调整施工参数,控制支撑的排间距、支撑轴力、开挖流程等,以确保基坑变形始终处于受控状态。

6、拆除SMW工法围护结构,拔出型钢的质量控制

SMW工法围护基坑挖土支撑完成后,即进入地下结构施工及拆除支撑施工,对于SMW工法围护结构与地下结构的间隙,要认真做好换撑工作,否则,将导致基坑坍塌及对地下结构受损的情况发生。通常这些间隙的换撑采用分层填土夯实的办法来处理,对于间隙小无法确保回填土质量的,采用填砂水密实的方法。拆撑必须遵循先换撑再拆撑的原则。另外,在拔除H型钢时应注意对周围建筑物、地下管线等重要构筑物的保护。若附近有重要建筑物或地下管线时,应对拔出后H型钢的空洞内注入水泥浆,使土体密实,减少对周围建筑物及地下管线的影响。

7、结语

以上是对SMW工法桩施工中质量控制中一些问题的分析,如果忽视每一个环节,极易埋下安全隐患的种子,最终导致险情发生。因此,必须注重SMW工法桩施工中每一个过程的施工质量,千万不能掉以轻心。随着SMW工法成桩设备、工艺的不断完善和提高,应用工程逐渐增多,适用的基坑深度也不断加深,还可能出现更多问题,我们应该与时俱进、开拓创新,将先进的科学技术,在确保安全的前提下转化为生产力,为国家建设服务。