SMW工法桩支护结构施工方案及计算书

SMW工法桩支护结构施工方案及计算书

一、施工方案选择

围护结构的设计，不仅关系到基坑开挖及周边保护建（构）筑物的安全，而且直接影响着土方开挖及结构施工等施工成本。基坑支护结构是个系统工程，不仅要保证受力合理，而且要施工方便、工期节省。 从安全、围护造价的角度考虑，主要是开挖深度和周边环境保护要求，这两个因素决定着围护结构的形式。

挡土结构方案确定时应遵循以下原则：

1.安全可靠、2.施工可行、3.技术先进、4.经济合理。一个成功的围护结构设计方案，不仅要保证安全、经济，还要考虑施工的方便性。 深基坑开挖最重要的就是保证安全，我们的原则是：首先保证安全，存在重大安全隐患的方案，不管造价如何经济，实际上是没有任何现实意义，而且可能带来巨大的经济损失；然后尽量节省造价，过于安全但太浪费的方案也不符合市场需求；最后考虑施工的方便性，施工的方便性可以在施工中节省工期、降低施工造价。

根据以往的工程经验，经综合考虑工期、造价及施工的方便性，在场地条件允许的情况下，考虑采用SMW工法+二～三道混凝土支撑及钢管支撑的围护形式。

SMW工法现在应用较广，其优点如下： 1、受力性能较好，土体位移较小；

2、同时具有承力和防渗两种功能，搅拌桩采用全断面搭接，止水可靠； 3、SMW 工法施工周期一般比其它板式支护可缩短 30％左右；

4、水泥土搅拌桩占用场地小，施工简单，施工过程对周边建筑物及地下管线影响小；对环境污染小，无废弃泥浆；

5、其内插型钢在采用一定的措施（型钢外表刷涂减阻剂，拔除时跟踪注浆），可顺利拔除。

支撑体系：其优点是刚度较大，布置形式较灵活，能较好的控制变形，且可预留较大挖土空间，方便施工，缩短工期。

拟采用Ф850三轴搅拌桩内插H型钢700×300×13×24@800（密插法），Ф

850三轴搅拌桩间咬合250mm。本基坑拟采用三道支撑。由于基坑开挖较深，因此从安全、经济、工期的角度考虑，拟采用“角撑+对撑”的混凝土支撑体系。

主桥中墩第一道支撑采用 C30 钢筋混凝土，第一道围懔顶标高为2.5m。砼围檩截面 1200x800，角撑、对撑截面1000x700。第二道支撑，采用 D600钢管支撑，支撑中心标高比地面标高低 6.50m。围檩采用三拼56b工字钢。第三道支撑，采用 D600钢管支撑，支撑中心标高比地面标高低8.50m。围檩采用三拼56b工字钢。具体布置形式详见主桥中墩支撑体系平面布置图。

SMW工法基坑支护立面图

主桥边墩第一道支撑采用 C30 钢筋混凝土，第一道围懔顶标高为2.5m。砼围檩截面 1200x800，角撑、对撑截面1000x700。第二道支撑，采用 D600钢管支撑，支撑中心标高比地面标高低 6.50m。围檩采用三拼40b工字钢。

边墩SMW工法基坑支护立面图

四、工艺流程

本工程SMW工法工艺流程图如图所示

开挖导沟设置导向围堰设置打桩围堰smw搅拌桩定位搅拌桩施工型钢涂刷减摩擦材料残土处理插入H型钢基坑开挖

五、施工方案 （一）、测量放样

施工前,先根据设计图纸和坐标基准点,精确计算出围护中心线角点坐标,利用测量仪器精确放样出围护中心线,并做好护桩。 （二）、导沟开挖

在平行导槽方向放置两根沟槽定位型钢，规格为200mm×200mm，长约2.5m，在沟槽定位型钢上应根据设计桩距标出桩中心点定位标记，作为施工时初步确定桩位的依据。在垂直导槽方向上应放置两根定位型钢，按型钢尺寸做出型钢定位卡，防止型钢插入时不正，以保证型钢插入垂直度。在平行导槽方向放置两根定位型钢规格300mm×300mm，长约8～20m，在型钢上作出0.8米一个标记，便于施工中找桩位，H型钢定位卡具体形式如图所示。

定位型钢围护内边线（三）、钻机就位

根据确定的位置严格钻机桩架的移动就位,桩机移动结束后认真检查定位情况并及时纠正,移动桩机时发现障碍物应及时清除,就位误差不大于20mm。桩机应平稳,平正并应确保桩机的垂直度,必要时采取经纬仪进行垂直度复核,确保桩的垂直度及咬合尺寸满足设计要求.

开钻前应用水平尺将平台调平,并调直机架,确保机架垂直度不小于1%。并在成孔、提升过程中经常检查平台水平度和机架垂直度,确保成桩垂直度不小于1%。

0.5m-0.7m中心轴线0.325m围护内边线1.2m

导沟开挖示意图

沟槽开挖示意图

为控制钻管下钻深度达标,利用钻管和桩架相对错位原理,在钻管上划出钻孔深度的标尺线,严格控制下钻、提升的速度和深度。下钻、提升速度应与注浆泵的泵量相适应,同时不大于50cm/min。并至少复拌一次以上。 （四）、水泥土的配合比

由于不同水泥、不同土质、不同的配合比的水泥土力学指标差异较大,因而水泥和外掺剂的掺入量必须以现场土做试验,再确定其合理的配合比。水泥宜采用P32.5普通硅酸盐水泥,水泥掺入量为20%。水泥土在确保强度的同时,使H型钢尽量靠自重插入或略加外力能顺利插入,同时水泥浆液应有一定的稠度,防止H型到位后产生偏斜、平面转向。根据地质条件确定土体置换率,减小施工对环境的影响。水泥土与H型钢的所涂的隔离减阻剂有很好的握裹力,使之共同起挡土止水作用。型钢起拔后水泥土应能自立不坍,便于充填空隙。 （五）、搅拌注浆

根据设计所标深度,钻机在钻孔和提升全过程中,保持螺杆匀速转动,匀速下钻, 匀速提升,下沉速度不宜大于0.8m/min,提升速度不宜大于1.6m/min ,同时根据下钻和提升二种不同的速度,注入不同掺量的搅拌均匀的水泥浆液,使水泥土搅拌桩在初凝前达到充分搅拌,水泥与土能充分拌和,确保搅拌桩的质量。注浆压力宜控制在0.3～0.8Mpa.在桩底部分应适当持续搅拌注浆,时间不宜少于20s,应做好每次成桩的原始记录.搅拌下沉和提升速度应均匀,遇到障碍物要减速慢钻防止设备损坏.施工时因故停浆,应将搅拌机下沉到停奖点以下0.5m处,待恢复供浆时再喷浆搅拌提升.若停机超过三个小时,宜拆卸管路,并加以清洗。 （六）、H型钢焊接

由于每根H型钢长度为12m，基坑需要型钢深度为24m，所以要对H型钢进行现场焊接，H型钢采用打坡口用二保焊填充的方式进行焊接，经过探伤检测合格后方可使用。 （七）、H型钢的插入

H型钢在插入前必须将H型钢的定位设备准确地固定在导轨上,并校正设备的水平度。在水泥土初凝硬化之前,采用大型吊装机械将焊接定尺的H型钢吊起,插入指定位置,依靠H型钢的自重下插到设计规定深度。

插入H型钢时,必须采用测量经纬仪双向调整H型钢的垂直度。H型钢插入后进行换钩,再将H型钢固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上,直至孔内的水泥土

凝固。若H型钢在某施工区域确实无法依靠自重下插到位,可采用振动锤辅助到位。

（八）、清理沟槽内泥浆

由于水泥浆液的定量注入搅拌孔内和H型钢的插入,将有一部分水泥土被置换出沟槽内,采用挖机将沟槽内的水泥土清理出沟槽,保持沟槽沿边的整洁,确保下道工序的施工,被清理的水泥土将在18小时之后开始硬化,可随日后基坑开挖一起运出场地,不会产生泥浆污染。 （九）、H型钢拔出

在H型钢插入前,已在H型钢上涂上一层隔离减摩材料。隔离减摩材料早期应与水泥土有较好的粘接握裹力,提高复合作用,后期粘接握裹力降低或起拔时被剪切破坏,使起拔阻力降低,以利于H型钢的拔出。

型钢表面涂刷隔离剂,严禁出现少涂、涂料开裂剥落现象。H型钢在地下结构施工结束,并待结构混凝土达到一定强度后,采用专用机械从水泥土搅拌桩体中拔出。H型钢起拔时要垂直用力,不允许倾斜起拔或侧向撞击型钢。 （十）、观测点布置

在基坑开挖过程中及承台施工过程中，在基坑四周布置观测点观测基坑维护结构的水平位移、基坑倾斜位移。 1、水平垂直位移的量测

主要用于观测围护桩顶、地下管线及邻近建筑物的水平位移及沉降。 管线的测点、相邻建筑物布置测点应与有关管理部门商定。 2、测斜

主要目的是观测基坑开挖过程中围护墙身位移。在基坑四面围护桩内埋置测斜管。

3、地下水位的观测

布置坑外地下水位观测井，监测坑外地下水位的波动情况。坑内的水位观测井一般由降水。 （十一）、井点降水

土方开挖前要进行基坑降水，采用深井井点的降水方式，并应于开挖一周前进行；降水深度控制在坑底以下0.5m～1.0m，在基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位。具体井点布置如图所示。

主桥中墩深井降水布置图

主桥边墩深井降水布置图

六、SMW工法质量保证措施

1、SMW工法为水泥土搅拌桩内插入H型钢, 水泥土搅拌桩的施工采用三轴搅拌设备。

2、水泥土搅拌桩采用P32.5普通硅酸盐水泥, 水灰比1.5,水泥掺入比20%.外加剂木质素用量为水泥用量的0.2%.

3、为保证水泥土搅拌均匀,必须控制好钻具下沉及提升速度,钻机钻进搅拌速度一般在1m/min，提升搅拌速度一般在2m/min。施工时应保证水泥土能够充分搅拌混合均匀，并有利于型钢的顺利插入。提升速度不宜过快，避免孔壁塌方等现象。桩施工时，不得冲水下沉。相邻两桩施工间隔不得超过12个小时。 4、要求桩位偏差不大于±20mm,标高误差±100mm, 垂直度偏差不大于0.5%.H型钢穿过圈梁.定位误差应不大于±30mm,垂直偏差不宜大于1%。

5、围护桩内边线即为主体结构侧墙外边线（未考虑两侧施工误差各100）。桩位与设计图纸偏差以不得侵入结构限界为准。

6、H型钢在地下结构完成后予以回收,故在成桩及浇筑圈梁混凝土时应考虑相应回H型钢在地下结构完成后予以回收,故在成桩及浇筑圈梁混凝土时施工单位应考虑相应回收措施.在拔出H型钢的同时,对H型钢留下的缝隙用黄砂及时回填. 7、开挖以前，对围护桩须钻孔取芯，要求28天无侧限抗压强度qu应大于1.5MPa。 8、围檩和钢支撑及围护桩内的H型钢应有可靠连接。钢围檩与围护桩之间用快硬细石砼填实，待达到强度时，支撑才能施加预应力。 9、基坑土体开挖应在桩的强度达到100%设计强度后开始。 七、基坑支护结构计算书 （一）、工程概况

本工程P09#承台部分位于现状XX河河道内，基坑开挖深度最大为13m，为最不利工况，故本次计算选择P09#基坑进行验算。工程中采用厚度为0.85m的搅拌桩围护结构，桩长为24m，桩顶标高为3.6m，采用SMW工法，在搅拌桩中加型钢，型钢惯性矩为201000cm4，型钢间中心距为600mm 。计算时考虑地面超载20kPa。

q=201.5hw=0.4(淤泥)(粉土)H=136.58.5(粉质粘土)(粉土)D=11(粉质粘土)(粉质粘土)B=0.85(粉质粘土)搅拌桩

土层情况图

共设3道支撑，支撑一览表 中心标高（m） 1.5 -3.5 -5.5 （二）、地质条件

场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为2.6m。工程地质条件表

土层 层底标高(m) 充填土 淤泥 粉土 粉质粘土 粉土 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 （三）、工况 各工况具体情况表

1.8 -0.6 -2.3 -12.3 -14.4 -16.2 -21.4 -24.4 1.2 2.4 1.7 10 2.1 1.8 5.2 3 层厚(m) 重度(kN/m3) 19.5 19.3 19.5 19 20.1 18.7 19.8 19.7 0 19.7 30.2 10.3 29.9 12.5 17.1 15.5 0 17.5 14 13 16 27 24.25 42 0 7541.8 16620.8 2391.8 16490.2 4575 6563.2 7455 ?(?) c(kPa) m(kN/m4) 刚度（MN/m2） 129.07 129.07 129.07 预加轴力（kN/m）

工况编号 1 2 3 4 5 6 7 工况类型 开挖 加撑 开挖 加撑 开挖 加撑 开挖 深度(m) 2 1.5 7 6.5 9 8.5 13 支撑刚度 (MN/m2) 129.07 129.07 129.07 支撑编号 1 2 3 预加轴力 (kN/m) 工况简图如下：

21.576.5工况 1工况 2工况 3工况 498.513工况 5工况 6工况 7

工况简图

（四）、计算 1、支护结构计算

整体稳定验算OXY20(淤泥)13(粉质粘土)(粉土)11(粉质粘土)(粉质粘土)0.85安全系数 K=1.48 ,圆心 O( 3.15 , 0 )

墙底抗隆起验算200.4(淤泥)13(粉质粘土)(粉土)11(粉质粘土)(粉质粘土)Prandtl: K=2.79Terzaghi: K=3.21

200.4(淤泥)138.5m(粉质粘土)(粉土)11(粉质粘土)(粉质粘土)坑底抗隆起验算 K=2.01

抗倾覆验算(水土合算)201.56.58.50.4(淤泥)13O2548 17(粉质粘土)(粉土)(粉质粘土)(粉质粘土)11 19.7 4060.90.85 Kc=2.1

抗管涌验算:

按砂土，安全系数K=1.66 按粘土，安全系数K=2.611

包络图 (水土分算, 矩形荷载) 319.6kN/m200100-10-202000100000-1000-2000100050000-500-1000 374kN/m 383.9kN/m55510101015151520202025深度(m)25深度(m)25深度(m)

SMW工法支护是通过型钢来承受侧土压力的，上图为SMW支护开挖深度为13m，H型钢长度为24m时的弯矩包络图，此为最不利情况。型钢仍按受弯构件进行验算：

H型钢采用的型号是700*300*13*24 B=700mm H=300 t=24mm d=13mm

截面特性为 Iz=201490cm4 A=235.5 cm2 W=5757 cm3 S*=3763cm3 取纵向单位长度0.8m计算，型钢纵向间距为0.8m，故受力型钢个数为1.5个

正应力验算：σmax=M/W=1376/5757*1000＝159.76MPa < [σ]=215MPa 剪应力验算：τmax=Q×S*/I/d=159.9×3763/66455/1.3*10=80.9MPa < [τ]=125 MPa

所以型钢截面满足受力要求 2、横撑稳定性计算

本方案设计的横撑为混凝土和钢管支撑两种形式，钢管采用D600壁厚13mm钢管作为横向支撑，以下对仅对钢管进行稳定性计算。

受压稳定系数计算： 截面：600 ix：218.191 mm iy：218.191 mm

水平位移(mm)Max: 19.9弯矩(kN*m/m)-890.2 ~ 1376.4剪力(kN/m)-628.8 ~ 415.6

A：25198.7 mm 截面材性：Q235 绕X轴长细比为 91.6629 绕X轴截面为b类截面 绕Y轴长细比为 91.6629 绕Y轴截面为b类截面

按 GB 50017--2003 第132页注1 计算 算得绕X轴受压稳定系数 φx = 0.609973 算得绕Y轴受压稳定系数 φy = 0.609973 强度验算：

轴压力 N = 383.9 KN

由最大板厚 13 mm 得截面抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa 计算得强度应力为 15.2349 MPa 满足! 稳定验算：

计算得绕X轴稳定应力为 24.9764 MPa 满足! 计算得绕Y轴稳定应力为 24.9764 MPa 满足! 局部稳定验算：

外径与壁厚之比为 48.4615 满足!(GB50017--2003 第59页 5.4.5)