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1、 长春工程学院基坑工程第第 8 8 章章 型钢水泥土搅拌墙型钢水泥土搅拌墙导论： 型钢水泥土搅拌墙如图8-1所示，通常称为SMW工法(Soil Mixed Wall)，是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土隔水结构。即利用三轴搅拌桩钻机在原地层中切削土体，同时钻机前端低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌形成隔水性较高的水泥土柱列式挡墙，在水泥土浆液尚未硬化前插入型钢的一种地下工程施工技术。CONTENTS主要内容主要内容型钢水泥土搅拌墙的特点及适用条件8.1型钢水泥土搅拌墙设计8.2型钢水泥土搅拌墙施工8.38.1 型钢水泥土搅拌墙的特点及适用条件 型钢水泥土搅拌墙与钻孔灌
2、注桩排桩相比，具有下面几方面的不同。 型钢水泥土搅拌墙的材料，一种是力学特性复杂的水泥土，一种是近似线弹性材料的型钢，二者相互作用，工作机理非常复杂。 从经济角度考虑，H型钢在支护结构施工完成后，部分基坑工程可以将H型钢从水泥土搅拌桩中拔出回收利用。从变形控制的角度看，H型钢可以通过跳插、密插调整围护体刚度。 在地下水水位较高的软土地区钻孔灌注桩围护结构尚需在外侧施工一排隔水帷幕，而型钢轴水泥土搅拌桩可兼作隔水帷幕，造价一般相对于钻孔灌注桩要经济。8.1.1 型钢水泥土搅拌墙的特点8.1 型钢水泥土搅拌墙的特点及适用条件 与其他围护形式相比，型钢水泥土搅拌墙还具有以下特点：对周围环境影响小；防
3、渗性能好；环保节能；适用土层范围广；工期短，投资省。8.1.2型钢水泥土搅拌墙的适用条件 型钢水泥土搅拌墙以水泥土搅拌桩为基础，凡是能够施工三轴水泥土搅拌桩的场地都可以考虑使用该工法。从黏性土到砂性土，从软弱的淤泥和淤泥质土到较硬、较密实的砂性土，甚至在含有砂卵石的地层中经过适当的处理都能够进行施工，适用土质范围较广。 在实际工程中， 基坑围护设计方案选用型钢水泥土搅拌墙主要考虑基坑的开挖深度、基坑周边环境条件、场地土层条件、基坑规模等因素，还与基坑内支撑的设置也密切相关。8.1 型钢水泥土搅拌墙的特点及适用条件8.1.3型钢水泥土搅拌墙在工程应用中存在的问题 型钢水泥土搅拌墙主要应用于沿海软
4、土地区，并积累了一定的经验。在其它地区特别是在内地硬土地区应用较少。 由于对型钢水泥土搅拌墙研究重视不够，缺乏有效的科研投入，在一定程度上制约了其工程应用。 型钢水泥土搅拌墙设计计算理论还有待进一步完善，特别是在搅拌桩和型钢协同工作方面。 对型钢水泥土搅拌墙的一些设计施工参数还没有统一的标准，如搅拌桩的水泥用量、水灰比等问题。因此，施工单位经常凭经验施工，施工质量难以保证。8.1 型钢水泥土搅拌墙的特点及适用条件 工程中对搅拌桩强度的争议比较大，各种规范和手册的要求也不统一。 在水泥土搅拌桩的强度检测中，多种方法都存在不同程度的缺陷。因此，亟待对水泥土搅拌桩的强度检测方法进行系统研究，制定一种
5、简单、可靠、可操作的搅拌桩强度检测方法。 搅拌桩的施工工艺有待进一步完善，施工机械有待进一步改进。8.2 型钢水泥土搅拌墙设计 型钢的设计计算主要是型钢平面形式的确定和型钢的入土深度，平面形式包括型钢的布设方式、间距、型钢的截面尺寸等参数。水泥土搅拌桩的设计计算主要是通过抗渗流和抗管涌验算确定搅拌桩的入土深度。 1. 型钢、水泥土搅拌桩入土深度的确定（1）H型钢入土深度的确定 型钢的入土深度DH主要由基坑整体稳定性、抗隆起稳定性和抗滑移稳定性综合确定。8.2.1 设计参数的确定8.2 型钢水泥土搅拌墙设计（2）水泥土搅拌桩入土深度的确定 水泥土搅拌桩的入土深度DC主要由坑内降水不影响到基坑以外
6、周边环境的水力条件决定，防止基坑内降水引起渗流、管涌发生，同时应满足DCDH 。2. 型钢水泥土搅拌墙截面设计 型钢水泥土搅拌墙截面设计主要是确定型钢截面和型钢间距。（1）型钢截面 型钢截面的选择由型钢的强度验算确定，包括型钢的抗弯及抗剪强度。 抗弯验算：fWMk025. 18.2 型钢水泥土搅拌墙设计 抗剪验算：（2）型钢的间距 型钢水泥土搅拌墙中的型钢是按一定的间距插入水泥土中，这样相邻型钢之间便形成了一个非加筋区。型钢的间距越大，加筋区和非加筋区交界面上所承受的剪力就越大。因此，应该对型钢水泥土搅拌墙中型钢与水泥土搅拌桩的交界面进行局部承载力验算，确定合理的型钢间距。vftISQwk02
7、5. 18.2 型钢水泥土搅拌墙设计 型钢水泥土搅拌墙应该满足水泥土搅拌桩桩身局部抗剪承载力的要求。 当型钢隔孔设置时，按下式验算型钢和水泥之间的错动剪切承载力： 当型钢隔孔设置时，按下式对水泥土搅拌桩进行最薄弱断面的局部抗剪验算：1e10125. 1dQ21k1LqQ 6 . 1ck2e20225. 1dQ222qLQ 8.2 型钢水泥土搅拌墙设计1.型钢拔出影响因素 影响型钢拔出的主要因素有两点：一是型钢与水泥土之间的摩擦阻力；另一点是由于基坑开挖造成的型钢水泥土搅拌墙变形致使型钢产生弯曲，从而在拔出时产生的变形阻力。2.型钢拔出作用机理 一般认为，若不考虑减摩剂的影响，型钢与水泥土之间的
8、界面粘结作用由三部分组成：水泥土中水泥胶体与型钢表面的化学胶结力，型钢与水泥土接触面上的摩擦阻力，型钢表面粗糙不平的机械咬合力。8.2.2 内插型钢拔出验算8.2 型钢水泥土搅拌墙设计1.型钢与冠梁的连接节点 型钢水泥土搅拌墙的顶部，应设置封闭的钢筋混凝土冠梁。冠梁在板式支护体系中对提高围护体系的整体性，并使围护桩和支撑体系形成共同受力的稳定结构体系具有重要作用。 基坑围护设计时，一般对于冠梁及冠梁与型钢连接节点的构造要求如下： 冠梁截面高度不小于600mm。当搅拌桩直径为650mm时，冠梁的截面宽度不应小于1000mm；当搅拌桩直径为850mm时，冠梁的截面宽度不应小于1200mm；当搅拌桩
9、直径为1000mm时，冠梁的截面宽度不应小于1300mm。8.2.3 型钢水泥土搅拌墙构造设计8.2 型钢水泥土搅拌墙设计 冠梁的主筋应避开型钢设置。为便于型钢拔除，型钢顶部要高出冠梁顶面一定高度，一般不宜小于500mm，型钢与围檩间的隔离材料应采用不易压缩的硬质材料。 冠梁的箍筋宜采用四肢箍筋，直径不应小于?8，间距不应大于200mm。在支撑节点位置，箍筋宜适当加密，由于内插型钢而未能设置的箍筋应在相邻区域内补足面积，如图所示。8.2 型钢水泥土搅拌墙设计2.型钢与腰梁及支撑的连接节点 在型钢水泥土搅拌墙基坑支护体系中，支撑与腰梁的连接、腰梁与型钢的连接以及钢腰梁的拼接，特别是腰梁与型钢的连
10、接和钢腰梁的拼接对于整个腰梁支撑体系的整体性非常重要。型钢水泥土搅拌墙围护体系中，腰梁可以采用钢筋混凝土腰梁，也可以采用钢腰梁，腰梁与型钢的连接构造如图所示。8.2 型钢水泥土搅拌墙设计3. 型钢水泥土搅拌墙转角加强措施 为保证转角处型钢水泥土搅拌墙的成桩质量和截水效果，在转角处宜采用“十”字接头的形式，即在接头处两边都多打半幅桩。为保证型钢水泥土搅拌墙转角处的刚度，宜在转角处增设一根斜插型钢，如图所示。8.2 型钢水泥土搅拌墙设计4.型钢水泥土搅拌墙截水封闭措施 当型钢水泥土搅拌墙遇地下连续墙或灌注排桩等围护结构需断开时，或者在型钢水泥土搅拌墙的施工过程中出现冷缝时，一般可以采用旋喷桩封闭，
11、以保证围护结构整体的截水效果，如图所示。8.3 型钢水泥土搅拌墙施工型钢水泥土搅拌墙的施工工艺是由三轴钻孔搅拌机，将一定深度范围内的地基土和由钻头处喷出的水泥浆液、压缩空气进行原位均匀搅拌，在各施工单元间采取套接一孔法施工，然后在水泥土未结硬之前插入H型钢，形成一道有一定强度和刚度，连续完整的地下连续复合挡土截水结构。其施工工艺流程图如图所示。8.3.1 型钢水泥土搅拌墙施工工艺8.3 型钢水泥土搅拌墙施工8.3.2 型钢水泥土搅拌墙施工设备 搅拌桩施工机械在我国的发展：三个阶段 三轴水泥土搅拌桩施工机械：型钢水泥土搅拌墙施工应根据地质条件、作业环境与成桩深度选用不同形式或不同功率的三轴搅拌机，配套桩架的性能参数必须与三轴搅拌机的成桩深度和提升能力相匹配。型钢水泥土搅拌墙标准施工配置见表。