复杂地质条件下，SMW工法桩成桩质量的研究

复杂地质条件下，SMW工法桩成桩质量的研究

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1.2.3中国建筑第八工程局有限公司华南分公司广东广州510000

摘要：灵山岛尖九年一贯制学校项目位于粤港澳大湾区的核心地带，场地为冲击平原，东北侧基坑位置存在水塘，基坑东侧距离市政道路较近，软基处理采用SMW工法桩，并打设一道锚索。我司作为施工总承包单位，对软土地基下的SMW工法桩施工质量控制经验进行总结，为今后类似SMW工法桩设计和施工提供参考。

关键词：三轴搅拌桩质量

1.工程概况

灵山岛尖九年一贯制学校由六栋单体建筑组成，采用框架结构，局部设一层地下室。基坑开挖深度2.0~4.7m，基坑东侧临近市政道路，基坑支护采用SMW工法桩，数量为190根。本工程搅拌桩采用直径为850mm的三轴搅拌桩，桩间搭接长度取250mm，搅拌桩水泥掺量不小于20%，桩身强度以28天无侧限抗压强度值qu不小于0.5MPa为准。水泥选用42.5R硅酸盐水泥，水灰比控制在1.0~1.2之间。本工程H型钢规格为宽300，高700，腹板厚度13，翼板厚度24，连接方式为焊接。

本工程为EPC施工项目，我司作为工程总承包单位，基坑支护工程由指定专业分包进行施工。我司中标进场后，针对软土地基地质条件下的搅拌桩施工过程中出现的问题，及时进行研究分析，制定改进措施，保证了之后的SMW工法桩的成桩质量。

2.场地岩土工程地质条件

本工程原始场地为冲击平原，地址附近地势较为平坦。根据野外钻探编录，并结合原位测试及室内试验资料，按照土层成因、土层状态、岩土性划分，场区岩土层自上而下可分为4层：第1层为第四系人工填土层；第2层为第四系冲积层；第三层为第四系残坡积层；第4层为燕山期花岗岩。场地内土质均匀性较差，土层厚度变化较大，基坑区域淤泥质土平均厚度大于5米。

3.施工流程与施工工艺

（1）施工流程

本工程SMW工法桩选用3轴搅拌桩，具体施工流程如下图所示：

（2）施工顺序：

SMW工法桩桩施工顺序示意图如下：

（3）施工准备：

（1）施工前，需对搅拌桩机施工区域换填800mm厚砖渣后平整、压实，使路基具有足够的承载力以保持桩机的平稳性，且应提前清障以保证三轴搅拌桩机行进路线通畅。

（2）根据基坑支护桩控制线，现场使用挖掘机开挖导槽，导槽尺寸为1.2米*1.0米，导槽既可以起到施工导向的作用，又可以临时堆放置换出来的残土和泥浆，还可以在导槽开挖后设置定位型钢。现场施工过程中，导槽开挖跟随搅拌桩施工进度，无需超前开挖。桩机施工时，应保证涌土不外溢，及时处理挖出的余土和废浆液，维护好现场文明施工。

（3）根据基坑支护工程设计图纸，进行SMW工法桩中线放样（综合考虑设计要求和现场地质条件等因素，SMW桩中心线应适当外放），并做好永久及临时标志。放样确定中心线位置后后用尺量复核，确认无误后设置临时控制桩，填写技术复核单并组织验收。

（4）桩机选择

基坑出土到设计标高后，由于场地限制，基坑东侧内外存在5米左右高差，且与市政道路间距较小，为保障水泥土搅拌桩的连续性和完整性，同时最大程度降低安全隐患，本工程选择三轴搅拌装机作为SMW水泥土搅拌桩施工设备。与仅能进行机械搅拌的二轴搅拌机相比，三轴搅拌桩机使用了高压气流辅助搅拌技术。虽然使用三轴搅拌桩机后水泥用量会增大，经济效益也会有所下降，但由于其利用气体的扬升置换作用，使得水泥土的搅拌更加充分，既有效的提高墙体的均匀性，桩身强度也可以得到了成倍的提升。

4.施工过程控制要点

任何一个分部分项工程的施工过程，都是由人员、材料、机械、施工方法和环境保护等施工要素组成的。施工质量和各项指标也与这几个方面额的因素紧密相关。而水泥土搅拌桩的成桩质量更是需要各个施工环节之间相互协调、配合，任何一个环节出现问题，就有很大的可能会导致水泥土搅拌不均匀、水泥掺入比不符合要求，甚至是发生断桩的情况。所以要提高、保障SMW工法桩的成桩质量，必须从机械、材料、操作和管理等方面全方位的加以有效的管控，只有加强管理与监督，严格把关每一个施工环节，提高施工人员的技术水平与质量意识，才是最为有效的途径。

1）健全质量管控体系

a、施工前编制专项施工方案并开展技术交底会，向管理人员和施工班组明确技术参数、施工工艺和管控要点。

b、施工现场设置责任工程师（施工员或质量员）专项负责SMW工法桩施工，主要职责如下：

①复核各项桩位等设计信息、现场试验检测水灰比等技术指标；

②桩机移位、提升等操作指令，均应在责任工程师现场确认无误下达；③桩机就位后及开钻前，检查桩机平稳度、复核桩架的水平度和垂直度。在确认无误后，才可下达同意施工的命令。

④施工过程中，定期对水泥浆液的搅拌操作和搅拌桩机操作的规范性进行检查。

2）水泥及水泥浆控制

a、本工程水泥由专业分包自供，但水泥进场前，必须由业主、监理及我司（总承包单位）确认水泥厂家资质，合格后方可进场使用。水泥进场时，必须经监理、总承包单位及分包单位三方联合验收，检查其质保书、检验单，并核查进场数量，达到标准方能入场。

b、罐装水泥进场后，应妥善保存，保持水泥罐基础干燥，做到严格密封、防治变质、不能混用。

c、水泥浆液的配置应严格按设计要求，注意控制水灰比和搅拌时间，控制注浆压力和注浆速度。为保证水泥浆液质量，防止灰浆离析，灰浆倒入集料斗前必须先搅拌30秒，然后才能开始注浆。

3）下钻、提升及注浆控制

本工程三轴搅拌桩施工采用四搅二喷施工工艺，具体施工流程如图2，喷浆预拌至设计深度，叶片搅拌下沉时，下搅速度不得大于0.8m/min，下搅时旋转速度不大于60r/min。叶片搅拌上提时，上提速度不得大于0.8m/min，复搅时下沉后上提0.6m/min，以便喷浆均匀、密实，防止水泥浆上涌。压浆阶段既不允许出现断浆现象，也要避免出现输浆管道堵塞的情况。全桩须均匀注浆，不得出现夹心层。一旦发生管道堵塞，应立即停泵处理，处理结束后，应立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后再注浆，停顿10～20秒恢复向上提升搅拌，以防断桩。

图2施工流程图

4）桩架平稳度控制

本工程由于特殊的地质环境——软土地质，保持桩架平稳度是控制搅拌桩成桩质量的一大重难点。在桩机入场施工前，由土方单位对软弱表层土进行800mm后砖渣换填，并使用挖机平整、压实。考虑到三轴搅拌桩机的重量较大，基坑东侧SMW工法桩施工区域换填砖渣做加厚处理，必要时在桩机底部加铺钢板，以增加桩机的平稳度。在施工过程中，另安排挖机配合桩机移位并铺设钢板。

5）垂直度控制

水泥搅拌桩施工前根据围护结构厚度使用挖掘机开挖导向基槽，导向定位型钢铺设在导向基槽的两侧，局部无法铺设的位置采用定位辅助线，按设计要求在导向定位型钢或定位辅助线上标出钻孔位置和H型钢的插入位置。将一在桩架上焊接直径为10cm的铁环，约10米位置悬挂一铅锤，用全站仪校直钻杆垂直度，使铅锤位于铁环中心位置。桩机就位后，先调整桩机水平度并对中钻杆，每次开钻前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈中心位置，确保把钻杆垂直度偏差控制在0.3%以内。同时确保桩机的移动严格根据已标定好的的位置，桩位与设计图纸偏差以不得侵入限界为准并小于±3cm。在施工过程中，应经常检查平台水平度和机架垂直度，避免因振动造成桩身垂直度偏差加大，确保将成桩垂直度偏差始终控制在0.3%（较设计垂直度偏差允许值适当缩小）内。

6）H型钢质量控制

a、H型钢制作

水泥搅拌桩支护墙体的挡土挡水能力是依靠桩身的强度和刚度实现的，而SMW工法正是通过在水泥土中插入H型钢来提升桩身强度和刚度，进而增强墙体的支护止水功能。H型钢作为基坑支护结构的一个组成部分，在基坑工程施工完成后，必须全部拔出并回收。因此，型钢进场前必须经过验收。凡是存在弯曲、局部破损、断裂等明显质量缺陷的型钢，均不得在工程中使用。型钢焊接前，必须确保对接部位平整，固结型钢在加工基座上，然后将型钢的对接部位用氧焊破口焊接。在焊接过程中，必须确保焊缝饱满、光滑且无夹渣，高出型钢面的部分须打磨掉。

b、H型钢减磨

SMW工法桩施工过程中，H型钢的插入和顶拔是相当关键的两道工序。而这两道工序的顺利进行，主要是通过H型钢的减磨来实现的。H型钢的减磨，一般是指在型钢表面涂刷减磨剂。涂刷减磨剂应避免在阴雨天进行，涂刷须在型钢表面均匀满涂2遍，涂刷厚度控制在3mm左右，且在减磨剂涂刷完1小时内不得使用。涂刷减磨剂应注意以下几点：

①清除表面的油污、尘土和铁锈；

②涂刷前应用热熔法将减磨剂完全熔化，用搅棒搅拌至感觉受力均匀之后方可使用，否则减磨剂涂层容易剥落；

③涂刷减磨剂应避免在阴雨天气进行，如因降雨导致型钢表面潮湿，应先将水渍擦干，然后采用加热法或待型钢自然干燥后方可涂刷减磨剂，否则减磨剂涂层容易剥落；

④涂刷完减磨剂后，若出现减磨剂剥落或磨损现象，应及时重新涂刷。

c、H型钢插入

H型钢就位后，通过桩机定位装置控制，将型钢依靠其自重插入搅拌桩内。若仅依靠自重，型钢无法完全下插到设计标高，应用送桩锤将型钢送到设计标高。型钢插入过程中，不得忽视垂直度控制，不得碰撞导槽两边的定位型钢。同时，不得频繁上下抽动型钢，避免减磨剂被磨损。

H型钢插入控制要点：

①起吊前，在型钢顶端200mm处开一中心圆孔，孔径约100mm，装好吊具和固定钩，根据高程控制点及现场定位型钢标高选择合理的吊筋长度及焊接点，控制型钢顶标高误差小于50mm。

②起吊中，保证型钢不变形；

③在导槽定位型钢上设置H型钢定位装置（其边扣用橡胶皮包裹）并固定牢固，保证型钢准确插入的正确平面位置；

④型钢插入过程中，使用经纬仪或线锤控制型钢插入垂直度，应随时微调型钢的插入角度，保证水平误差和垂直误差在设计允许范围内；

⑤若型钢插放达不到设计标高，则应将型钢缓慢提升到一定高度，然后重复下插至设计标高，下插过程中始终严控H型钢垂直度；

⑥另外注意保持型钢高出桩顶标高不少于500mm。

5、结语

以上是对复杂地质条件下，SMW工法桩成桩质量的研究和经验总结，可以看出SMW工法桩的成桩质量和每一个施工环节都息息相关，如果忽视任何一个环节，都有可能导致桩身质量问题的出现，甚至是质量事故、安全事故的发生。因此，在施工过程中，必须怀着一颗敬畏的心，要重视每一道施工工序，严控每一道工序的施工质量，万万不能掉以轻心。随着时代的发展，工程技术也在不断取得新的突破，我们应该在施工现场用我们丰富的经验和先进的技术结合起来去解决不断出现的问题。反之也应在现场不断总结经验，将现场解决问题的方法转化施工技术，将智慧转化为生产力，为建设国家贡献更大的力量。

参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；

[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

[3]《建筑边坡规程技术规程》（GB50330-2013）。