SMW工法桩施工质量控制要点分析

[摘 要]随着建筑业的快速发展，不断出现大量精深项目，同时对深基坑支护工程的要求越来越高。单从成本方面来说SMW工法桩对比地连墙和排桩支护加隔水帷幕作为围护结构有着不可比拟的优势。当然，其施工质量的好坏也直接影响着围护结构的安全性，必须重点关注。本文以某试验厂房项目深基坑SMW工法桩支护为例重点对工法桩施工质量控制要点进行深入分析。

[关键词] SMW工法桩 施工 质量控制 分析

1工程概述

某试验厂房项目占地面积6150㎡，总建筑面积为7800㎡，试验厂房长度为168m，宽度为36m，高度为15.2m。其内部构筑物为钢筋混凝土水池，水池长度为106m，宽度为15m，深水区深度为11.2m，浅水区深度为7.2m，水池四周为两层和三层地下辅房。上部厂房为单层钢结构，最大跨度为34.4m，厂房屋面和墙面为0.6mm厚镀铝锌压型彩钢板。项目基坑面积约为8557㎡，基坑周长约450m，基坑分为深水区及浅水区两个部分，基坑安全等级为一级（浅水区为二级），深水区开挖深度为12.54m，浅水区开挖深度为8.33m。

2支护设计方案

本工程浅水区基坑边坡采用土钉墙的支护方式，深水区基坑支护采用放坡+SMW工法桩+钢筋混凝土围檩的支撑方式。围护桩采用φ850@600mm三轴搅拌桩，东侧桩长为15m，西侧桩长为18m，搅拌桩内插700×300×13×24mmH型钢，型钢布置形式为插二跳一。钢筋混凝土围檩尺寸为900×1200mm，混凝土强度等级为C30，水平支撑为φ609×16mm钢管支撑，材质为Q355B，钢支撑通过立柱桩上斜向支撑进行固定与两侧混凝土围檩对撑，主撑之间系杆为400×400×13×21mmH型钢两端通过圆弧钢板焊接在钢管撑上。下部设置1道换撑，材料规格同水平钢支撑，施工过程中固定在水池池壁结构池壁上。水平钢支撑与结构连接之前必须加设预应力，主撑预应力为450KN，换撑预应力为200 KN。

水泥土搅拌桩水灰比为1.5，水泥掺量为20%，其28天桩身无侧向抗压强度不小于0.8MPa。

图1 深水区基坑支护剖面图

3施工工艺流程

3.1施工准备

3.1.1划分施工区段

本项目共计124副SMW工法桩，根据设计要求并结合现场实际状况，投入1台JB160型三轴搅拌桩机进行施工。计划分为2个施工区段施工，即先施工东侧60副，再施工西侧64副。

3.1.2场地平整

按照设计要求将施工场地平整至-0.3m标高，清除施工区域混凝土残渣和地面障碍物及建筑垃圾等，以满足桩机站位和汽车吊行驶的要求。

3.1.2确定施工顺序

SMW工法桩的搭接以及施工设备的垂直度是依靠重复套打来实现，以保证桩墙的连续性和接头的施工质量，以达到止水的作用。常见施工方式有跳打式和单侧挤压式以及先行钻孔套打式，具体采用那种施工顺序必须结合地勘报告进行判断和选择。本工程SMW工法桩采用间隔跳打的方式进行施工。

图2 SMW工法桩跳打式施工顺序

3.2工艺流程

SMW工法桩施工流程为:测量放线→桩机就位→导沟开挖→定位型钢的放置→桩基垂直度校正→桩长控制标记→制备水泥浆→搅拌喷浆下沉→喷浆、搅拌提升→型钢减摩措施→插入型钢→桩机移位→下一副桩施工。

结构施工完成→土方回填→拔出型钢→桩孔注水泥砂浆。

3.2.1测量放线

根据建设单位提供的水准控制点严格按照设计图纸和测量规范要求进行桩位测量和放线工作，并采用木桩或者钢筋作好标记，搅拌桩定位偏差不应大于50mm。定位放线完成后及时报监理进行验收和复核。

3.2.2开挖沟槽

SMW工法桩施工前必须先清除施工区域杂填土和浅层的地下障碍物，同时采用挖机开挖出1.2米宽沟槽，深度宜为1~1.5m。施工前还应在沟槽上放置定位型钢框，定位型钢采用H型钢或者槽钢焊接加工而成，长度为2.5m。

3.2.3设置定位线、分幅

根据设计轴线定位坐标放出定位线拉设出三轴搅拌桩外轮廓线和搅拌桩中心线，并按照20~30m间距进行分段分幅，同时在导沟外侧拉设钢丝绳上采用红色线绳在对应搅拌桩中心线位置进行分幅标记，施工时即可根据钢丝绳上标记进行定位，桩位分幅布置的偏差不得大于20mm。

Ф850@600mm三轴搅拌桩相邻两轴中心间距为600mm，套接一孔施工后桩即为间距为1.2m，根据这个尺寸在导向定位线上按照1.2m的间距划线分幅，并贴上分幅标记。

图3开挖导向沟槽                图4 搅拌桩分副标记

3.2.4桩机就位

桩机行驶区域路面必须满足平整、坚实要求，平整度偏差不得超过50mm，局部不能满足要求时可以铺设钢板。桩机就位以后作业人员应当及时对桩机进行校正和复核确保钻机导向架的垂直度满足施工要求，桩机导向架的垂直度偏差应小于1/250，经过检查和验收合格后方可进行钻孔作业。

3.2.5制备水泥浆液

按照设计图纸要求水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，结合现场实际可以添加适量膨润土，用量宜为8Kg/m³。水泥浆水灰比为1.5，搅拌桩28天无侧限抗压强度标准值不小于0.8MPa。

依靠设备在施工现场设置水泥浆造浆区域，结合施工设备要求设置相关信息铭牌，并明确水泥、水以及膨润土用量。提前对浆液制备作业人员做好安全技术交底，浆液制备前对拌浆工作人员做好交底工作，使用水泥应有可靠的计量，拌制水泥浆时间应≥2分钟，随拌随用。

施工过程中超过两个小时以上的水泥浆液不得使用，应作为废浆处理。

3.2.6成桩和注浆

桩机定位后启动钻杆使钻头下沉开始切割土体，同时钻杆进行喷浆、喷气使搅拌桩区域土体逐渐成孔，当施工至设计桩底标高后重复搅拌注浆，随后提升钻杆，并持续注入水泥浆液。

根据设计图纸要求三轴搅拌桩机钻杆下沉速度为每分钟0.5~1.0m，搅拌提升速度为每分钟1.0~2.0m以内，搅拌过程中保持匀速下沉和匀速提升。搅拌桩注浆成桩后桩位偏差应小于50mm。

3.2.7型钢加工焊接

H型钢由专业分包单位负责租赁并使用，型钢材质为Q355B。焊接H型钢焊缝质量应符合设计要求和《焊接H型钢》YB3301-2005相关要求。

H型钢制进场后型钢端部0.2m处预留中心圆孔，孔径为50mm，以便于满足型钢的吊装需要。

H型钢宜采用整根型材，当无法避免需要焊接时必须采用对接坡口焊接，坡口尺寸不应小于钢板厚度的1/2，其焊缝质量等级不应低于二级。单根型钢焊接接头不宜超过2个，接头位置必须避免开挖面附近或者型钢受力较大处。相邻型钢的接头位置应错开，错开距离不宜小于2.0m。

H型钢材质宜为Q355B，其规格、尺寸按照现行国家相关标准要求执行。

图5 型钢焊接作业               图6 型钢涂刷减摩剂

3.2.8涂刷减摩剂

为了方便后续型钢的回收，在型钢插入搅拌桩前，H型钢表面必须涂刷减摩剂，现场使用的减摩剂必须满足绿色环保的安全。施工过程中必须严格控制减摩剂的涂刷质量，要求如下：

（1）涂刷之前必须先清理干净型钢表面铁锈和污垢，型钢表面必须在干燥条件下涂刷减摩剂。

（2）减摩剂应采用电加热的施工方法，严禁采用明火热熔的方式，涂抹厚度要均匀，必须确保不易脱落，其涂抹厚度不应小于1.0mm，减摩剂的用量为0.8Kg/m2。

（3）如遇阴雨天气，必须及时将型钢表面水分擦干，严禁在潮湿H型钢表面直接涂刷减摩剂。

（4）如果H型钢存在锈迹时，必须将锈迹清理干净后以方可涂刷减摩剂。

（5）H型钢涂刷减摩剂后发现存在开裂和起皮现象时，必须将开裂和皮部分清理干净后重新涂刷。

（6）浇筑钢筋混凝土围檩时，围檩中埋设的部分H型钢必须采用软质泡沫塑料板进行包裹，使H型钢与混凝土之间存在间隙方便于型钢拔除。

3.2.9插入型钢

H型钢应在搅拌桩施工完成后30分钟内插入，插入前必须检查型钢直线度、接头焊缝质量，型钢插入时应依靠自重插入，当插入有困难时可以采用液压振动机械进行辅助插入，型钢下沉过程中纵横方向采用2台经纬仪控制其型钢垂直度。垂直度其偏差不得大于1/200，本工程型钢布置形式为插二跳一，采用25吨汽车吊进行吊装作业。

3.3.10型钢的拔除和回收

水池结构施工完成和土方回填密实后方可拔除H型钢，型钢拔除采用液压打拔机，从一边向另一边逐根拔除并集中堆放和回收，H型钢拔除后立即采用1:1水泥砂浆或细石混凝土对空隙进行填塞。

4 质量控制要点

4.1 试桩施工

对于SMW工法桩正式施工之前应进行试成孔，根据地质勘察报告，试成孔应选择具有代表性位置，一般不宜为正式桩，不少于3根。试成孔可以为工程提高可靠的工艺参数并为正式施工提供有力依据。

4.2 原材料质量控制

进场水泥必须有齐全完整的质保证书和合格证，并根据进场时间和批量进行见证取样和送检，检测合格后方可使用。

由于本工程设计使用H型钢长度为15m和18m不便于运输，必须在施工现场进行焊接接长，H型钢焊接质量必须满足《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81相关规定，其焊缝等级不应低于二级，单根型钢焊接接头不得超过2个，焊接完成并按规范要求对焊缝进行探伤检测合格之后方可使用。

4.3 水灰比控制

SMW工法桩施工过程拌制的水泥浆，必须常态化检查水灰比，水灰比可通过水泥浆比重进行检查。

泥浆比重公式=1+（1/水灰比×3+1）×2=1.364（水灰比1.5）。

通过泥浆比重仪进行检查，每工作台班检查不少于3次，并做好记录。

图7 制浆计量仪器                  图8 泥浆比重检查

4.4水泥浆量控制

SMW工法桩施工过程中值班人员必须重点检查其每副桩水泥浆用量，施工过程中通过中记录每副桩开始与结束时间，并核对后台每副桩浆液输送量。

φ850mm桩单幅桩水泥用量M1=单幅桩面积s×桩长×1.9×水泥掺量=1.031×18×1.9×20%=3.5吨。（土体密度1.9t/m³）

根据水灰比1.5可以算出单幅桩水用量M2=1.5×3.5=5.25吨。

单幅桩水泥浆量为V=（M1+M2）/泥浆比重=（3.5+5.25）/1.364=6415L。

4.5垂直度控制

SMW工法桩垂直度的控制主要分为2个方面，第一个方面，打桩机钻杆必须垂直才能确保成孔的垂直度，可在钻机上焊接φ50mm钢筋圆环，并在上方10m高处设置悬挂锥形吊锤，再通过使用经纬仪观测钻杆垂直度，使吊锤始终在圆环内即可直观的判断钻杆垂直度。第二个方面是内插H型钢垂直度的控制，主要通过观察水泥浆的凝固情况来控制，可以适当延长型钢插入时间，采用液压打拔机将型钢插入，插入过程使用经纬仪观测其垂直度。

图9 桩机垂直度控制1             图10 桩机垂直度控制2

4.6钻芯取样检测

SMW工法桩必须经过养护28天后方可进行后续工作，同时，还必须对其进行钻芯取样检测，取样数量不少于总桩数2%，且不少于3根，重点检验其无侧向抗压强度是否满足设计要求，钻孔取芯完成后空隙采用水泥浆进行填充。

图11 SMW工法桩钻芯取样           图12 钻芯取样检测成果

5注意事项

SMW工法桩施工过程中，如遇较浅地下障碍物可采用开挖的处理方式，对于埋深较深的地下障碍物，可以采用清障引孔的方式处理，当经现场核对无法清除时，可以采用补桩措施，补桩要求同原设计桩。

H型钢在焊接过程中其接头位置必须避开支撑位置或者开挖面上下2.0m范围以内，相邻的型钢接头竖向位置应相互错开，错开距离不小于1.0m，且型钢接头距离基坑面不应小于2.0m。

搭接施工的相邻搅拌桩的间歇时间不得超过24小时，如果因特殊原因出现施工缝时，应经设计确认后采取补强处理措施。

对于存在空孔段的SMW工法桩施工时，H型钢插入时垂直度不易控制，可以采用角钢制作导向架进行控制H型钢的下沉，也可以根据插入时间来控制，下沉时间不宜过早也不宜过晚，再结合送桩器进行控制型钢垂直度。

若在施工过程中发生桩位倾斜现象，则应立即重新定位和校正桩机，无法调整时可以根据需要在外侧采取补桩措施。

如果在基坑开挖时出现SMW工法桩止水帷幕存在断桩、开叉等现象，可以采用在基坑外侧注浆封堵，也可以采用高压旋喷桩进行止水封闭。

水泥土强度检测也可以采用制作70.7mm立方体试块的方式，可以根据每工作台班施工情况制作水泥土试块，经过养护28天后进行强度检测。

6结束语

SMW工法桩是常见的深基坑支护方式，具有构造简单，施工工期短、造价低廉，环境污染小等特点，尤其良好的止水效果更是值得推广。对于深基坑围护工程来说，SMW工法桩其工质量的好坏对后续工作的推进影响巨大，更是直接影响深基坑工程施工安全。SMW工法桩施工质量主要受人为的因素较多，其施工质量控制要点主要有施工前试成桩、原材料、水灰比、垂直度、水泥浆量等几个方面，因此，在施工过程只要我们严格按照设计图纸和验收规范要求严格把控施工质量控制关键点，其施工质量目标即可顺利实现。

参考文献：

[1]刘曜华SMW工法桩在基坑支护中的应用 建材与装饰 2014.02

[2]型钢水泥土搅拌墙技术规程 JGJ/T199-2010

[3]建筑施工手册 第五版 北京：中国建筑工业出版社，2013.05